基于单片机的打铃器软件设计

1、CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY科研实践题目：基于单片机的打铃器设计二级学院（直属学部）： 延陵学院 专业： 电气工程及其自动化 班级： 10电Y3 学生姓名： 学号： 指导教师姓名： 范力旻 职称： 副教授 2013年12月30日至2014年1月10日目 录摘 要2第一章 绪 论31.1 选题背景及研究意义31.2 课题设计的主要内容3第二章 系统总体设计42.1 设计要求42.2 功能特点4第三章 主程序设计63.1 设计思路63.2 流程图6第四章 软件程序设计74.1 软件程序整体设计74.1.1 程序流程图74.2 程序模块设计84.2.1 DS13

2、02设计84.2.2 蜂鸣器设计84.2.3 LCD1602显示设计94.3主要程序分析9第五章 软件仿真与调试135.1 keil软件介绍及仿真13第六章 实物制作与调试15第七章 总结16附录：17参考文献17元器件清单17系统整体电路图18程序18实物图27摘 要单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。同时，单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。基于上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等方面，而51单

3、片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本设计以AT89S52芯片为核心，利用DS1302作时钟芯片，具有实时显示当前时间，按设定时间报时，能修改当前时钟等功能。关键词： 定时打铃；DS1302时钟； LCD1602液晶显示第一章 绪 论1.1 选题背景及研究意义随着现代科技的发展，管理水平的完善，具有自动提示功能的打铃器能够为企业节省人力资源，减少开支，这对做到一体化管理具有很大的帮助。而且自动打铃系统不断影响着我们的学习和生活，它已被广泛应用于各个学校中，既能实现学校的办公自动化，又便于学校的管理。用单片机控制的自动打铃器，充分发挥了体积小，价格便宜，功耗低，可靠性好等特点，而且具有可

4、改性，将之用于学校作息，方便了广大师生。目前自动打铃系统的研究和使用已经非常普及，之所以选这个课题就是看在它的成熟性和普遍性上。基于以上原因，本课题设计了一款基于单片机的打铃系统，使用简单方便、功能齐全。本次的设计重点在于实现自动打铃系统的基本功能之外，争取设计出亮点，设计出新意，这对我本身是个不小的挑战，因此对这个课题的研究不管是对于我本身还是对此项目在科技方面的发展都具有很重要的意义。1.2 课题设计的主要内容本设计就是利用Atmel 公司生产的单片机AT89S52，芯片DS1302用作时钟芯片（具有实时显示当前时间，按设定时间用蜂鸣器报时，能修改当前时钟（闹钟）等功能）。在以单片机为核心

5、的基础上加上其外围设备实现的小的系统自动打铃系统。所谓的单片机小系统从系统的角度来定义就是完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。硬件设计部分分别从各个功能电路进行阐述，包括电源电路、复位电路、时钟电路及显示电路。软件部分分成了四个模块：初始化模块、时间显示模块、蜂鸣器模块、以及定时打铃模块。初始化模块主要是p对定时计数器的方式及初值的设定，时间显示模块负责正确的显示当前时间，按键设定模块主要是对时间的校准及设定，定时打铃模块负责到时响铃功能。也就是说系统的功能是由硬件和软件两大部分共同合作完成。第二章 系统总体设计2.1 设计要求系统设计主要包括硬件和软件两大部分，根据控

6、制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，达到设计要求。硬件电路采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计包括输入射出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的信号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试、修改，最终达到设计要求。我负责的是软件部分。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择C语言，进

7、行代码设计等；最后对软件进行调试、测试，达到所需的功能要求。2.2 功能特点1. 采用整点打铃方式，报时时间可调。2. 打铃时间为15s。3. 二十四小时制显示年、月、日、时、分、秒。4. 时钟误差：1秒。5. 采用LCD显示。多功能校园打铃控制系统是由微处理器单片机、键盘模块、时钟模块、复位电路、打铃电路和时间显示模块组成。本系统采用AT89S52作为中央处理单元来自动控制蜂鸣器自动响铃，控制时间显示。采用DS1302时钟芯片来为系统提供可靠的时间，尽量减少时间积累误差。时间显示模块采用LCD1602来实时显示当前的年、月、日、时、分、秒时间，系统还设有输入键盘，可以校正实时时钟。复位电路使

