單片機自動打鈴系統(tǒng)設計方案

江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - - 0 - 單片機自動打鈴系統(tǒng)設計方案 設計 要求 它可以作為時鐘電路來顯示時間，進行設置，定時打鈴。按照自頂向下設計方法劃分自動打鈴系統(tǒng)的功能?？煞譃椋簳r間設置電路，計時電路，顯示電路和定時打鈴控制電路等。 （ 以信息科學與技術學院的打鈴情況設計 內容 時間 起床 8:10 早自習 7:300 第一節(jié)課 8:200 第二節(jié)課 9:100 第三節(jié)課 10:000 第四節(jié)課 10:500 第五節(jié)課 13:300 第六節(jié)課 14:200 第七節(jié)課 15:200 第八節(jié)課 16:100 晚自習 19:000 熄燈 22:30 自動打鈴系統(tǒng)設計 - 1 - 設計方案選擇 案一：數字電路設計的自動打鈴系統(tǒng) 利用函數信號發(fā)生器來進行脈沖信號輸出，利用 74160N 來設置十進制和六進制的進位輸出。利用數碼顯示器來顯示時間，利用或門、與門、非門、與非門、等電路元件進行組合實現打鈴的控制。 案二：基于單片機的自動打鈴系統(tǒng)設計 單片機內部存儲器設三個字節(jié)分別存放時鐘的時 、分、秒信息。利用定時器與軟件結合實現 1 秒定時中斷，沒產生一次中斷，存儲器內相應的秒值加 1；若秒值達到 60，則將其清零，并將相應的分字節(jié)值加 1；若分值達到 60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加 1；若時值達到 24，則將時字節(jié)清零。建立完一個實時時鐘后接下來進行定時處理和打鈴輸出，當主程序檢測到有分進位標志時，便開始比較當前時間與信息時間表上的作息時間是否相同，相同者，則進行報時處理并控制打鈴，不相同則返回主程序。 案確定 方案一的設計只能事先設定打鈴時間不能完全自動打鈴，且在修改打鈴時間上存在一定的 困難。而方案二中的設計能完全實現自動化，詮釋了我們這次畢業(yè)設計的主題。并在修改打鈴時間上有了很大的方便，只需修改一部分程序便能實現不同的需要。 因此我選擇方案二進行設計。 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - - 2 - 基本方案 計課題簡要概述 自動打鈴裝置用于工廠、學校等地的時間控制，本設計是按照學校作息時問設定的，模擬了電了鐘顯示時、分、秒。還根據學校的作息時間按時打鈴，本系統(tǒng)有 4 個按鈕，分別用來調時、調分、秒和強制打鈴及強制關鈴，以保證始終與標準時間相吻合。 首先設計出本系統(tǒng)的硬件基本框圖，根據框圖設計電氣原理圖，簡要概 述基本原理，按照設計技術參數設計出各部分程序。 統(tǒng)軟硬件劃分 由于需要最小系統(tǒng)設計，因此，極大地介于系統(tǒng)的硬件成本，所有能用軟件實現的功能都用軟件完成，如按鍵的去抖，采用延時，顯示部分用動態(tài)顯示等，這樣硬件部分的設計可以采用單片機最小系統(tǒng)，所謂最小系統(tǒng)時僅有程序存儲器和時鐘及復位電路的單片機系統(tǒng)。 片機選型 根據課題的具體內容，任務要求，計時、校時、定時、鍵盤顯示等功能，經多方面考慮，所選系統(tǒng)選項用與 片機完全兼容的 耗單片機。 體 設計框圖 自動打鈴系統(tǒng)設計 - 3 - 圖一 整體框圖 第二章 硬件電路設計 本原理概述 本系統(tǒng)主要由主控模塊，時鐘模塊，顯示模塊，鍵盤接口模塊等 4 部分構成。通過內部定時產生中斷，從而使驅動電鈴打鈴。設定 51 單片機工作在定時器工作方式 1 ，每 100生一次中斷，利用軟件將基準 100元進行累加，當定時器產生 10 次中斷就產生 號，這是秒單元加 1 。同理，對分單元和時單元計數從而產生秒，分，時的值，通過六位七段顯示器進行顯示。由于動態(tài)顯示法需要數據所存等硬件，接口較復雜，考慮顯示只有六位，且系統(tǒng)沒有其他 浮躁的處理程序，所有采用動態(tài)掃描 顯示。 本系統(tǒng)采用四個按鍵，當時鐘時間和設置時間一直時，驅動程序動作，進行打鈴，每次打鈴 30S 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - - 4 - 要 原件參數及功能簡介 控器 動打鈴系統(tǒng)設計 - 5 - 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的 核，在內部功能及管腳排布上與通用的8同，其主要用于會聚調整時的功能控制。 