【正文】 控制的核心就是單片機(jī)。學(xué)習(xí)單片機(jī)的最有效的方法就是理論與實(shí)踐并重，本文用 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)自動(dòng)打鈴系統(tǒng)。由于單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便、價(jià)格低廉等一系列的優(yōu)點(diǎn)。 近年來，隨著電子技術(shù)和微機(jī)計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，單片機(jī)的檔次不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大，已在工業(yè)控制、尖端科學(xué)、智能儀器儀表、日用家電、汽車電子系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、個(gè)人信息終端及通信產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化的核心部件。早期常用的一些時(shí)間控制單元都是用模擬電路設(shè)計(jì)制作的，其定時(shí)準(zhǔn)確性和精度都不是很 理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字電子技術(shù)的新一代產(chǎn)品，隨著單片機(jī)性價(jià)比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來越廣泛。它具有功能強(qiáng)大、體積小、質(zhì)量輕、靈活好用等一系列特點(diǎn)。 隨著電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，家用電器和辦公電子設(shè)備逐漸增多，不同的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來很不方便。 根據(jù)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一個(gè)單片機(jī)多功能定時(shí)打鈴器，它有基本的定時(shí)打鈴功能，還有時(shí)間功能，方便使用者能隨時(shí)掌握時(shí)間，方便人們的生活。通過內(nèi)部定時(shí)產(chǎn)生中斷，從而驅(qū)動(dòng)電鈴打鈴。用其設(shè)計(jì)的是線性開關(guān)、線性穩(wěn)壓電路，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、紋波電壓小等優(yōu)點(diǎn)。含有中斷、定時(shí) ∕計(jì)數(shù)器。 利用 DS1302 實(shí)現(xiàn)時(shí)間、日期的計(jì)量，利用數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)信息的顯示，利用 51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)間日期的獲取，并可接受來鍵盤的按鍵信息，完成時(shí)間、日期的設(shè)定，通過當(dāng)期時(shí)間日期與設(shè)定時(shí)間日期的比對(duì)，實(shí)現(xiàn)打鈴控制，完成該系統(tǒng)的C51 程序設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上完成基于 PROTEUS 7 的系統(tǒng)仿真，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，完成設(shè)計(jì)中所要求的功能。 華中科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第二章 系統(tǒng) 的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 (1)設(shè)計(jì)能正常工作的一個(gè)單片機(jī)最小硬件系統(tǒng)，外圍電路包括設(shè)置鍵盤，數(shù)碼管顯示屏； (2)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，利用單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘先設(shè)計(jì)一個(gè)高精度的內(nèi)部時(shí)鐘系統(tǒng)，最小精確時(shí)間為期 1 秒； (3)在秒計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一個(gè) 24 小時(shí)時(shí)鐘，并設(shè)計(jì)若干定時(shí)功能； (4)設(shè)計(jì)打鈴執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成自動(dòng)打鈴功能。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。 引腳說明： VCC：供電電壓。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為 原 碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 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。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： P3 口管腳備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行 輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電華中科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 平時(shí)間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目 的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR中的 8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。為使該模塊化自動(dòng)打鈴系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，對(duì)系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計(jì)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)由晶振電路和復(fù)位電路組成。 