定时打铃器的设计.doc
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1、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。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。本设计的主要目的是设计并实现一个自动打铃系统 ,该系统可定两个打铃时间点,时间可以通过按键手动设置,具有时钟显示及校时功能。本设计通过AT89S52芯片控制7279键盘显示电路以串行方式发送和接收数据,通过串并转换方法将串行数据转换成并行数据发送给7279显示部分和键盘部分。可手动按键盘设置两个打铃时间的打铃时钟存放至设定内存单元。定时时钟通过52单片机,对定时时间存储单元与显示时钟存储单元进行逐次比
2、较时位、分位是否相同,相同则驱动蜂鸣器响铃一分钟,然后自动关闭,实现响铃功能。本课设主要介绍硬件部分设计,简要说明一下软件部分设计。关键词: 单片机 7279显示 定时打铃 目录前 言1第一章 系统组成及工作原理21.1课程设计要求21.2系统组成21.3工作原理21.3.1硬件部分工作原理:21.3.2软件部分工作原理:3第二章 硬件电路设计42.1蜂鸣器驱动系统电路设计42.1.1方案一42.1.2方案二42.1.3方案三52.1.4方案确定及参数设计52.2单片机控制系统62.2.1 单片机时钟电路62.2.2 单片机复位电路72.2.3 AT89S52单片机82.3 键盘显示电路设计1
3、02.3.1 7279引脚说明112.3.2 7279主要特性及指令12第三章 软件设计133.1程序设计思想133.2 主程序设计143.3 键盘扫描程序设计153.4 显示子程序设计163.5 中断子程序设计17第四章 实验、调试和测试结果与分析184.1硬件部分184.2软件部分18第五章 总结与展望19参考文献20附录一 元件清单21附录二 程序清单22附录三 定时器实物图34附录四 定时器原理总图35 第 35 页前 言随着人们生活水平的提高,家庭中的时钟也在悄悄地发生变化。早期的机械式小型时钟大部分被现代的电子时钟所代替,而且也具备了其他的功能。大大小小的时钟在人们的生活中发挥着重
4、要的作用。最初人们通过太阳、月亮辨别时间。后来则使用沙漏等计时工具计时。而报时则是人工实施。现代时钟发展最早于西方的发条机械表,可以进行机械报时功能,但误差较大不易维护。20世纪中叶石英的发明让时钟更为精准。至今时钟已走向电子设备之中,电子时钟可以时刻与网络进行校订,时钟已走向智能化。随着科学技术的飞速发展,单片机以其卓越的性能,在各个领域中得到了广泛的应用。一方面向着高速、智能化的巨型机方向发展,另一方面向着嵌入式微型机的方向发展。其中,单片机其性能和容量不断提高,而价格不断下降的趋势,使其在社会各个领域仍至家庭生活中发挥着越来越大的作用。现如今在电子系统非常广泛的应用领域内,为了使人们用最
5、方便快捷的方式享受生活,设计人员能在更小的空间内实现更多功能,从而提高了系统可靠性和速度。如手机定时闹铃,企业、公司、学校作休定时打铃,倒计时等都有定时打铃器的应用。定时打铃器让人们的生活更便捷更舒,本课设将对这种定时打铃器进行研究。第一章 系统组成及工作原理1.1课程设计要求( 1 ) 显示时钟格式:*时*分*秒( 2 ) 可任意设定时间达到定时控制,定时点可有2 个( 3 ) 定时时间到,打铃1 分钟,然后自动关闭打铃1.2系统组成通过对系统总体结构的分析,根据打铃器实际要求,分不同模块设计,本系统主要以单片机STC89C52为核心,包括HD7279键盘管理和显示电路、打铃电路,数据保存电
6、路等四个部分组成。采用了最小系统板不仅简化了面板按键设计和内部电路设计,从而方便地实现了通过按键来校时、定时以及铃响控制。本系统具有结构简单、造价低、计时报时准确等优点。其系统组成如图2.1所示:键 盘继电器输出接口口单片机振铃显 示图2.1定时打铃器硬件系统结构框1.3工作原理定时打铃器的设计具体分为两个部分:硬件部分和软件部分。1.3.1硬件部分工作原理:用7279键盘显示电路控制时钟显示,键盘为4X4矩阵式键盘,显示电路为8段共阴数码管。系统电路由52单片机的P1.6口输出,外接蜂鸣器驱动电路,P1.6正常工作时为高电平输出,当到定时时间时P1.6口为低低电平,并驱动蜂鸣器电路响铃。硬件
7、部分先通过光耦排除干扰,再用继电器控制驱动蜂鸣器响铃。1.3.2软件部分工作原理:在软件编程中,定时打铃器主要由7279内部定时器定时中断,并开辟存储单元为计数器使用,每进去一次中断,在中断服务程序中使计数器加一,主要用52芯片内定时器定时中断服务程序完成秒、分、时的运算,再通过把时钟与键盘输入的定时单元内容的时间进行比较,如果时间到则打铃。在键盘的设置时,有09输入可以矫正时间,也完成设置定时时间。 第二章 硬件电路设计 2.1蜂鸣器驱动系统电路设计定时打铃器是通过单片机信号控制的。但不能直接由单片机驱动,需外接放大电路进行驱动。以实现小信号控制较大负载要求。以下对蜂鸣器驱动电路设计方案进行
8、讨论。2.1.1方案一如3.1.1图所示,本方案单品机P1.6口引脚输出,通过接连一个反相器,再通过反向器驱动蜂鸣器,试蜂鸣器响铃。反相器作用是驱动蜂鸣器。此电路的优点是电路简单,实现方便,也很容易调试。图2.1.1蜂鸣器驱动电路(1) 2.1.2方案二如2.1.1图所示,本方案单品机P1.6口通过三极管控制蜂鸣器响铃,此电路高电平有效。此电路的优点也是电路简单,实现方便,也很容易调试。图2.1.2 蜂鸣器驱动电路(2) 2.1.3方案三本方案使用了光耦和继电器,相比前两个方案要复杂点。首先在单片机输出低电平后,通过反相器将电流放大,然后通过光耦去干扰,再接三极管继电器驱动蜂鸣器。优点:有光耦
9、去干扰,并有反相器和三极管同时放大电流,足够驱动电路,并使用了继电器驱动蜂鸣器,有自动调节、安全保护的功能。缺点:相比前两个方案更复杂,而继电器的磁铁震动,可能对系统造成不稳定。图2.1.3 蜂鸣器驱动电路(3) 2.1.4方案确定及参数设计通过综合考虑系统实施的安全性、稳定性、和后期调试要求,最终选定方案三作为蜂鸣器驱动电路。 图2.1.4 4N25芯片引脚图单片机输出信号接非门以提供4N25光耦驱动电流。电压为5V。4N25芯片管脚如图3.1.4。本电路要求光耦作为前级开关。电流应IF应满足大于4N25饱和电流4.5mA。故应满足R3(5-UF)/IF1K,可选择常用电阻500,输出电流约
