单片机自动打铃系统设计方案

单片机自动打铃系统设计方

案

1.1 《设计要求》

它可以作为时钟电路来显示时间，进行设置，定时打铃。按照自顶向下设计方法划分自动打铃系统的功能。可分为：时间设置电路，计时电路，显示电路和定时打铃控制电路等。

（以信息科学与技术学院的打铃情况设计

1.2 《设计方案选择》

1.2.1 方案一：数字电路设计的自动打铃系统

利用函数信号发生器来进行脉冲信号输出，利用74160N来设置十进制和六进制的进位输出。利用数码显示器来显示时间，利用或门、与门、非门、与非门、等电路元件进行组合实现打铃的控制。

1.2.2 方案二：基于单片机的自动打铃系统设计

单片机部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，没产生一次中断，存储器相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。建立完一个实时时钟后接下来进行定时处理和打铃输出，当主程序检测到有分进位标志时，便开始比较当前时间与信息时间表上的作息时间是否相同，相同者，则进行报时处理并控制打铃，不相同则返回主程序。

1.2.3 方案确定

方案一的设计只能事先设定打铃时间不能完全自动打铃，且在修改打铃时间上存在一定的困难。而方案二中的设计能完全实现自动化，诠释了我们这次毕业设计的主题。并在修改打铃时间上有了很大的方便，只需修改一部分程序便能实现不同的需要。

因此我选择方案二进行设计。

1.3 《基本方案》

1.3.1 设计课题简要概述

自动打铃装置用于工厂、学校等地的时间控制，本设计是按照学校作息时问设定的，模拟了电了钟显示时、分、秒。还根据学校的作息时间按时打铃，本系统有4 个按钮，分别用来调时、调分、秒和强制打铃及强制关铃，以保证始终与标准时间相吻合。

首先设计出本系统的硬件基本框图，根据框图设计电气原理图，简要概述基本原理，按照设计技术参数设计出各部分程序。

1.3.2 系统软硬件划分

由于需要最小系统设计，因此，极介于系统的硬件成本，所有能用软件实现的功能都用软件完成，如按键的去抖，采用延时，显示部分用动态显示等，这样硬件部分的设计可以采用单片机最小系统，所谓最小系统时仅有程序存储器和时钟及复位电路的单片机系统。

1.3.3 单片机选型

根据课题的具体容，任务要求，计时、校时、定时、键盘显示等功能，经多方面考虑，所选系统选项用．与MSC-51单片机完全兼容的AT89C52功耗单片机。

1.4 总体设计框图

图一整体框图

第二章硬件电路设计

2.1 基本原理概述

本系统主要由主控模块，时钟模块，显示模块，键盘接口模块等4 部分构成。通过部定时产生中断，从而使驱动电铃打铃。设定51 单片机工作在定时器工作方式1 ，每100ms产生一次中断，利用软件将基准100ms 单元进行累加，当定时器产生10 次中断就产生lS 信号，这是秒单元加1 。同理，对分单元和时单元计数从而产生秒，分，时的值，通过六位七段显示器进行显示。由于动态显示法需要数据所存等硬件，接口较复杂，考虑显示只有六位，且系统没有其他浮躁的处理程序，所有采用动态扫描LED 的显示。

本系统采用四个按键，当时钟时间和设置时间一直时，驱动程序动作，进行打铃，每次打铃30S

2.2 主要原件参数及功能简介2.2.1 主控器AT89C52

AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51核，在部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC 部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。

2.2.2 DS1302

1）性能特性

DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：1.RSE复位,2.I/O数据线，3.SCLK 串行时钟。时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信。DS1302 工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小十1mW 。提供秒分时日日期。月年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟,操作可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式。

2）管脚描述

XI XZ 32.768KHz 晶振管脚

GND 接地

RST 复位脚

I/O 数据输入/输出引脚

SCLK 串行时钟

Vcc1，Vcc2 电源供电管脚

DS1302 串行时钟芯片8 脚 DIP

DS1302S 串行时钟芯片8 脚 SOIC 200mil

DS1302Z 串行时钟芯片8 脚 SOIC 150mi

2.3 单元电路的设计

2.3.1显示电路

显示部分采用1602采用标准的16脚接口，其中：

第1脚：VSS为电源地

第2脚：VCC接5V电源正极

第3脚：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）。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。

