单片机自动打铃系统设计方案

江苏信息职业技术学院毕业设计（论文） - - 0 - 单片机自动打铃系统设计方案 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 内容 时间 起床 8:10 早自习 7:300 第一节课 8:200 第二节课 9:100 第三节课 10:000 第四节课 10:500 第五节课 13:300 第六节课 14:200 第七节课 15:200 第八节课 16:100 晚自习 19:000 熄灯 22:30 自动打铃系统设计 - 1 - 设计方案选择 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。 案二：基于单片机的自动打铃系统设计 单片机内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，存储器内相应的秒值加 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。 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。 江苏信息职业技术学院毕业设计（论文） - - 2 - 基本方案 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。 统软硬件划分 由于需要最小系统设计，因此，极大地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。 片机选型 根据课题的具体内容，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 片机完全兼容的 耗单片机。 体 设计框图 自动打铃系统设计 - 3 - 图一 整体框图 第二章 硬件电路设计 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。通过内部定时产生中断，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 100生一次中断，利用软件将基准 100元进行累加，当定时器产生 10 次中断就产生 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 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 江苏信息职业技术学院毕业设计（论文） - - 4 - 要 原件参数及功能简介 控器 动打铃系统设计 - 5 - 8 位通用微处理器，采用工业标准的 核，在内部功能及管脚排布上与通用的8同，其主要用于会聚调整时的功能控制。 功能包括对会聚主 部寄存器、数据 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 接收解码及与主板 信等。 主要管脚有： 19 脚）和 18 脚）为振荡器输入输出端口，外接 12振。 9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。 40 脚）和 20 脚）为供电端口，分别接 +5V 电源的正负端。 3 为可编程通用 I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中， 口（ 3239 脚）被定义为 能控制端口，分别与 相应功能管脚相连接， 13 脚定义为 入端， 10 脚和 11 脚定义为 线控制端口，分别连接 18 脚）和 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 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。 ）性能特性 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： 位 , 数据线， 行时钟。时钟 /读 /写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方式通信。 作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小十 1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 M 指示决定采用 24 或 12 小时格式。 2）管脚描述 Z 振管脚 地 位脚 I/O 数据输入 /输出引脚 行时钟 源供电管脚 行时钟芯片 8 脚 行时钟芯片 8 脚 00行时钟芯片 8 脚 50苏信息职业技术学院毕业设计（论文） - - 6 - 自动打铃系统设计 - 7 - 元电路的设计 示电路 显示部分采用 1602 采用标准的 16 脚接口，其中： 第 1 脚： 电源地 第 2 脚： 5V 电源正极 第 3 脚： 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： 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： 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 为使能 ( ,高电平（ 1）时读取信息 ，负跳变时执行指令 江苏信息职业技术学院毕业设计（论文） - - 8 - 普通的 示 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 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 口。 设置 取消选择移位增加减小保存数据自动打铃系统设计 - 9 - 电路原理图使用 控制芯片，使用 4振作为主振荡器。 0 作为 I/O 口通过三极管 驱动蜂鸣器 作为 出口通过三极管 驱动蜂鸣器 外在 别接了两个按键，一个是 键，是用来控制 出口驱动蜂鸣器使用的；另一个是 键，是用来控制 I/O 口驱动蜂鸣器使用的。连接按键的 I/O 口开内部上拉电阻。 先分析一下蜂鸣器。所使用的蜂鸣器的工作频率是 2000就是说蜂鸣器的驱动信号波形周期是 500s ，由于是 1/2信号，所以一个周期内的高电平和低电平的时间宽度都为 250s 。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： 出口直接驱动蜂鸣器方式 由于 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 输出波形进行设置。 