10、为4.5mA。为保证后级继电器电路工作正常。采用R1,R2控制三极管基极电压和电流。使得导通时有 4.8V,Ib4mA。工作时三极管处于饱和状态能够驱动后级继电器三极管电路。2.2单片机控制系统主控制系统采用了 Atmel 公司生产的 STC89C52 单片机,它含有 256 字节数据存储器。单片机最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对52系列单片机来说,最小系统包括:单片机、晶振电路、复位电路。复位电路和晶振电路是 STC89C52工作所需的最简外围电路。基本系统电路原理图2.2: 图 2.2单片机控制系统原理图 2.2.1 单片机时钟电路内部时钟电路如图所示,在XTA
11、L1和XTAL2引脚上外接定时元件,内部振荡电路就产生自激振荡。定时元件通常石英晶体和电容组成的并联谐振回路,晶体振荡器选择12MHZ,电容采用20PF。图2.2.1 时钟电路2.2.2 单片机复位电路 影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分 (1)外因射频干扰,它是以空间电磁场的形式传递在机器内部的导体(引线或零件引脚)感生出相应的干扰,可通过电磁屏蔽和合理的布线/器件布局衰减该类干扰; 电源线或电源内部产生的干扰,它是通过电源线或电源内的部件耦合或直接传导,可通过电源滤波、隔离等措施来衰减该类干扰。(2)内因振荡源的稳定性,主要由起振时间频率稳定度和占空比稳定度决定 起振
12、时间可由电路参数整定稳定度受振荡器类型温度和电压等参数影响复位电路的可靠性。复位是单片机的初始化操作。单片机启运运行时,都需要先复位,其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。因而,复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的,必须配合相应的外部电路才能实现。复位电路的基本功能是:系统上电时提供复位信号,直至系统电源稳定后,撤销复位信号。为可靠起见,电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号,以防电源开 关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。如图2.2.2所示。图2.2.2 单片机复位电路 复位电路2.2.3 AT89S52单片机AT8
13、9S52是一个低功耗,,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-52指令系统及80C52引脚结构,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。其引脚排列如2.2.3所示。图2.2.3 AT89S52引脚图AT89S52具有如下特点:40个引脚,256 bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,一个6向量2级中断结构,3个16位可编程定时
14、计数器,2个全双工串行通信口,片内时钟振荡器。此外,AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。管脚说明:40个引脚按其功能来分,可分为三个部分:电源及时钟引脚 控制引脚 I/O口引脚(1)电源及时钟引脚 电源引脚接入单片机的工作电源。 VCC(40)引脚:接+5V电源。 VSS(20)引脚:接地。 两个时钟引脚XTAL0、XTAL1为单片机提供了时钟控制信号。XTAL0(18脚):接外部晶体的一个引脚。XTAL
15、1(19脚):接外部晶体的另一端。(2)控制引脚RST是复位信号的输入端,高电平有效。当单片机正常工作时,在此引脚加上持续时间大于两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时,就可完成复位操作。在单片机正常工作时,复位端应小于或等于0.5V的低电平。PSEN(29脚)程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时,此引脚输出脉冲负跳沿作为外部程序存储器的选通信号。ALE(30脚)ALE为地址锁存允许信号,当单片机上电正常工作后,ALE引脚不断输出正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时,ALE输出信号的负跳沿用作单片机发出的低8位地址的锁存控制信号。即使不访问外部锁存器,ALE端仍有正脉冲
16、信号输出,频率为时钟振荡频率fOSC的1/6。EA(31脚)功能为内/外程序存储器选择控制端。当EA脚为高电平时,单片机访问片内程序存储器,当EA脚为低电平时,单片机则只访问外部程序存储器。所以此次设计,须把单片机的31脚接到高电平。(3)I/O引脚P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。P1 口:
17、P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入。在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。P1 口引脚号的第二功能如表2-1所示。表2-1 P1口引脚的第二功能P1.0T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出P1.1T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)P1.5MOSI(在系统编程用)P1.6MI
18、SO(在系统编程用)P1.7SCK(在系统编程用)P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR)时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址(如MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和
19、一些控制信号。P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,对P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。P3 口引脚号的第二功能如表2-2所示。表2-2 P3 口引脚号的第二功能P3.0RXD(串行输入)P3.1TXD(串行输出)P3.2INT0(外部中断0)P3.3INT1(外部中断1)P3.4T0(定时器0外部输入)P3.5T1(定时器1外部输入)P3.6WR(外部数据
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