8、CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。系统总体设计图如图2-1所示。图 2-1 系统总体设计图第三章 主程序设计3.1 设计思路打铃器运用51单片机为核心元件。电路输出的信号经转换，由单片机的I/O口读入，然后根据打铃时间，并将结果输出到电脑上。系统开始运行，先进行初始化，然后调用子程序，如果子程序运行则进行按时打铃，依次运行的程序为调用调用打铃对比程序、调用键盘子程序，这部分在调用键盘子程序，按下之前是循环进行的，进行逐步循环。开始3.2 流程图初始化参数设置调用显示子程序时间设置子程序键按下？ YES NO打铃时间到？ NO YES打铃图3-1 主程序流程图第四章 软件程

9、序设计4.1 软件程序整体设计单片机校园打铃控制系统的主控程序采用循环调用显示、键盘处理程序、电铃判断子程序，控制子程序。显示子程序将最新的时、分、秒的数据在液晶上显示。在主控程序循环中主要的工作就是扫描是否有按键，若有按键按下则应做相应的功能处理，转入相应的程序，执行相应的功能。4.1.1 程序流程图程序流程 开始初始化读取时间显示时间 循环时间是否为打铃时间 Yes打铃 No调节时间按键是否按下 Yes图 4-1 程序流程图4.2 程序模块设计4.2.1 DS1302设计DS1302工作时为了对任何数据传送进行初始化，需要将复位脚（RST）置为高电平且将8位地址和命令信息装入移位寄存器。数

10、据在时钟（SCLK）的上升沿串行输入，前8位指定访问地址，命令字装入移位寄存器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输出数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8（8位地址+8位数据），在多字节方式下为8加最多可达248的数据。对DS1302的操作就是对其内部寄存器的操作，DS1302内部共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器以外的寄存器。程序见附录。4.2.2 蜂鸣器设计表4-1 晶振为12MHz音调计

11、算初值表音符频率/Hz计数值音符频率/Hz计数值音符频率/Hz计数值低1DO26222901中1 DO52311472高1 DO10465736#1DO#27721661# 1 DO#55410803#1DO11095410低2 RE29420480中 2 RE58710221高RE11755106#1 RE#31119293#2 RE#6229646#2 RE#12454819低3 MI33018182中 3 MI6599105高 3 MI13184552低4 FA34917192中 4 FA6988596高 4 FA13974295#4 FA#37016216# 4 FA #7408108

12、# 4 FA#14804054低5 SO39215306中 5 SO7847653高5 SO15683827#5 SO41514458# 5 SO#8317220# 5 SO#16613612低6LA44013636中 6 LA8806818高6 LA17603409#6 LA#46612876# 6 LA#9326438# 6 LA#18653217低7 SI49412146中 7 SI9886073高 7 SI19673050#include lingsheng.huchar line;uchar code * data song;uchar code yin30=0xFF,0xFF,0x

13、FB,0x90,0xFC,0x0C,0xFC,0x44,0xFC,0xAC,0xFD,0x09,0xFD,0x34,0xFD,0x82,0xFD,0xC8,0xFE,0x06,0xFE,0x22,0xFA,0X15,0XFB,0x04,0xFA,0x67,0xFE,0x85;uchar code song146=0x12,0x52,0x52,0x52,0x56,0x42,/ 0x32,0x42,0x32,0x22,0x18, 0x82,0x82,0x82,0x82,0x86,0x72, 0xB2,0x72,0x72,0x62,0x58, 0x52,0x82,0x82,0x72,0x56,0x4

14、2, 0x32,0x42,0x32,0x22,0x16,0xB2, 0xB2,0x32,0x32,0x22,0x16,0x52, 0x42,0x32,0x22,0xC2,0x88, 0xFF;4.2.3 LCD1602显示设计液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，

15、共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。程序见附录。4.3主要程序分析C:0x0D45 D3 S

