【正文】 7 獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)獨(dú)立式鍵盤的按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵占用一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他按鍵的工作狀態(tài)。操作人員可通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。其中，WP是24C02C的寫保護(hù)控制引腳，WP為低電平時(shí)，串行存儲(chǔ)器可以正常地讀/寫；WP為高電平時(shí)，對(duì)串行存儲(chǔ)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫保護(hù)。如果連接到VCC，寫操作被禁止，但讀操作不受影響引腳采用I2C總線連接方法，這種方法能夠節(jié)約I/O輸出端口。對(duì)于正常的數(shù)據(jù)傳輸，只允許在SCL為低電平期間改變SDA電平。根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)可得24C02C的I2C硬件地址為：0A2H/0A3H。 存儲(chǔ)器24C02C要保證設(shè)置的打鈴時(shí)間數(shù)據(jù)在掉電時(shí)也不會(huì)丟失，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能夠修改打鈴時(shí)間，在本系統(tǒng)中采用I2C總線的串行存儲(chǔ)器24C02C存儲(chǔ)打鈴數(shù)據(jù)。圖35 DS1302引腳連接圖在學(xué)校正常上課中，不可能保證學(xué)校隨時(shí)都有電，為了不影響學(xué)校的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同學(xué)們能夠正常的上、下課。DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式，其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字。位5至位1指示操作單元的地址。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc≥，RST必須保持低電平。RST是復(fù)位/片選線，通過RST輸入高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。當(dāng)輸入量達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器。給三極管基極送入高電壓。 打鈴模塊電鈴工作在交流電220V下，單片機(jī)工作電壓為直流電+5V，所以單片機(jī)引腳不能直接控制電鈴工作，因此我們使用單片機(jī)控制電鈴工作電路的通斷。當(dāng)在單片機(jī)的RST引腳處引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，作為單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)，典型的晶體管振蕩頻率為12MHz。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容?？刂颇K顯示模塊鍵控模塊存儲(chǔ)模塊圖23 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖第3章　硬件電路設(shè)計(jì) 控制模塊設(shè)計(jì)AT89C51在此設(shè)計(jì)中起到非常重要的作用，它就像一個(gè)人的大腦，控制著整個(gè)設(shè)計(jì)的所有系統(tǒng)。方案比較：方案一只采用單片機(jī)自身的存儲(chǔ)是不行的，而方案二雖然要給另外購(gòu)買，但卻能在斷電的情況下仍能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并且繼續(xù)計(jì)數(shù)。方案一：采用單片機(jī)存儲(chǔ)器。方案比較：相對(duì)比較而言，方案二比方案一更符合此設(shè)計(jì)要求，方案一采用點(diǎn)陣式LED顯示的方法，而設(shè)計(jì)只要求年、月、日、時(shí)、分、秒、星期的顯示輸出?；谏鲜鲈颍紤]了三種方案。單片機(jī)時(shí)鐘電路復(fù)位電路鍵盤電路顯示電路存儲(chǔ)電路聲音驅(qū)動(dòng)輸出電路圖22 方案二組成方框圖方案選擇：采用方案一實(shí)現(xiàn)的校園打鈴控制系統(tǒng)調(diào)試容易，價(jià)格相對(duì)較為便宜，但是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制單一，且整個(gè)系統(tǒng)性能不是很高，倒計(jì)時(shí)不是非常精確，功能不完整，如果要求系統(tǒng)調(diào)節(jié)打鈴時(shí)間時(shí)不容易調(diào)整。方案一：主要是由石英晶體振蕩電路和分頻器電路組成的脈沖發(fā)生器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路以及時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器和譯碼顯示電路等電路組成，其中采用計(jì)數(shù)器74LS290、譯碼器74LS4分頻器和八段數(shù)碼管顯示器等器件組成的校園打鈴系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)有控制簡(jiǎn)單，調(diào)試容易等優(yōu)點(diǎn)，但是其顯示功能單一、電路復(fù)雜。 現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，并且在很多電子產(chǎn)品中也將其用到校園鈴聲和廣播控制。通過把播放的內(nèi)容以數(shù)字形式存放在存儲(chǔ)器中，然后單片機(jī)通過控制軟件，按照學(xué)校設(shè)定的播放時(shí)間和內(nèi)容控制單片機(jī)自動(dòng)將存儲(chǔ)器中的數(shù)字音樂文件播放出來。鈴聲控制系統(tǒng)整體由兩部分組成：主控中心和終端電鈴。單片機(jī)又稱單片微控制器，是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞—“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等。