【文章內(nèi)容簡介】 每節(jié)課打鈴 2次，再加上起床和熄燈的次數(shù)，打鈴大約在 20次左右。這樣每個(gè)信息單元占 8個(gè)字 節(jié)，存儲時(shí)均按照非壓縮型 BCD 碼存儲，則需要存儲空間大約在 160個(gè)字節(jié)左右，選用 256 字節(jié)的存儲器就能夠滿足容量的要求，可以采用 ATMEL 公司的 24C02C。根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)可得 24C02C的 I2C 硬件地址為： 0A2H/0A3H。 （ 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。該引腳為漏極開路。因此， SDA 總線要求在該引腳與 VCC之間接入上拉電阻（通常頻率為 100KHz時(shí)該電阻阻值為 10K，頻率為 400KHz 和 1MHz時(shí)，阻值為 2K）。 對于正常的數(shù)據(jù)傳輸，只允許在 SCL 為低電平期間改變 SDA 電平。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。 （ 2）寫保護(hù)（ WP）引腳 該引腳必須連接到 VSS或者 VCC。如果連接到 VSS，寫操作使能。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。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，帶有競爭監(jiān)測和仲裁電路，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。 學(xué)校設(shè)定的系統(tǒng)時(shí)間和打鈴時(shí)間存儲在 24C02C 中。 24C02C 的三個(gè)地址端口 A0、 A 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明書 (論文 ) 第 12頁 共 34 頁 A2 都接地，因而其存儲地址為 A000HA6FFH，共 1KB的存儲空間。其中， WP是 24C02C的寫保護(hù)控制引腳， WP為低電平時(shí) ，串行存儲器可以正常地讀 /寫； WP為高電平時(shí)，對串行存儲器內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫保護(hù)。在系統(tǒng)掉電時(shí)不會丟失其中的內(nèi)容，保證了設(shè)置的打鈴時(shí)間不會因系統(tǒng)掉電而需要重新設(shè)置。如圖 36所示。 圖 36 24C02C引腳連接圖 鍵控模塊 鍵盤是一組按鍵的組合，它是各種儀表中最常用的輸入設(shè)備。操作人員可通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)對話。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。按鍵是一種常開型按鈕開關(guān)，常態(tài)時(shí)按鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，按下鍵時(shí)它們才閉合。根據(jù)本設(shè)計(jì)本的要求 ，我們選用獨(dú)立式鍵盤實(shí)現(xiàn)整個(gè)功能。 獨(dú)立式鍵盤介紹 圖 37 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 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明書 (論文 ) 第 13頁 共 34 頁 工作狀態(tài)不會影響其他按鍵的工作狀態(tài)。這種按鍵軟件程序簡單，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。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根 I/O 口線，因此，在按鍵較多時(shí)， I/O口線浪費(fèi)較大，不宜采用。獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)圖如圖 37 所示。 鍵盤接口及鍵位的功能介紹 按鍵功能介紹 ： 模式按鍵：它的主要功能就是選擇時(shí)鐘芯片里的年、月、日、時(shí)、分、秒，當(dāng)按下模式這個(gè)鍵時(shí)，它從年到月依次往后的選中，這時(shí)按調(diào)節(jié)按鈕就能從當(dāng)前的時(shí)間往上調(diào)。 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。 存入按鍵：它的主要功能就是把系統(tǒng)不正確的時(shí)間修改后按下存入鍵，系統(tǒng)的時(shí)間就為按下那瞬間的時(shí)間。 清空按鍵：它的主要功能就是當(dāng)學(xué)校要重新輸入打鈴時(shí)間的時(shí)候，就先按下清空鍵，再輸入新的時(shí)間。 通過上述每個(gè)按鍵的功能介紹，實(shí)現(xiàn)對打鈴系統(tǒng)的打鈴時(shí) 間設(shè)置。與單片機(jī)具體鏈接圖，如圖 38 所示。 圖 38 鍵盤的接口連接 顯示模塊 在本系統(tǒng)中因?yàn)橐@示年、月、日、星期、時(shí)、分、秒，如果用發(fā)光二極管不能具體的顯示出來，所以采用了七段數(shù)碼顯示管來作為顯示元件。