功能包括對會聚主 部寄存器、數據 外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號 接收解碼及與主板 信等。 主要管腳有： 19 腳）和 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12振。 9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。 40 腳）和 20 腳）為供電端口，分別接 +5V 電源的正負端。 3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中， 口（ 3239 腳）被定義為 能控制端口，分別與 相應功能管腳相連接， 13 腳定義為 入端， 10 腳和 11 腳定義為 線控制端口，分別連接 18 腳）和 19 腳）端口， 12 腳、27 腳及 28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板 相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調整狀態(tài)進入的控制功能。 ）性能特性 單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需用到三個口線： 位 , 數據線， 行時鐘。時鐘 /讀 /寫數據以一個字節(jié)或多達 31 個字節(jié)的字符組方式通信。 作時功耗很低，保持數據和時鐘信息時功率小十 1提供秒分時日日期。月年的信息，每 月的天數和閏年的天數可自動調整時鐘 ,操作可通過 M 指示決定采用 24 或 12 小時格式。 2）管腳描述 Z 振管腳 地 位腳 I/O 數據輸入 /輸出引腳 行時鐘 源供電管腳 行時鐘芯片 8 腳 行時鐘芯片 8 腳 00行時鐘芯片 8 腳 50蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - - 6 - 自動打鈴系統(tǒng)設計 - 7 - 元電路的設計 示電路 顯示部分采用 1602 采用標準的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： 電源地 第 2 腳： 5V 電源正極 第 3 腳： 液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度）。 第 4 腳： 寄存器選擇，高電平 1 時選擇數據寄存器、低電平 0 時選擇指令寄存器。 第 5 腳： 讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作。 第 6 腳： E(或 為使能 ( ,高電平（ 1）時讀取信息 ，負跳變時執(zhí)行指令 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - - 8 - 普通的 示 盤接口電路設計 由于鍵盤只有四個，采用獨立式按鈕，用查詢法完成讀健功能。 圖五 按鍵電路 鈴電路設計 響鈴電路用到了蜂鳴器、三極管、 1K 電阻。蜂鳴器兩端分別接地和三極管。三極管一段電源另一端與電阻相連并接入 口。 設置 取消選擇移位增加減小保存數據自動打鈴系統(tǒng)設計 - 9 - 電路原理圖使用 控制芯片，使用 4振作為主振蕩器。 0 作為 I/O 口通過三極管 驅動蜂鳴器 作為 出口通過三極管 驅動蜂鳴器 外在 別接了兩個按鍵，一個是 鍵，是用來控制 出口驅動蜂鳴器使用的；另一個是 鍵，是用來控制 I/O 口驅動蜂鳴器使用的。連接按鍵的 I/O 口開內部上拉電阻。 先分析一下蜂鳴器。所使用的蜂鳴器的工作頻率是 2000就是說蜂鳴器的驅動信號波形周期是 500s ，由于是 1/2信號，所以一個周期內的高電平和低電平的時間寬度都為 250s 。軟件設計上，將根據兩種驅動方式來進行說明。 a） 蜂鳴器工作原理： 出口直接驅動蜂鳴器方式 由于 控制固定頻率的蜂鳴器，所以可以在程序的系統(tǒng)初始化時就對 輸出波形進行設置。 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - - 10 - 首先根據 出的周期寬度是 10 位數據來選擇 鐘。系統(tǒng)使用 4晶振作為主振蕩器，一個 時間就是 若是將 時鐘 設置為 話， 則蜂鳴器要求的波形周期 500s 的計數值為500s/（ 2000） 10=（ 716， 7 11 位的數據，而 出周期寬度只是 10 位數據，所以選擇 時鐘為 不能實現蜂鳴器所要的驅動波形的。 