16、ETB C ;1 C:0x0D46 EF MOV A,R7 ;1 C:0x0D47 9400 SUBB A,#0x00 ;2 C:0x0D49 EE MOV A,R6 ;1 C:0x0D4A 9400 SUBB A,#0x00 ;2 C:0x0D4C 400B JC C:0D59 ;1 C:0x0D4E 7D13 MOV R5,#0x13 ;1 C:0x0D50 DDFE DJNZ R5,C:0D50 ;19*2=38 C:0x0D52 EF MOV A,R7 ;1 C:0x0D53 1F DEC R7 ;1 C:0x0D54 70EF JNZ delay_50us(C:0D45) ;2 C:

17、0x0D56 1E DEC R6 ;1 C:0x0D57 80EC SJMP delay_50us(C:0D45) ;2 C:0x0D59 22 RET ;2 这是keil反汇编出来的结果，可见总的机器周期=56当晶振为12M时，t=1，那么实际延时时间=56us开始延迟函数的流程图如图4-2所示。调用50us的延时函数图4-2 延迟函数流程图程序见附录。蜂鸣器发声函数：蜂鸣器发声的原理是不同的频率输出发出不同的声音。蜂鸣器发声的流程图如图4-3所示。开始 显示时间设定时间到？ YES NO继续计时打铃图4-3 蜂鸣器发声的流程图程序见附录。键盘扫描函数：由于单片机扫描的速度很快，所以依次用i

18、f判断每一个按键即可，当有一个按键被按下时实现对输出信号变量赋值，同时跳出循环即可。键盘扫描的函数流程图如图4-4所示。图4-4 键盘扫描的函数流程图程序见附录。时间设定模块的设计要点是按键的去抖处理。采用软件来消除按键抖动的基本思想是：在一次检测到有键按下时，该键所对应的行线为低电平，执行一段延时子程序后，确认该行线电平是不否仍为低电平，如果仍为低电平，则确认为该行确实有键按下。当按键松开时，行线的低电平变为高电平，执行一段延时子程序后，检测该行线为高电平，说明按键确实已经松开。时间设定子程序流程图如图4-5所示。开始时加一键 YES时加一处理 NO分加一键 YES分加一处理 NO秒加一键

19、YES秒加一处理 结束图4-5 时间设定子程序流程图第五章 软件仿真与调试5.1 keil软件介绍及仿真Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境、将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具

20、也会令你事半功倍。我使用的keil软件是keil uvision4版本的，protues仿真前要通过工程选项，在output选项卡把生成.HEX文件勾选上，然后编译生成.HEX文件供protues软件仿真使用。主程序仿真如图5-1：图5-1 主程序仿真图DS1302时钟显示与调节程序仿真如图5-2：图5-2 DS1302时钟显示与调节程序仿真图LCD1602显示程序仿真如图5-3：图5-3 LCD1602显示程序仿真图第六章 实物制作与调试一般来说，造成硬件问题的首要问题就是焊接了，也就是说焊接的好与坏直接响产品的正常运行。造成焊接质量不高的常见原因是:焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积；焊锡过少

21、,不足以包裹焊点。冷焊。焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮(不光滑),有细小裂纹(如同豆腐渣一样!)。夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜；若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。对形成的黑膜,要吃净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。焊锡连桥。指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。焊剂过量,焊点明围松香残渣很多。当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加

22、热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。这多是由于加热温度不足或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当浩成的内。最小系统的电路不工作，首先应该确认电源电压是否正常。用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压，看是否符合电源电压，常用的是5V左右。接下来就是检测复位引脚的电压是否正常，EA引脚的电压要正常为5V左右。如果补焊电源后最小系统还是不能工作，有可能是AT89S52单片机坏掉了，重新选择一个AT89S52单片机焊接。如果是工作但是不能按需要的功能执行，也可用更换AT89S52单片机方法调试，但在此之前可以选择检查对应的模块是否有焊