第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令

普通的LCD1602显示

2.3.2 键盘接口电路设计

由于键盘只有四个，采用独立式按钮，用查询法完成读健功能。

\

图五 按键电路

设置取消

选择移位增加

减小保存数据

2.3.3 响铃电路设计

响铃电路用到了蜂鸣器、三极管、1K电阻。蜂鸣器两端分别接地和三极管。三极管一段电源另一端与电阻相连并接入AT89C51的P3.7接口。

电路原理图使用SH69P43 为控制芯片，使用4MHz 晶振作为主振荡器。

PORTC.3/T0 作为I/O 口通过三极管Q2 来驱动蜂鸣器LS1，而PORTC.2/PWM0 则作为PWM 输出口通过三极管Q1 来驱动蜂鸣器LS2。另外在PORTA.3 和PORTA.2 分别接了两个按键，一个是PWM 按键，是用来控制PWM 输出口驱动蜂鸣器使用的；另一个是PORT 按键，是用来控制I/O 口驱动蜂鸣器使用的。连接按键的I/O 口开部上拉电阻。

先分析一下蜂鸣器。所使用的蜂鸣器的工作频率是2000Hz，也就是说蜂鸣器的驱动信号波形周期是500μs，由于是1/2duty 的信号，所以一个周期的高电平和低电平的时间宽度都为250μs。软件设计上，将根据两种驱动方式来进行说明。

a）蜂鸣器工作原理：PWM 输出口直接驱动蜂鸣器方式

由于PWM 只控制固定频率的蜂鸣器，所以可以在程序的系统初始化时就对PWM 的输出波形进行设置。

首先根据SH69P43 的PWM 输出的周期宽度是10 位数据来选择PWM 时钟。系统使用4MHz 的晶振作为主振荡器，一个tosc 的时间就是0.25μs，若是将PWM 的时钟设置为tosc 的话，则蜂鸣器要求的波形周期500μs 的计数值为500μs/0.25μs=（2000）10=（7D0）16，7D0H 为11 位的数据，而SH69P43 的PWM

输出周期宽度只是10 位数据，所以选择PWM 的时钟为tosc 是不能实现蜂鸣器所要的驱动波形的。

这里将PWM 的时钟设置为4tosc，这样一个PWM 的时钟周期就是

1μs 了，由此可以算出500μs 对应的计数值为500μs/1μs=（500）10=（1F4）16，即分别在周期寄存器的高2 位、中4 位和低4 位三个寄存器中填入1、F 和4，就完成了对输出周期的设置。再来设置占空比寄存器，在PWM 输出中占空比的实现是

通过设定一个周期电平的宽度来实现的。当输出模式选择为普通模式时，占空比寄存器是用来设置高电平的宽度。250μs 的宽度计数值为

250μs/1μs=（250）10=（0FA）16。只需要在占空比寄存器的高2 位、中4 位和低4 位中分别填入0、F 和A 就可以完成对占空比的设置了，设置占空比为1/2duty。

以后只需要打开PWM 输出，PWM 输出口自然就能输出频率为2000Hz、占空比为1/2duty 的方波。

b）蜂鸣器工作原理：I/O 口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式

使用I/O 口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式的设置比较简单，只需要对波形分析一下。由于驱动的信号刚好为周期500μs，占空比为1/2duty 的方波，只需要每250μs 进行一次电平翻转，就可以得到驱动蜂鸣器的方波信号。在程序上，可以使用TIMER0 来定时，将TIMER0 的预分频设置为/1，选择TIMER0 的始终为系统时钟（主振荡器时钟/4），在TIMER0 的载入/计数寄存器的高4 位和低4 位分别写入00H 和06H，就能将TIMER0 的中断设置为250μs。当需要I/O 口驱动的蜂鸣器鸣叫时，只需要在进入TIMER0 中断的时候对该I/O 口的电平进行翻转一次，直到蜂鸣器不需要鸣叫的时候，将I/O 口的电平设置为低电平即可。不鸣叫时将I/O 口的输出电平设置为低电平是为了防止漏电。

2.4 总体运行进程

首先实现24小时制电子钟，在8位数码管显示，显示为时分秒，实现的格式为：23-59-59。到达预定时间启动蜂鸣器开始打铃，打铃的方式分为起床、熄灯和上下课铃两种。系统使用了4个按键，3只按键用来调整时间，另一只为强制打铃按钮。通过选择键选择调整位，选中位闪烁，按增加键为选中位加1，按减少键为选中位减1。按强制打铃按钮是实现强制打铃或者强制关闭打铃。