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明書 (論文 ) 第 14頁 共 34 頁 數(shù)碼管的組成及工作原理 數(shù)碼管由 8 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，可以用來顯示數(shù)字、字符等它在家電及工業(yè)控制中有著很廣泛的應(yīng)用。數(shù)碼管實(shí)際上是由 7 個(gè)發(fā)光管組成“ 8”字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8 個(gè)。這些段分別由字母 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp來表示。數(shù)碼管的引腳結(jié)構(gòu)如圖 39 所示，其中 COM引腳為公共端，用來控制數(shù)碼管顯示的打開或關(guān)閉，既起到“使能”作用。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣。 根據(jù)公共端接法方式的不同，數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)的二極管，分別如下： 共陽極就是將 8 個(gè) LED 的陽極連接到一起組成公共端 COM，接到正極，當(dāng)相應(yīng)字段為低電平“ 0”時(shí)，可以點(diǎn)亮該字段；但相應(yīng)字段為高電平“ 1”時(shí)，該字段不亮。 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。 圖 39 LED數(shù)碼管引腳 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 數(shù)碼管的顯示 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個(gè)段 碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明書 (論文 ) 第 15頁 共 34 頁 圖 310 數(shù)碼管動態(tài)顯示電路 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃“ a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp”的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通 COM 端電路的控制，我們只要將需要 顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。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)，不會有閃爍感，動態(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。數(shù)碼管動態(tài)顯示連接，如圖 310所示。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明書 (論文 ) 第 16頁 共 34 頁 第 4 章 整機(jī)原理 整機(jī)原理圖 圖 41 整機(jī)原理圖 整機(jī)電路原理 電路中采用 I2C 總線的串行存儲器 24C02C，在系統(tǒng)掉電時(shí)不會丟失其中的內(nèi)容，保證了設(shè)置的打鈴時(shí)間不會因系統(tǒng)掉電而需要重新設(shè)置。 24C02C 的三個(gè)地址端口 A0、 AA2 都接地，因而其存儲地址為 A000HA6FFH，共 1KB的存儲空間。其中， WP是 24C02C的寫保護(hù)控制引腳， WP為低電平時(shí)，串行存儲器可以正常地讀 /寫； WP為高電平時(shí)，對串行存儲器內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫保護(hù)。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302 采用 3V 的電池作為后備電源，使 DS1302 內(nèi)部的時(shí)鐘不會因?yàn)橄?統(tǒng)掉電而停止。在系統(tǒng)正常供電時(shí)， DS1302 通過內(nèi)部的涓 流充電電阻給后備電池充電，能保證系統(tǒng)電池的長時(shí)間工作。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明書 (論文 ) 第 17頁 共 34 頁 掉電情況下：由 BAT1 干電池通過 DS1302 的引腳 VCC1供電，系統(tǒng)時(shí)間不會因?yàn)闆]有電而停止工作，顯示電路、鍵盤電路、存儲電路、聲音控制電路因?yàn)?AT89C51 沒有電，所以停止工作。來電時(shí)，數(shù)碼管上顯示的系統(tǒng)時(shí)間不會是停電時(shí)刻的時(shí)間，系統(tǒng)繼續(xù)工作。 正常情況下：按鍵按鈕通過 AT89C51 的 、 、 、 腳進(jìn)行調(diào)節(jié)、存入、清空系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間和打鈴時(shí)間和模式選擇。當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間在數(shù)碼 管上顯示系統(tǒng)時(shí)間和打鈴時(shí)間，學(xué)校設(shè)置的打鈴時(shí)間存儲在外部存儲器 24C02C 中。 