其組成方框圖如下21所示： 顯示器顯示器顯示器譯碼器譯碼器譯碼器二十四進(jìn)制時(shí)計(jì)數(shù)器六十進(jìn)制分計(jì)數(shù)器六十進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器校時(shí)電路報(bào)時(shí)電路晶體振蕩器單刀雙置開關(guān)單刀雙置開關(guān)分頻器圖21 方案一組成方框圖方案二：采用ATC公司的單片機(jī)ATC89C51作為控制器。采用方案二實(shí)現(xiàn)的校園打鈴系統(tǒng)其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)多功能控制，計(jì)時(shí)精確，全自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)其所用功能，并且能在斷電的情況下任能正常的實(shí)現(xiàn)打鈴。方案一：完全采用點(diǎn)陣式LED 顯示。因此這種方案既軟件工作量大，又價(jià)格相對(duì)較貴，因此權(quán)衡利弊，選擇方案二。該方案的優(yōu)點(diǎn)是存儲(chǔ)方便，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是斷電后存儲(chǔ)數(shù)據(jù)消失。故選擇第二種方案。此設(shè)計(jì)的控制模塊由單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路組成的。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種商效微控制器，AT89C51是它的一種精簡(jiǎn)版本。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。AT89C51單片機(jī)內(nèi)有時(shí)鐘振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體和微調(diào)電容，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，具體電路設(shè)計(jì)如圖32所示。實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是按鍵復(fù)位。由于單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力有限，因而需要硬件將單片機(jī)輸出的高、低電平變成控制電鈴?fù)〝嗟碾娐罚軌蚓唧w實(shí)現(xiàn)該功能的電路有多種。此時(shí)，三極管呈截止?fàn)顟B(tài)，繼電器不吸合電鈴?fù)Ｖ勾蜮?；，給三極管基極送入的是低電壓。繼電器線圈在斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的反感生電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電壓會(huì)損失繼電器或者電路中的元件，在繼電器線圈上反向并聯(lián)一個(gè)二極管，可將產(chǎn)生的反感生電動(dòng)勢(shì)通過二極管回路釋放掉、保護(hù)繼電器線圈和電路中的電子元件不受高壓損壞。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。當(dāng)Vcc2大于Vcc1＋，Vcc2給DS1302供電。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。最低有效位(位0)如為0表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。所以就采用能在學(xué)校停電時(shí)借助電池也能工作的芯片，而DS1302能夠在學(xué)校掉電時(shí)，Vcc2無法給實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302供電，只有通過干電池B1給實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302的Vcc1提供電量讓DS1302繼續(xù)工作，系統(tǒng)能夠繼續(xù)計(jì)時(shí)?？紤]到串口線、穩(wěn)定性等方面，本系統(tǒng)采用串行數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)器。（1）行數(shù)據(jù)（SDA）引腳串行數(shù)據(jù)引腳為雙向引腳，用于把地址和數(shù)據(jù)輸入/輸出期間。而SDA電平在SCL高電平期間若發(fā)生變化，表明起始和停止條件產(chǎn)生。它主要的特點(diǎn)有：（1）總線只有兩根線，即串行時(shí)鐘線和串行數(shù)據(jù)線，這在設(shè)計(jì)中大大簡(jiǎn)化了硬件接口；（2）每個(gè)連接到總線上的器件地址同時(shí)由芯片內(nèi)部硬件電路和外部地址引腳決定，避免了片選線的線連接方法，并建立簡(jiǎn)單的主從關(guān)系，主器件既可以作為發(fā)送器，又可作為接收器；（3）它是一個(gè)真正的多主總線，帶有競(jìng)爭(zhēng)監(jiān)測(cè)和仲裁電路，多個(gè)主機(jī)可以任意發(fā)送而不破壞總線上的數(shù)據(jù)；（4）同步時(shí)鐘可以作為停止或重新啟動(dòng)串行口發(fā)送的握手方式；（5）連接到同一總線的集成電路數(shù)量只受400pF最大總線電容的限制。在系統(tǒng)掉電時(shí)不會(huì)丟失其中的內(nèi)容，保證了設(shè)置的打鈴時(shí)間不會(huì)因系統(tǒng)掉電而需要重新設(shè)置。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，有的是單個(gè)按鍵，有的是矩陣式的按鍵，即行列式按鍵。這種按鍵軟件程序簡(jiǎn)單，但占用I/O口線較多（一根口線只能接一個(gè)鍵），適用于鍵盤應(yīng)用數(shù)量較少的系統(tǒng)中。調(diào)節(jié)按鍵：它的主要功能就是想改變當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間首先要按模式鍵，選中要修改的時(shí)間，再按調(diào)節(jié)鍵就能控制當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間遞增。與單片機(jī)具體鏈接圖，如圖38所示。這些段分別由字母a、b、c、d、e、f、g、dp來表示。共陰極就是將8個(gè)LED的陰極連接到一起組成公共端COM，接負(fù)極，當(dāng)相應(yīng)字段為高電平“1”時(shí)，可以點(diǎn)亮該字段；當(dāng)相應(yīng)字段為低電平“0”時(shí)，該字段不亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。其中，WP是24C02C的寫保護(hù)控制引腳，WP為低電平時(shí)，串行存儲(chǔ)器可以正常地讀/寫；WP為高電