23、接问题，若没有再进行更换。第七章 总结我所选论文题目是“基于单片机的打铃器设计”，之所以选择这个题目，是因为我自己感觉它具有挑战性，越是自己薄弱的环节越要去尝试。在设计课题过程中，有时感觉很辛苦，有时还会产生放弃的念头，但是最终坚持了下来，出色的完成了我的科研设计，为了自己的目标，更为了自己的选择。 开始是搜集资料时，通过各种渠道开始准备工作通过网络、图书馆搜集相关学术论文、核心期刊、书籍等。通过两周的深入学习，搜集了一大堆与此次设计相关的资料，在范老师的指导下，摒弃了一些无关紧要的内容，保留了有参考价值的资料作为备用。接下来，我开始对所搜集的资料进行整理、分析研究，并制作了课题研究的方案及设

24、计规划，开题报告完成之后随即进入紧张而有序的写作及创作之中。但完成之后通过修改又发现了很多漏洞，我想，要干好一件事并非那么简单，但也不是很难，敷衍了事是万万不可的，对待任何事情都要认真去思考，用思想来完成任务。一篇优秀的论文不是写出来的，而是修改出来的，这需要的是耐心，还要用心。在做过程中，我遇到的问题很多，有些是在自己技术所在范围之外，每当无法实现自己的想法或者运行不下去的时候，我就会出现浮躁的情绪，但是我没有放弃，而是适时地调节自己的心态，在老师同学的帮助下，完成了此次的设计。越是不懂的东西才要去学，在学习的过程中你会收获很多，其中一点就是互相学习是最好的学习途径，在学习之后你会感觉到很有

25、成就感，这也是我在完成制作之后体会到的。在整个设计的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样才能更好的提高自己。附录：参考文献1 沈建华，杨艳琴，MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践M.北京：航空航天大学出版社,2008.72 李广弟，朱月琴，王秀山，单片机基础M。北京：航空航天大学出版社,20053 戴佳，戴卫恒，51单片机，C语言应用程序

26、设计实例精讲M。北京：电子工业出版社,20034 徐爱钧，彭秀华。Keil Cx51V7.0单片机高级语言编程与Vision2应用实践M。北京：东安子工业出版社,2002 元器件清单序号文字标号名称数量规格型号备注1U1单片机1AT89S522LS1蜂鸣器1GPC1407YB3U2时钟芯片1DS13024LCD液晶显示器1LCD16025R1电阻110K6C1、C2电容21047X1晶振112MHZ8C3、C4电容230P97805稳压芯片1L7805CV10NPN三极管1SS855011C5电容1470uf12 C6电容1220uf13C7电容110uf14SW1-SW7按钮7TD-03B1

27、5K1开关1控制电源16万用板190*1517电池盒118VCC电源15V19焊锡丝若干系统整体电路图程序#include#include ds1302.h#include lcd1602.h#include lingsheng.huchar line;uchar code * data song;uchar code yin30=0xFF,0xFF,0xFB,0x90,0xFC,0x0C,0xFC,0x44,0xFC,0xAC,0xFD,0x09,0xFD,0x34,0xFD,0x82,0xFD,0xC8,0xFE,0x06,0xFE,0x22,0xFA,0X15,0XFB,0x04,0xF

28、A,0x67,0xFE,0x85;uchar code song146=0x12,0x52,0x52,0x52,0x56,0x42,/ 0x32,0x42,0x32,0x22,0x18, 0x82,0x82,0x82,0x82,0x86,0x72, 0xB2,0x72,0x72,0x62,0x58, 0x52,0x82,0x82,0x72,0x56,0x42, 0x32,0x42,0x32,0x22,0x16,0xB2, 0xB2,0x32,0x32,0x22,0x16,0x52, 0x42,0x32,0x22,0xC2,0x88, 0xFF;extern uchar disp14;sbit

29、key_duishi = P00;sbit key_miao =P01;sbit key_fen = P02;sbit key_shi = P03;sbit key_ri = P04;sbit key_yue = P34;void display(void); /显示函数/void delay_50us(uint t);/延迟函数void key_init(void);/按键初始化void anjiansaomiao(void);/按键扫描void dui_shijian(uint a);/a判断是小时还是分钟uint shi,fen,miao,ri,yue,shi_jishu,fen_jis