第三章软件电路设计及流程图

3.1 基本原理概述

主程序首先是初始化部分，主要是计时单元清零，中断初始化，堆栈指针初始化，启动定时器工作，然后是调用显示子程序。主程序的起始存储地址是0000H单元，但由于本系统用了定时器T0的中断，中断服务程序入口地址为000BH，因此从0000H单元起存放一条短调转指令AJMP，使真正的主程序从0300H单元开始存放。

3.1.1 中断服务程序设计

单片机部的定时/计数器T0定时100ms，即0.1s，10次中断即为1秒，60秒为1分，60分为1小时，24小时为一天，如此循环，从而实现计时功能。

编写中断服务程序关键要注意：1.现场保护，本系统中是累加器A和程序状态字PSW值的保护。2.计时处理时采用的确十进制，因此时，分，秒单元加1后要进行十进制调整，即要执行DAA指令，还要注意的是时计到24就回零，分和秒计到60就回零。3.中断返回前的现场恢复。

3.1.2 显示程序设计和按键判断与按键处理程序设计

显示采用的是动态显示，段控和位控都经过反相器，显示的字形代码是共阳的显示代码，位控信号输出时是高电平有效，在校时时，采用的是点亮小数点信位调节器标志，哪位小数点亮表示调整的是该为的值。

显示子程序的第一部分是拆字，显示缓冲区是2FH—2AH；第二部分是查字型码，输出段控和位控信号，由于采用的是动态显示，所以每出输出一位的段控和位控信号要延时一定的时间，使LED显示器显示的字符时稳定的。

按键判断程序有编写时应注意按键的去抖动，该系统采用的是延时去抖动的方法，延时是通过调用子程序来实现的，每个按键按下后都要等待释放后再返回。

按键处理程序中的按键式校时的，所以进入按键处理程序后就关闭定时中断，对于动能键注意设置显示标志。

3.2 流程图

3.2.1 系统主程序流程图

3.2.2 系统定时中断流程图

第四章系统程序设计

4.1 程序设计概要

程序名称：51 单片机自动扫铃机控制系统

说明：实现24 小时制电子钟，8 位数码管显示，显示时分秒显示格式：23-59-59（小时十位如果为0 则不显示）。

到预定时问启动蜂鸣器模拟打铃，蜂鸣器BEEP: P3.7。

打铃方式分起床、熄幻铃和上、下课铃两种。

系统使用4 只按键，3 只按键用来调整时间，另一只为闹钟按钮即定时扫铃。

键SET_KFY: PI.0；通过选择键选择调整位，选中位闪烁。

增加键ADD_KEY：PI.1；按一次使选中位加1。

减少键DEC_KEY: PI.2；按一次使选中位位。1

如果长按ADD_KEY 或DEC_KEY，识别后则进行调时快进，此时停止闪烁。

如果选中位是秒，则按增加键或减少键都是将秒清零。

定时扫铃键DALING_KEY: P1.3；用来强制打铃或强制关闭铃声PO 口输出数码管段选信号，P2 口输出数码管位选信号。晶振12M

4.2 源程序清单

#include //包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义#include

#include "ds1302.h"

#include "delay.h"

#include "1602.h"

#include "i2c.h"

//管脚定义

sbit SPEAK= P3^7; //蜂鸣器

sbit KEY_SET=P3^2; //设置返回

sbit KEY_ENTER=P3^3; //确认下一个参数

sbit KEY_UP=P3^4; //增加

sbit KEY_DOWN=P3^5; //减小

sbit KEY_SAVE=P3^6; //保存

//按键菜单的数据定义

bit bSet_Time_Flag = 0;//进入设置时间的标志位

bit bShow_Time_Flag = 1;//进入设置时间的标志位

unsigned char ucPage = 0;//页面菜单

unsigned char ucMenu_Count = 1;//菜单的数据

bit bSet_Model_Frash = 0;