這里將 時鐘設置為 4樣一個 時鐘周期就是1s 了，由此可以算出 500s 對應的計數值為 500s/1s= （ 500） 10=（ 16，即分別在周期寄存器的高 2 位、 中 4 位和低 4 位三個寄存器中填入 1、 F 和 4，就完成了對輸出周期的設置。再來設置占空比寄存器，在 出中占空比的實現是 通過設定一個周期內電平的寬度來實現的。當輸出模式選擇為普通模式時，占空比寄存器是用來設置高電平的寬度。 250s 的寬度計數值為250s/1s= （ 250） 10=（ 016。只需要在占空比寄存器的高 2 位、中 4 位和低 4 位中分別填入 0、 F 和 A 就可以完成對占空比的設置了，設置占空比為 1/2 以后只需要打開 出， 出口自然就能輸出頻率為 2000空比為 1/2方波。 b） 蜂鳴器工作原理： I/O 口定時翻轉電平驅動蜂鳴器方式 使用 I/O 口定時翻轉電平驅動蜂鳴器方式的設置比較簡單，只需要對波形分析一下。由于驅動的信號剛好為周期 500s ，占空比為 1/2方波，只需要每 250s 進行一次電平翻轉，就可以得到驅動蜂鳴器的方波信號。在程序上，自動打鈴系統(tǒng)設計 - 11 - 可以使用 定時，將 預分頻設置為 /1，選擇 始終為系統(tǒng)時鐘（ 主振蕩器時鐘 /4），在 載入 /計數寄存器的高 4 位和低 4 位分別寫入 00H 和 06H，就能將 中斷設置為 250s 。當需要 I/O 口驅動的蜂鳴器鳴叫時，只需要在進入 斷的時候對該 I/O 口的電平進行翻轉一次，直到蜂鳴器不需要鳴叫的時候，將 I/O 口的電平設置為低電平即可。不鳴叫時將 I/O 口的輸出電平設置為低電平是為了防止漏電。 體運行進程 首先實現 24 小時制電子鐘，在 8 位數碼管顯示，顯示為時分秒，實現的格式為：23達預定時間啟動 蜂鳴器開始打鈴，打鈴的方式分為起床、熄燈和上下課鈴兩種。系統(tǒng)使用了 4 個按鍵， 3 只按鍵用來調整時間，另一只為強制打鈴按鈕。通過選擇鍵選擇調整位，選中位閃爍，按增加鍵為選中位加 1，按減少鍵為選中位減 1。按強制打鈴按鈕是實現強制打鈴或者強制關閉打鈴。 第三章 軟件電路設計及流程圖 本原理概述 主程序首先是初始化部分，主要是計時單元清零，中斷初始化，堆棧指針初始化，啟動定時器工作，然后是調用顯示子程序。主程序的起始存儲地址是 0000H 單江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - - 12 - 元，但由于本系統(tǒng)用了定時器 中斷，中斷服務程序 入口地址為 000此從0000H 單元起存放一條短調轉指令 真正的主程序從 0300H 單元開始存放。 斷服務程序設計 單片機內部的定時 /計數器 時 100 10 次中斷即為 1 秒， 60 秒為 1 分， 60 分為 1 小時， 24 小時為一天，如此循環(huán)，從而實現計時功能。 編寫中斷服務程序關鍵要注意： 系統(tǒng)中是累加器 A 和程序狀態(tài)字 的保護。 此時，分，秒單元加 1 后要進行十進制調整，即要執(zhí)行 令，還要注意的是時計到 24 就回零，分和秒 計到60 就回零。 示程序設計和按鍵判斷與按鍵處理程序設計 顯示采用的是動態(tài)顯示，段控和位控都經過反相器，顯示的字形代碼是共陽的顯示代碼，位控信號輸出時是高電平有效，在校時時，采用的是點亮小數點信位調節(jié)器標志，哪位小數點亮表示調整的是該為的值。 顯示子程序的第一部分是拆字，顯示緩沖區(qū)是 22二部分是查字型碼，輸出段控和位控信號，由于采用的是動態(tài)顯示，所以每出輸出一位的段控和位控信號要延時一定的時間，使 示器顯示的字符時穩(wěn)定的。 按鍵判斷程序有編寫時應注 意按鍵的去抖動，該系統(tǒng)采用的是延時去抖動的方法，延時是通過調用子程序來實現的，每個按鍵按下后都要等待釋放后再返回。 按鍵處理程序中的按鍵式校時的，所以進入按鍵處理程序后就關閉定時中斷，對于動能鍵注意設置顯示標志。 自動打鈴系統(tǒng)設計 - 13 - 程圖 統(tǒng)主程序流程圖 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - - 14 - 統(tǒng)定時中斷流程圖 自動打鈴系統(tǒng)設計 - 15 - 第四章 系統(tǒng)程序設計 序設計概要 程序名稱： 51 單片機自動掃鈴機控制系統(tǒng) 說明：實現 24 小時制電子鐘， 8 位數碼管顯示，顯示時分秒顯示格式： 23時十位如果為 0 則不顯示）。 