【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圍為 1 秒到 23 時(shí) 59 分 59 秒，有按鍵設(shè)置定時(shí)時(shí)間，按開始鍵后開始定時(shí)，若定時(shí)時(shí)間到，停止定時(shí)，并通過控制器控制蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。定鬧器的工作流程圖如圖 31 所示。圖 31 定鬧器工作流程圖定鬧器工作過程：復(fù)位初始狀態(tài)按鍵設(shè)置定時(shí)初值開始鍵按下開始定時(shí)定時(shí)結(jié)束發(fā)出報(bào)警聲基于單片機(jī)的電子定鬧器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7通電或復(fù)位狀態(tài) 8 位共陽數(shù)碼管顯示“00—00—00” ；由按鍵設(shè)置定時(shí)時(shí)間；定時(shí)開始鍵按下，開始定時(shí)；定時(shí)時(shí)間到，停止定時(shí)，并通過控制器控制蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)由單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)、按鍵、共陽數(shù)碼管、狀態(tài)顯示電路、蜂鳴器組成。按鍵的輸入：鍵 kh，km，ks 三個(gè)鍵作為時(shí)間設(shè)定的控制鍵，由 — 腳輸入。定時(shí)的顯示電路：顯示電路由 8 位共陽數(shù)碼管顯示，由單片機(jī)的 P0、P2 端口輸出。定鬧器的報(bào)警系統(tǒng)通過單片機(jī) 引腳來控制蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。以上是對(duì)定時(shí)器的工作原理和具體工作流程進(jìn)行了詳細(xì)地講解，現(xiàn)對(duì)其各單元電路分別進(jìn)行講解。 AT89C51 單片機(jī)單片機(jī)是把主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。它是一種集計(jì)數(shù)和多種接口于一體的微控制器，被廣泛應(yīng)用在智能產(chǎn)品和工業(yè)自動(dòng)化上，而 51 單片機(jī)是個(gè)單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。 單片機(jī)比專用處理器最適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 PC 機(jī)和其他計(jì)算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)。在單片機(jī)家族的眾多成員中，MCS—5l 系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。目前?？捎糜?MCS51系列單片機(jī)開發(fā)的硬件越來越多，與其配套的各類開發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善。因此，可以極方便地利用現(xiàn)有資源，開發(fā)出用于不同目的的各類應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、通用性好、特別是它能耗低、價(jià)格便宜、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，所以單片機(jī)現(xiàn)在廣泛的應(yīng)用到家用電器、8 定鬧器電路的設(shè)計(jì) 機(jī)電產(chǎn)品、兒童玩具、機(jī)器人、辦公自動(dòng)化產(chǎn)品等領(lǐng)域。為了進(jìn)一步的熟悉并掌握單片機(jī)的應(yīng)用及開發(fā)，認(rèn)真的做好此次課程設(shè)計(jì)非常必要。AT89C51 是帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（EPEROM）的低電壓、高性能CMOS 8 位微處理器（俗稱單片機(jī)） ，該單片機(jī)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS－51 型機(jī)的指令集和輸出引腳兼容。AT89C51 將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，為很多嵌入式控制提供了靈活性高且價(jià)格低廉的方案。 主要特點(diǎn)及引腳功能在使用單片機(jī)之前必須要清楚單片機(jī)的主要特點(diǎn)和引腳功能，現(xiàn)對(duì) AT89C51 單片機(jī)的主要特點(diǎn)和引腳功能分別進(jìn)行介紹。1 主要特點(diǎn)AT89C51 單片機(jī)屬于 Atmel 公司的 AT89 系列單片機(jī)，其是低電壓、低功耗、高性能的 8 位單片機(jī)，其具有的主要特性如下：? 兼容 MCS51 指令系統(tǒng)；? 4 KB 的 Flash ROM；? 壽命達(dá) 1000 寫/擦循環(huán)； ?　全靜態(tài)工作： 0Hz－24MHz ； ?　1288 位內(nèi)部 RAM； ?　32 條雙向 I/O 口線； ?　2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；? 一個(gè)串行接口；? 兩個(gè)外部中斷源；?　5 個(gè)中斷源； ?　可編程串行通道； ?　低功耗閑置和掉電模式； ? 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；? 時(shí)鐘頻率 024MHz。2 引腳功能AT89C51 有三種封裝方式，雙列直插式封裝（DIP） 、塑封方型扁平式封裝（PQFP）和塑封有引線載體封裝（PLCC） 。本文所采用的單片機(jī)是 DIP 方式的封裝，現(xiàn)對(duì)AT89C51 單片機(jī)的引腳進(jìn)行詳細(xì)的敘述，其引腳圖如圖 32 所示，引腳功能如下：基于單片機(jī)的電子定鬧器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9圖 32 AT89C51 引腳圖VCC（40）：＋5V。 GND（20）：接地。 　P0 口（39－32）：P0 口為 8 位漏極開路雙向 I/O 口，每引腳可吸收 8 個(gè) TTL 門電流。 　P1 口（1－8）：P1 口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收和輸出 4 個(gè) TTL 門電流。 　P2 口（21－28）：P2 口為內(nèi)部上拉電阻器的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收和輸出 4 個(gè) TTL 門電流。 　P3 口（10－17）：P3 口是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻器的雙向 I/O 口，可接收和輸出4 個(gè) TTL 門電流，P3 口也可作為 AT89C51 的特殊功能口。 　RST（9）：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)，要保持 RST 引腳 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 　ALE/PROG（30）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)，在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6，它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的，要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過 1 個(gè) ALE 脈沖。 　PSEN（29）：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期 2 次 PSEN 有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這 2 次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 10 定鬧器電路的設(shè)計(jì) 　EA/VPP（31）：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，外部程序存儲(chǔ)器地址為（0000H－FFFFH）不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。 　