江苏信息职业技术学院毕业设计（论文） - - 10 - 首先根据 出的周期宽度是 10 位数据来选择 钟。系统使用 4晶振作为主振荡器，一个 时间就是 若是将 时钟 设置为 话， 则蜂鸣器要求的波形周期 500s 的计数值为500s/（ 2000） 10=（ 716， 7 11 位的数据，而 出周期宽度只是 10 位数据，所以选择 时钟为 不能实现蜂鸣器所要的驱动波形的。 这里将 时钟设置为 4样一个 时钟周期就是1s 了，由此可以算出 500s 对应的计数值为 500s/1s= （ 500） 10=（ 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 出中占空比的实现是 通过设定一个周期内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。 250s 的宽度计数值为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 1/2 以后只需要打开 出， 出口自然就能输出频率为 2000空比为 1/2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 500s ，占空比为 1/2方波，只需要每 250s 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，自动打铃系统设计 - 11 - 可以使用 定时，将 预分频设置为 /1，选择 始终为系统时钟（ 主振荡器时钟 /4），在 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 中断设置为 250s 。当需要 I/O 口驱动的蜂鸣器鸣叫时，只需要在进入 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。 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 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 单江苏信息职业技术学院毕业设计（论文） - - 12 - 元，但由于本系统用了定时器 中断，中断服务程序 入口地址为 000此从0000H 单元起存放一条短调转指令 真正的主程序从 0300H 单元开始存放。 断服务程序设计 单片机内部的定时 /计数器 时 100 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： 系统中是累加器 A 和程序状态字 的保护。 此时，分，秒单元加 1 后要进行十进制调整，即要执行 令，还要注意的是时计到 24 就回零，分和秒 计到60 就回零。 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 22二部分是查字型码，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 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。 自动打铃系统设计 - 13 - 程图 统主程序流程图 江苏信息职业技术学院毕业设计（论文） - - 14 - 统定时中断流程图 自动打铃系统设计 - 15 - 第四章 系统程序设计 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 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 过选择键选择调整位，选中位闪烁。 增加键 一次使选中位加 1。 减少键 一次使选中位位。 1 如果长按 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 来强制打铃或强制关闭铃声 输出数码管段选信号， 输出数码管位选信号。晶振 12M 江苏信息职业技术学院毕业设计（论文） - - 16 - 程序清单 #，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义 #7; /蜂鸣器 32; /设置 返回 33; /确认 下一个参数 34; /增加 35; /减小 36; /保存 /按键菜单的数据定义 0;/进入设置时间的标志位 1;/进入设置时间的标志位 0;/页面菜 单 = 1;/菜单的数据 0; /数据保存相关 # 250 # 41 # 15 #0 /第一个保存的时间 /设置的时间缓存 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 ; 自动打铃系统设计 - 17 - /; 0;/保存标志位 ; 6; /*函数 /读取时间 /定时器初始化 /按键扫描函数 /主函数入口 0;/临时使用的变量 1; ; /初始化液晶 0); /延时有助于稳定 ; /清屏 / ; /始化 ; /首次读取时间 ,0, ) ; /之前没有写入时间 就要写入时间 = ; 7) 1; ; if(= ( 1) /限值处理 0; 1; = 0); = 0) /增加 0); = 0) if(= 0) if(= 1) ,0,1);/减法 if(= 4) ,0,1);/减法 if(= 4) ,0,1);/减法 1; 1; = 0); = 0) /减小 0); = 0) if(= 0) if(= 1) ,0,0);/减法 if(= 4) ,0,0);/减法 if(= 4) ,0,0);/减法 1; 1;/数据发生改变 = 0); = 0) /保存 江苏信息职业技术学院毕业设计（论文） - - 20 - 0); = 0) if(= 0) ); if(= 1) ,0,K) ; ) ; 00); 00); 00); 0; ,0, ) ; ,1, ) ; /保存失败 00); 00); 00); ); 1; = 0); if( /; ,0, 4,0,=24) = 0; if(=60) = 0; if(=60) = 0; /时间处理函数 /根据页面参数 选择对应的参数列表 / if(= 1)/增加 +; if(= 0)/减小 if( -; ; 程序结束 自动打铃系统原理图 自动打铃系统设计 - 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 消选择移位增加减小保存数据+ 5 5 0B U Z 1B E 设计总结 完成自动打铃系统设计的毕业设计我能综合运用电子技术课程中的所学到的理论知识来完成自动打铃机的设计和