到預定 時問啟動蜂鳴器模擬打鈴，蜂鳴器 打鈴方式分起床、熄幻鈴和上、下課鈴兩種。 系統(tǒng)使用 4 只按鍵， 3 只按鍵用來調整時間，另一只為鬧鐘按鈕即定時掃鈴。 鍵 過選擇鍵選擇調整位，選中位閃爍。 增加鍵 一次使選中位加 1。 減少鍵 一次使選中位位。 1 如果長按 別后則進行調時快進，此時停止閃爍。 如果選中位是秒，則按增加鍵或減少鍵都是將秒清零。 定時掃鈴鍵 來強制打鈴或強制關閉鈴聲 輸出數碼管段選信號， 輸出數碼管位選信號。晶振 12M 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - - 16 - 程序清單 #，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義 #7; /蜂鳴器 32; /設置 返回 33; /確認 下一個參數 34; /增加 35; /減小 36; /保存 /按鍵菜單的數據定義 0;/進入設置時間的標志位 1;/進入設置時間的標志位 0;/頁面菜 單 = 1;/菜單的數據 0; /數據保存相關 # 250 # 41 # 15 #0 /第一個保存的時間 /設置的時間緩存 63 = 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 ; 自動打鈴系統(tǒng)設計 - 17 - /; 0;/保存標志位 ; 6; /*函數 /讀取時間 /定時器初始化 /按鍵掃描函數 /主函數入口 0;/臨時使用的變量 1; ; /初始化液晶 0); /延時有助于穩(wěn)定 ; /清屏 / ; /始化 ; /首次讀取時間 ,0, ) ; /之前沒有寫入時間 就要寫入時間 = ; 7) 1; ; if(= ( 1) /限值處理 0; 1; = 0); = 0) /增加 0); = 0) if(= 0) if(= 1) ,0,1);/減法 if(= 4) ,0,1);/減法 if(= 4) ,0,1);/減法 1; 1; = 0); = 0) /減小 0); = 0) if(= 0) if(= 1) ,0,0);/減法 if(= 4) ,0,0);/減法 if(= 4) ,0,0);/減法 1; 1;/數據發(fā)生改變 = 0); = 0) /保存 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - - 20 - 0); = 0) if(= 0) ); if(= 1) ,0,K) ; ) ; 00); 00); 00); 0; ,0, ) ; ,1, ) ; /保存失敗 00); 00); 00); ); 1; = 0); if( /; ,0, 4,0,=24) = 0; if(=60) = 0; if(=60) = 0; /時間處理函數 /根據頁面參數 選擇對應的參數列表 / if(= 1)/增加 +; if(= 0)/減小 if( -; ; 程序結束 自動打鈴系統(tǒng)原理圖 自動打鈴系統(tǒng)設計 - 23 - P 1 0P 1 1P 1 200 0P 0 1P 0 2P 0 3P 0 4P 0 5P 0 6P 0 7P 1 0P 1 1P 1 2 0P 2 1P 2 2P 2 3P 2 4P 2 5P 2 6P 2 7L E D S D S A L 218X T A L 119A L E 9P 0 A D 039P 0 A D 138P 0 A D 237P 0 A D 336P 0 A D 435P 0 A D 534P 0 A D 633P 0 A D 732P 1 T 21P 1 T 2 E . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 R X T X I 12P 3 I 13P 3 T 014P 3 R . 6 / W T 115P 2 A 1 528P 2 A 821P 2 A 922P 2 A 1 023P 2 A 1 124P 2 A 1 225P 2 A 1 326P 2 A 1 427 8 9 5S C L C 18V 1 3 0 2 S T A T 13V+ 5 D 1L M 0 1 6 L+5 V 21 1 P A C K - 8+ 5 5 k+5 P+5 S T A 消選擇移位增加減小保存數據+ 5 5 0B U Z 1B E 設計總結 完成自動打鈴系統(tǒng)設計的畢業(yè)設計我能綜合運用電子技術課程中的所學到的理論知識來完成自動打鈴機的設計和