DS1302 時(shí)鐘芯片為單片機(jī)提供實(shí)時(shí)時(shí)間并與 24C02C中的打鈴時(shí)間進(jìn)行比較來控制 AT89C51的 、低電平。如果當(dāng)前系統(tǒng)與打鈴時(shí)間不一致， AT89C51 中的 腳就輸出高電平，三極管Q1 截止，繼電器斷開，電鈴電路不導(dǎo)通。如果當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間與打鈴時(shí)間一致， AT89C51中的 腳就輸出低電平，三極管 Q1導(dǎo)通，繼電器閉合，電鈴電路導(dǎo)通打鈴。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明書 (論文 ) 第 18頁 共 34 頁 第 5 章 軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中軟件部分應(yīng)承擔(dān)日期時(shí)間顯示、按鍵掃描、系統(tǒng)狀 態(tài)設(shè)置、打鈴時(shí)間判斷等功能。 打鈴系統(tǒng)流程圖 打鈴系統(tǒng)程序打鈴是是調(diào)用存儲器中存儲的打鈴時(shí)間，把鬧鈴值與計(jì)時(shí)值的時(shí)、分單元比較，看是否相等，如果不相等就不打鈴，如果相等就啟動鬧鈴，鬧鈴延時(shí)時(shí)間為12 秒。 程序流程圖如圖 51所示。 圖 51 打鈴系統(tǒng)流程圖 讀時(shí)間日期顯示流程圖 讀時(shí)間日期顯示程序是先對時(shí)間日期進(jìn)行初始化，再對是顯示年月日還是顯示時(shí)分秒進(jìn)行判斷，并利用總線加以顯示。 程序流程圖如圖 52所示。 鬧鐘值與計(jì)數(shù)值時(shí)，分單元相等？ 開始 初始化 停鬧、清除鬧鐘標(biāo)志和 2 秒計(jì)時(shí)標(biāo)志 啟動鬧鐘標(biāo)志置位 返回 鬧鐘計(jì)時(shí) 12 秒？ Y Y N 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明書 (論文 ) 第 19頁 共 34 頁 圖 52 讀時(shí)間日期顯示流程圖 LED 顯示流程圖 顯示子程序采用動態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)三位數(shù)碼管的數(shù)值顯示。測量數(shù)據(jù)在顯示時(shí)需轉(zhuǎn)換成 10 進(jìn)制 BCD碼放在 24C02C 存儲器 中 ，再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制進(jìn)過總線輸出，經(jīng)由單片機(jī)控制 LED 顯示 。程序流程圖如圖 53 所示。 圖 53 LED顯示的流程圖 顯示時(shí)、分、秒、星期 開始 返回 開始 顯示年、月、日 開始 賦初值 開始 TimeToDisplay 開始 if(yh || mode_N3) YN N N Y 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明書 (論文 ) 第 20頁 共 34 頁 主程序流程圖 主程序比較簡單，初始化完成后，調(diào)用按鍵掃描程序，取得鍵值，并根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)用相應(yīng)的子程序。這里有五個(gè)基本的子程序供調(diào)用，分別對應(yīng)系統(tǒng)的各種功能狀態(tài)。分別是打鈴時(shí)間設(shè)置 子程序、當(dāng)前時(shí)間顯示子程序、鍵盤模塊子程序、打鈴校準(zhǔn)子程序等。 程序流程圖如圖 54 所示。 圖 54 控制模塊的流程圖 Main( ) 賦初值年、月、日、時(shí)、分、秒、星期 While(1) 模式鍵 ? 調(diào)節(jié)鍵 ? 校正 LED 顯示模式 主循環(huán)計(jì)數(shù) 打鈴點(diǎn)設(shè)置 打鈴 返回 N Y N Y 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明書 (論文 ) 第 21頁 共 34 頁 第 6 章 仿真和調(diào)試 下面用 keil 與 porteus 仿真軟件實(shí)現(xiàn)校園打鈴的仿真與調(diào)試。 調(diào)試軟件的介紹 Keil軟件是目前最流行開發(fā) MCS51系列單片機(jī)的軟件， Keil提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起。 Keil C51 181。Vision2 集成開發(fā)環(huán)境是 Keil Software， Inc/Keil Elektronik GmbH開發(fā)的基于 80C51 內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺，內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標(biāo)代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程尤其是 C 編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項(xiàng)，在開發(fā)大型項(xiàng)目時(shí)非常理想。 Proteus 是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，它不僅能仿真單片機(jī) CPU的工作情況，也能仿真單 片機(jī)外圍電路或沒