XTAL1（19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2（18）：來自反向振蕩器的輸出。以上介紹了 AT89C51 單片機(jī)的主要特點(diǎn)和引腳功能，現(xiàn)對(duì)本文所涉及到的單片機(jī)中斷進(jìn)行詳細(xì)地介紹。 單片機(jī)中斷對(duì)于本文所應(yīng)用到的中斷有外部中斷 INT0 和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0。外部中斷通過按鍵來控制定鬧器開始定時(shí)，通過定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 來獲得 1s 的定時(shí)，其程序的初始值應(yīng)為：EA=1 開放總中斷；EX0=1 允許使用外中斷 INT0(控制開始按鍵)；IT0=1 選擇負(fù)跳變來觸發(fā)外中斷（按鍵一次開始外部中斷） ；TMOD=0x01 使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T0；ET0=1 允許 T0 中斷；TH0=(6553650000)/256 定時(shí)器高八位賦初值；TL0=(6553650000)%256 定時(shí)器低八位賦初值；通過賦初值，T0 產(chǎn)生 50ms 的定時(shí)，20 次定時(shí)便是 1s。TR0=1 啟動(dòng)定時(shí)器 T0；PT0=1 外部中斷后直接跳轉(zhuǎn)到定時(shí)子程序，故應(yīng)設(shè)置優(yōu)先級(jí)，讓定時(shí)器中斷優(yōu)先級(jí)高于外部中斷，此時(shí)便開始定時(shí)（程序的關(guān)鍵） 。 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了能讓單片機(jī)能夠正常工作，不免少不了單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)必須包含的電路有時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏，CPU 就是通過復(fù)雜的時(shí)序電路完成不同的指令功能的。MCS51 的時(shí)鐘信號(hào)可以由兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；另一種為外部方式，時(shí)鐘信號(hào)由外部引入。MCS51 單片機(jī)有 HMOS 型和 CMOS 型，他們的時(shí)鐘電路有一定的區(qū)別。內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖 33 所示，其振蕩頻率可在 ～12MHz 之間任選，工程應(yīng)用時(shí)通常采用 6MHZ或 12MHZ，本文采用 12MH 的晶振，電容 CC2 可在 10～30pF 之間選擇，電容的大小基于單片機(jī)的電子定鬧器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11對(duì)振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微調(diào)作用，本文采用 22pF 的電容。圖 33 單片機(jī)時(shí)鐘電路 復(fù)位電路單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初試狀態(tài)，并從初試開始工作。51 單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從復(fù)位（RST）引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)振蕩周期）以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位，使單片機(jī)回到初始狀態(tài)。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鍵復(fù)位和上電上電自動(dòng)復(fù)位。在本系統(tǒng)中采用手動(dòng)按鍵復(fù)位，其手動(dòng)按鍵復(fù)位如圖 34 所示。圖 34 單片機(jī)復(fù)位電路因本文中的 AT89C51 單片機(jī)不需要訪問外部程序存儲(chǔ)器，只需訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，故單片機(jī)的 31 引腳置高電平。 按鍵控制電路按鍵是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最廣泛的一種,是一種數(shù)據(jù)輸入設(shè)備。鍵通常是一種常開型按鈕開關(guān)，常態(tài)下鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，按下鍵時(shí)它們才閉合（短路） 。如圖 35，36 分別為按鍵實(shí)圖和按鍵接口電路連接圖。12 定鬧器電路的設(shè)計(jì) 圖 35 按鍵實(shí)圖 圖 36 按鍵接口電路連接圖 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管，是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的一種顯示輸出，主要用于單片機(jī)控制中的數(shù)據(jù)輸出和狀態(tài)信息顯示。如圖 37，38 分別為 8 段數(shù)碼管的示意圖和引腳圖。 圖 37 8 段數(shù)碼管示意圖 圖 38 8 段數(shù)碼管引腳圖 數(shù)碼管分類共陰極數(shù)碼管是將所有發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共端 COM，當(dāng)公共端接低電平時(shí)，某一段陽極上的電平為“1”時(shí)，該段點(diǎn)亮，電平為“0”時(shí)，該段熄滅。如圖 39 為共陰數(shù)碼管連接原理圖。圖 39 共陰數(shù)碼管連接原理圖共陽極數(shù)碼管是將所有發(fā)光二極管的陽極接在一起作為公共端 COM，當(dāng)公共端接高電平時(shí)，某一段陰極上的電平為“0”時(shí)，該段點(diǎn)亮，電平為“1”時(shí)，該段熄滅。如基于單片機(jī)的電子定鬧器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 13圖 310 是共陽數(shù)碼管連接原理圖。圖 310 共陽數(shù)碼管連接原理圖 驅(qū)動(dòng)方式數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)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(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。1 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動(dòng) 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58＝40 根 I/O 端口來驅(qū)動(dòng)，而一個(gè) AT89C51 單片機(jī)可用的 I/O 端口才 32 個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。2 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管動(dòng)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(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)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(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以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(huì)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(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。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。本文所用的的是共陽數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。 蜂鳴器報(bào)警電路蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、14 定鬧器電路的