晶振電路用于產(chǎn)生單片 機(jī)工作時(shí)所需的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)的指令必須在時(shí)鐘信號(hào)下按照時(shí)序進(jìn)行。內(nèi)部震蕩方式是在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接一個(gè)晶振振蕩器，與單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器組成時(shí)鐘信號(hào)；外部振蕩方式是在外部將已有脈沖信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)，一般用于使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步。 單片機(jī)在啟動(dòng)是需要復(fù)位，使系統(tǒng)各器件處于初始狀態(tài)。手動(dòng)復(fù)位是在 RST 引腳設(shè)置按鍵，當(dāng)案件按下時(shí)， RST 引腳會(huì)有高電平，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能；上電復(fù)位是在 RST 引腳連接一個(gè)電解電容接至電源，再接一個(gè)電阻接地，系統(tǒng)上電時(shí)，電容充電，只要電容上的上升時(shí)間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。采用三線接口與 CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 是 DS1202 的升級(jí)產(chǎn)品，與 DS1202兼容，但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳，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。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí) 鐘的連續(xù)運(yùn)行。當(dāng) Vcc2 大于 Vcc1＋ 時(shí)， Vcc2 給 DS1302 供電。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。 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。如果 在傳送過程中 RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST置為高電平。 SCLK 為時(shí)鐘輸入端。控制字節(jié)的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302 中，位 6 如果為 0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 RAM數(shù)據(jù) 。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。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下一個(gè) SCLK脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位 0 位到高位 7。 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。 DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè)RAM 單元，共 31 個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè) 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 C0H～FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的 31 個(gè)字節(jié)，命令控制字為 FEH(寫 )、FFH(讀 )。 DS1302可以用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒有具體的時(shí)間記錄，因此，只能記錄數(shù)據(jù)而無法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時(shí)華中科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 間；若采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且，某些測(cè)控系統(tǒng)可能不允許。 顯示電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)采用數(shù)字屏作為顯示器件，實(shí)現(xiàn)時(shí)間、日期、溫度的選擇。另外，有四個(gè) LED 燈通過 指示當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)鐘電路的工作狀態(tài)。編碼鍵盤主要用硬件來實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的識(shí)別，非編碼器件是由軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的定義和識(shí)別。按功能分，獨(dú)立按鍵每一路按鍵就占用單片機(jī)的一個(gè)控制引腳，單片機(jī)直接獲取其信息：矩形按鍵將按鍵排成由行和列組成的行列式，通過確認(rèn)按鍵的行號(hào)和列號(hào)來確定每一路按鍵。本設(shè)計(jì)中按鍵用于設(shè)定定時(shí)時(shí)間，打鈴時(shí)間間隔。實(shí)驗(yàn)中按鍵 0 代表時(shí)間設(shè)置，按鍵 1 代表取消鬧鈴設(shè)置，按鍵 2代表左移設(shè)置以便進(jìn)行上一位時(shí)間設(shè)置，按鍵 3 代表增加時(shí)間數(shù)字，按鍵 4 代表減小時(shí)間數(shù)字，按鍵 5 代表右移設(shè)置以便進(jìn)行上一位時(shí)間設(shè)置，按鍵 6 代表取消以上所有正在進(jìn)行的設(shè)置，恢復(fù)原位，按鍵 7 代表確定以上設(shè)置。開關(guān)斷開，繼電器不導(dǎo)通， 220V電壓無法進(jìn)入，電鈴不響。 I2C 全稱為芯片間總線，是目前使用廣泛的芯片間串行擴(kuò)展總線。 SDA 和 SCL 是雙向的， I2C 總線上各器件的數(shù)據(jù)線都接到 SDA 線上，各器件的時(shí)鐘線均接到 SCL線上。由于 I2C 總線采用純軟件的尋址方法，無需片選的連接，這樣就大大簡(jiǎn)化了總線數(shù)量 。