30、hu,miao_jishu,ri_jishu,yue_jishu;uint flag_duishi,fen_bijiao,miao_bijiao;uint nian ;void delay_shengyin(uint d);void delay187ms(void);/延时函数void daling(void);/打铃函数void bijiao_shijian(void);/比较时间void main(void) flag_duishi = 1; fen_bijiao = 1; miao_bijiao = 1; lcd1602_init(); set_rst();/对时间，也就是给的第一个时间

31、 key_init(); for(;) if(flag_duishi = 1) shi = 0; fen = 0; miao = 0; ri = 0; yue = 0; red_rtc();/读地址 time_pros();/把读的BCD码转化成十进制 display();/显示时间 if(fen_bijiao = 0 & miao_bijiao = 0) daling(); bijiao_shijian(); anjiansaomiao();/按键扫描 if(flag_duishi = 0) if(key_miao = 0) while(key_miao = 0);dui_shijian(0

32、);red_rtc();/读地址 time_pros();/把读的BCD码转化成十进制 display();/显示时间 if(key_fen = 0) while(key_fen = 0);dui_shijian(1);red_rtc();/读地址 time_pros();/把读的BCD码转化成十进制 display();/显示时间 if(key_shi = 0) while(key_shi = 0);dui_shijian(2);red_rtc();/读地址 time_pros();/把读的BCD码转化成十进制 display();/显示时间 if(key_ri = 0) while(key

33、_ri = 0);dui_shijian(3);red_rtc();/读地址 time_pros();/把读的BCD码转化成十进制 display();/显示时间 if(key_yue = 0) while(key_yue = 0);dui_shijian(4);red_rtc();/读地址 time_pros();/把读的BCD码转化成十进制 display();/显示时间 if(key_duishi = 0) uint i;nian = 13;i = nian/10;nian = nian%10;nian = i*16 + nian;while(key_duishi = 0);write_

34、ds1302(0x8e,0x00);/去除写保护 write_ds1302(0x8c,nian); /更改小时 write_ds1302(0x8e,0x00);/加上写保护flag_duishi = 1; void anjiansaomiao(void)/按键扫描 if(key_duishi = 0) while(key_duishi = 0); set_rst0(); red_rtc();/读地址 time_pros();/把读的BCD码转化成十进制 display();/显示时间 flag_duishi = 0; void bijiao_shijian(void)/比较时间 miao_bi

35、jiao = disp13*10 + disp12;fen_bijiao = disp11*10 + disp10;void key_init(void) key_duishi = 1; key_fen = 1; key_shi = 1; key_ri = 1; key_yue= 1; key_miao = 1;/*void delay_50us(uint t)/50us延迟函数 uchar j; for(;t0;t-) for(j=19;j0;j-);*/void display(void) /显示函数 write_com(0x80);/写命令 write_date(disp1+0x30);

36、/写数据 write_date(disp0+0x30); write_date(Y);/年（year） write_date(0x20); / write_date(disp3+0x30);/ write_date(disp2+0x30); / write_date(W);/周（week） write_date(0x20); write_date(disp5+0x30); write_date(disp4+0x30); write_date(M);/月（month） write_date(0x20); /空格 write_date(0x20); write_date(disp7+0x30);

37、write_date(disp6+0x30); write_date(D);/日（day） write_com(0x80+0x40);/写命令 write_date(0x20); write_date(0x20); /空格 write_date(0x20); write_date(disp9+0x30); write_date(disp8+0x30); write_date(0x3a);/冒号 write_date(disp11+0x30); write_date(disp10+0x30); write_date(0x3a);/冒号 write_date(disp13+0x30); write

38、_date(disp12+0x30); /delay_50us(1); 延时63us void dui_shijian(uint a)/a判断是小时还是分钟，b判断是加还是减 uint i,j,k;if(a = 2)/改变小时的值 shi+; if(shi = 24) shi = 0; i = shi/10; shi_jishu = shi%10; shi_jishu = shi_jishu + i*16;/把十进制转化成16进制 write_ds1302(0x8e,0x00);/去除写保护 write_ds1302(0x84,shi_jishu); /更改小时 write_ds1302(0x8e,0x00);/加上写保护if(a = 1)/改变分钟的值 f