//数据保存相关

#define FLAG_ADDR 250

#define FLAG_DAT 41

#define MAX_LIST 15

#define Start_Time_First 0 //第一个保存的时间

//设置的时间缓存

idata unsigned char ucSave_Time_Set[16][3] = {

{10,0,0},

{10,45,0},

{10,55,0},

{11,40,0},

{12,10,0},

{12,55,0},

{13,5,0},

{13,50,0},

/////////

{16,0,0},

{16,45,0},

{16,55,0},

{17,40,0},

{18,10,0},

{18,55,0},

{19,5,0},

{19,50,0}

};

//void Write_Time_Dat(unsigned char ucAddr,unsigned char *ucSet_Time)

//数据定义

bit bRead_Time_Flag = 1;

bit bSave_Dat_Flag = 0;//保存标志位

unsigned char time_use_Set[8];

unsigned char time_use_Set_Dis[16];

/*------------------------------------------------

主函数

------------------------------------------------*/

//读取时间

void Read_Time_Once(void);

//定时器初始化

void Init_Timer0(void);

///按键扫描函数

void Key_Scan(void);

void Del_Time(unsigned char ucPage,unsigned char ucPositon,unsigned char ucHang_Num,char ucDel_Fun);

//主函数入口

void main (void)

{

unsigned char ucGlobal_Dat = 0;//临时使用的变量

SPEAK = 1;

LCD_Init(); //初始化液晶

DelayMs(20); //延时有助于稳定

LCD_Clear(); //清屏

//////////

Ds1302_Init(); //ds1302初始化

Ds1302_Read_Time(); //首次读取时间

LCD_Write_String(0,0,"OPEN SYSETM ") ;

//之前没有写入时间就要写入时间

if( FLAG_DAT != read_IIC(FLAG_ADDR))//标志位没有写入

{

Ds1302_Write_Time();

write_IIC(FLAG_ADDR, FLAG_DAT);

for(ucGlobal_Dat = Start_Time_First;ucGlobal_Dat < Start_Time_First + 48;ucGlobal_Dat += 3)

{

Write_Time_Dat(ucGlobal_Dat,ucSave_Time_Set[ucGlobal_Dat/3]);

DelayMs(2);

}

}

else

{

for(ucGlobal_Dat = Start_Time_First;ucGlobal_Dat < Start_Time_First + 48;ucGlobal_Dat += 3)

{

Write_Read_Dat(ucGlobal_Dat,ucSave_Time_Set[ucGlobal_Dat/3]);

}

}

/////////////

while (1) //主循环

{

Key_Scan();

Read_Time_Once();

}

}

//bit bSet_Time_Flag = 0;//进入设置时间的标志位

//unsigned char ucPage = 0;//页面菜单

//unsigned char ucMenu_Count = 0;//菜单的数据

///按键扫描函数

void Key_Scan(void)

{

char cI = 0;

if(KEY_SET == 0) //设置

{

DelayMs(10);

if(KEY_SET == 0)

{

LCD_Clear( );

ucMenu_Count = 1;

if(bSet_Time_Flag)//退出设置

{

bSet_Time_Flag = 0;

ucMenu_Count = 0;

bShow_Time_Flag = 1;//不显示时间

ucPage = 0;

LCD_Write_Com(0x0c);//归位

bSave_Dat_Flag = 0;

}

else //进入设置

{

bSet_Time_Flag = 1;//设置时间

bShow_Time_Flag = 0;//不显示时间

ucPage = 0;

bSet_Model_Frash = 1;

}

while(KEY_SET == 0);

}

}

else if(KEY_ENTER == 0) //enter

{

DelayMs(10);

if(KEY_ENTER == 0)

{

if(bSet_Time_Flag == 0)

return;

ucMenu_Count+=3;

if(ucMenu_Count > 7)

{

ucMenu_Count = 1;

ucPage++;

if(ucPage >= (MAX_LIST + 1)) //限值处理 ucPage = 0;

}

bSet_Model_Frash = 1;

while(KEY_ENTER == 0);

}

}

else if(KEY_UP == 0) //增加

{

DelayMs(10);

if(KEY_UP == 0)

{

if(bSet_Time_Flag == 0)

return;

if(ucMenu_Count == 1)

Del_Time(ucPage,0,0,1);//减法

else if(ucMenu_Count == 4)

Del_Time(ucPage,1,0,1);//减法

else if(ucMenu_Count >= 4)

Del_Time(ucPage,2,0,1);//减法

bSet_Model_Frash = 1;

bSave_Dat_Flag = 1;

while(KEY_UP == 0);

}

}