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1、带作息时间表的打铃系统摘要:本系统的设计以单片机 AT89S51 为核心，它是一种低功耗、高性能的 CMOS工艺的 8 位单片机，使用方便灵活，且易于进行功能扩展，可以实现时钟、打铃、测温及显示等功能的设计要求。主要模块有电子钟模块、数字温度传感器模块、蜂鸣器报警模块、电平转换模块和液晶显示模块。其中时钟功能由电子钟模块来实现；测温由数字温度传感器模块来实现；打铃由蜂鸣器报警模块来实现；显示由液晶模块或电子钟模块来实现。关键词：单片机 温度传感器 显示1目 录第一章 系统设计 .11.1 设计要求.11.2 设计思路.11.3 方案论证与比较.11.4 系统总框图.3第二章 单元电路模块设计.
2、42.1 电子钟电路的设计.42.1.1 电子钟的工作原理.42.1.2 实现时钟计时的基本方法.42.2 数字温度传感器设计.42.3 蜂鸣器打铃报警电路设计.52.4. 液晶显示模块 .52.5 电平转换.5第三章 软件设计 .73.1 硬件资源的分配.73.2 电子钟模块.73.3 温度测量.103.4 播放音乐.103.5 按设定的时间打铃.11第四章 调试实践 .124.1 硬件调试.124.2 软件静态调试.124.3 软硬件联合调试.12第五章 结束语 .13附录 .142第一章 系统设计1.1 设计要求1.基本设计要求利用 AT89S51 芯片，在一块电路板上实现时钟、闹铃、测
3、温及显示、按指定时间表打铃、调整等功能。2.发挥部分万年历功能并 LED 显示 , 播放音乐,作息时间表可以现场修改。1.2 设计思路要在一个电路里面实现多种功能，因而我们将分模块来设计。即分别考虑实现时钟、闹铃、测温及显示。然后再将它们有机的结合起来，在一个电路里面实现。这样设计比较容易看出各模块在电路中的功能。1.3 方案论证与比较1电子钟电路的设计方案一：采用 8155 芯片扩展键盘/显示接口电路，8155 不仅具有两个 8位的 I/O 端口(A 口和 B 口)和一个 6 位的 I/O 端口(C 口), 其中 PA 和 PB 都是 8位通用输入/输出口，主要用于数据的 I/O 传送，它们
4、都是数据口，而且还可以提供 256B 的静态 RAM 存储器和一个 14 位的定时 /计数器,它和单片机的接口非常简单。此方案（如图 1 所示）对于 I/O 的资源比较紧张的电路合适，数据线、控制线单片机经 8155 扩展后多了 22 个 I/O 口，且这些 I/O 具有寄存器功能，只有新的数据才能将其替换，跟 P0 不同，所以还可以用来跟其它类型的芯片会传送数据，但是其编程比较复杂。方案二：简单的 I/O 口扩展通常是采用 TTL 或 CMOS 电路锁存器、三态门等作为扩展芯片，通过 P0 口来实现的一种方案。它具有电路简单、成本低、配电灵活的特点。采用 74LS244 作为扩展输入、输出
5、的简单 I/O 口扩展。 （74LS244为 8 位缓冲线驱动器）P0 口作双向 8 位数据线，既能够从 74LS244 输入数据，又能够从 74LS224 输出数据，可采用独立键盘。基于上述分析，拟订方案二。2. 数字温度传感器设计方案一: DS18B20 可以程序设定 912 位的分辨率，也支持一线总线接口，测量温度范围为-55C+125C，在-10+85C 范围内，精度为0.5C,支持 3V5.5V 的电压范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存,适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！DS182
6、2 与 DS18B20 软件兼容，系统设计更灵活、方便，而且新一代产品更便宜，体积更小。方 案 二 ： DS1820 测 温 范 围 为 -55 75 ， 精 度 为 2C， 它 既 可 寄 生3供 电 也 可 由 外 部 电 源 供 电 。 其 抗 干 扰 性 没 有 DS18B20 高 ，分 析 以 上 二 种 方 案 的 优 缺 点 ， 显 然 第 一 种 方 案 具 有 更 大 的 优 越 性 、 经 济性 ， 所 以 采 用 第 一 种 方 案 进 行 设 计 。1.4 系统总框图综合以上的方案分析论证，得到系统电路总框图如图 1 所示。单片机数 字 温 度传 感 器时钟电路复位电路