主器件是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的發(fā)送（發(fā)出起始信號(hào)）、發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)、傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出終止信號(hào)的器件，通常由單片機(jī)來擔(dān)當(dāng)。 當(dāng) I2C 總線空閑時(shí)， SDA 和 SCL 兩條線均為高電平。由于各器件輸出端為漏極開路，故必須通過上拉電 阻接正電源，以保證 SDA 和 SCL在空閑時(shí)被上拉為高電平。 SDA 線上的數(shù)據(jù)起始、終止及數(shù)據(jù)的有效性均要根據(jù) SCL 線上的時(shí)鐘信號(hào)來判斷?？偩€上擴(kuò)展的器件數(shù)量不是由電流負(fù)載決定的，而是由電容負(fù)載確定華中科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 的?？偩€上允許的器件數(shù)以器件的電 容量不超過 400pF 為宜，據(jù)此可計(jì)算出總線長(zhǎng)度及連接器件的數(shù)量。 溫度顯示電路 DSl820數(shù)字溫度計(jì)提供 9位 (二進(jìn)制 )溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入 DSl820 或從 DSl820 送出因此從主機(jī) CPU 到 DSl820 僅需一條線 (和地線 )DSl820 的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源因?yàn)槊恳粋€(gè) DSl820在出廠時(shí)已經(jīng)給定了唯一的序號(hào)因此任意多個(gè) DSl820 可以存放在同一條單線總線上這允許在許多不 同的地方放置溫度敏感器件 DSl820 的測(cè)量范圍從 55 到+125 增量值為 可在 ls(典型值 )內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。鍵盤掃描是對(duì)已知程序的掃描與認(rèn)可。如果時(shí)間不一致直接跳步進(jìn)行無限的循環(huán)，直到時(shí)間與設(shè)定打鈴時(shí)間一致打鈴為止。 P3 口驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)繼電器導(dǎo)通 開始 初始化 讀取 DS1302 的 時(shí)間 /日期 鍵盤掃描 讀取 24C02 信息 判斷時(shí)間是否一致？ 華中科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 小時(shí)寄存器（ 85H、 84H）的位 7 用于定義 DS1302 是運(yùn)行于 12 小時(shí)模式還是 24 小時(shí)模式。在 12 小時(shí)模式時(shí)，位 5 是，當(dāng)為 1 時(shí)，表示 PM。 秒寄存器（ 81H、 80H）的位 7 定義為時(shí)鐘暫停標(biāo)志（ CH）。 控制寄存器（ 8FH、 8EH）的位 7 是寫保護(hù)位（ WP），其它 7 位均置為 0。當(dāng) WP 位為 1 時(shí)，寫保護(hù)位防止對(duì)任一寄存器的寫操作。數(shù) 據(jù)在時(shí)鐘（ SCLK）的上升沿串行輸入，前 8 位指定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時(shí)鐘周期，讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，寫操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)。 DS1302 的寄存器和控制命令 對(duì) DS1302 的操作就是對(duì)其內(nèi)部寄存器的操作， DS1302 內(nèi)部共有 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。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器以外的寄存器。 華中科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 DS1302 內(nèi)部的 RAM 分為兩類，一類是單個(gè) RAM 單元，共 31 個(gè)，每個(gè)單元為一個(gè) 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 COH~FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的 RAM，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的31 個(gè)字節(jié)，命令控制字為 FEH（ 寫）、 FFH（讀）。單片機(jī)是通過簡(jiǎn)單的同步串行通訊與 DS1302通訊的，每次通訊都必須由單片機(jī)發(fā)起，無論是讀還是寫操作，單片機(jī)都必須先向 DS1302寫入一個(gè)命令幀，這個(gè)幀的格式如表 1 所示，最高位 BIT7 固定為 1， BIT6 決定操作是針對(duì) RAM 還是時(shí)鐘寄存器，接著的 5 個(gè) BIT 是 RAM 或時(shí)鐘寄存器在DS1302 的內(nèi)部地址，最后一個(gè) BIT 表示這次操作是讀操作抑或是寫操作。其中RST 從低電平變成高電平啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)傳輸過程， SCLK 是時(shí)鐘線， I/O 是數(shù)據(jù)線。 華中科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 單片機(jī)讀取 DS1302 子程序流程圖 Y N 圖 32 單片機(jī)讀取 DS1302 子程序流程圖 鍵盤設(shè)定程序設(shè)計(jì) 單片機(jī)的讀取按鍵方式有 2種 :查詢方式和中斷方式。 中斷方式是利用單片機(jī)外部中斷功能來檢測(cè)是 否有按鍵按下。 本設(shè)計(jì)選用查詢方式處理按鍵設(shè)定程序。本設(shè)計(jì)為 引腳控制 4路按鍵。電壓可允許低至 ，待機(jī)電流和工作電流為 1 微安和 1毫安。共有 8pin PDIP 和 8pin SOP兩種封裝形式。本設(shè)計(jì)中的打鈴器也用到它。 開始 初始化引腳和中斷 掃描口是否有按鍵按下 執(zhí)行相應(yīng)按鍵指令 結(jié)束 華中科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第四章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析 系統(tǒng)調(diào)試 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。