7、L E D 显示驱 动 电 路键盘电路液晶显示串行口电路打铃报警电路图 1 系统电路总框图4第二章 单元电路模块设计2.1 电子钟电路的设计该电子钟主要由 AT89S51 单片机、键盘显示接口电路及时钟电路和复位电路构成，能显示时、分、秒和年、月、日，其中温度和日期也能在显示接口的 LED 上显示。第一次按电子钟 X 键（P2.0 状态转换键） ，电子钟从 0 时 0 分0 秒 0 毫秒开始运行，进入时钟运行状态，这时按 W 键（P2.1）对时钟进行秒的调整；按 Z 键（P2.2）进行分的调整，按 Y 键（P2.3）进行时的调整；调整结束后可按状态转换键进行其他功能的显示和设定。时钟电路通过第
8、 18 脚(XTAL2) 、第 19 脚(XTAL1)与 AT89S51 相连，复位电路通过第 9 脚(RESET)与 AT89S51 相连。显示部分和键盘部分单片机AT89S51 相连，整体框图如图 2 所示。时钟电路复位电路单片机显示电路键盘电路图 2 电子钟电路框图驱 动 电 路2.1.1 电子钟的工作原理该电子钟系统采用的晶振的频率为 12MHz，定时器采用的是定时器 0，工作方式为方式 1，定时时间为 10ms，系统定时采用的是定时器与软件循环相结合的方法。按键电路可对电子钟进行开启、停止和时间设定等操作。显示电路由 8 个共阳 LED 数码管通过接 74LS244 作为驱动电路然后
9、与 AT89S51 相连组成，它可使电子钟显示出时、分、秒和毫秒的十位、百位。2.1.2 实现时钟计时的基本方法利用 MCS-51 系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。(1)、计数初值计算:把定时器设为工作方式 1，定时时间为 50mS，则计数溢出 20 次即得时钟计时最小单位秒，而 20 次计数可用软件方法实现。假设使用 T/C0，方式 1，10mS 定时，fosc=12MHz。则初值 X 满足（ -X）1S=50000S62X=15536D0011110010110000B3CB0H(2)、采用中断方式进行溢出次数累计,计满 20 次为秒计时（1 秒） ；(3)、从毫秒
10、到秒,从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。52.2 数字温度传感器设计DS18B20 采用外部电源供电方式下，DS18B20 工作电源由 VDD 引脚接入，此时 I/O 线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个 DS18B20 传感器，组成多点测温系统电路如图 2 所示。DQ（2 引脚）为数字信号输入/输出端，GND（1 引脚）为电源地，VDD（3 引脚）为外接供电电源输入端。图 3 数字温度传感器2.3 蜂鸣器打铃报警电路设计为实现按指定时间表打铃和播放音乐功能，我们采用蜂鸣器报警电路，其电路如图 4 所示。对蜂鸣器的其中一个
11、引脚通过软件程序设计定时送入不同频率脉冲，就进行打铃和播放音乐。6图 4 蜂鸣器报警电路2.4 液晶显示模块液晶显示器具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点。 DM-162 采用标准的 14 脚接口，其中 VSS 为地电源，VDD 接 5V 正电源，V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“ 鬼影 ”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地
12、址，当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。D0D7 为 8 位双向数据线。它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。2.5 电平转换 在不同的数字系统中，其电平标准是不同的。该系统中就包括了 TTL 电平标准和 RS-232 电平标准，要实现两个标准的正常通信，必须进行电平转换。该系统采用使用简单的 MAX232CPE 芯片。一片 MAX232CPE 芯片可完成 2 路 TTL/CMOS RS-232 的电平转换和 2 路RS-232 TTL/CMOS 的电平转换。实际电路中只有一路单片机的 TXD 串口输出，不进行 RXD 串口输入。因此，选用引脚 11 接 2051 TXD 串口输出；而对应的 14脚则接到计算机的串口输入端。7图 5 MAX232CPE 芯片内部结构nts
