基于单片机的自动打铃系统设计很完整.docx
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基于单片机的自动打铃系统设计很完整
摘要
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。
简易自动打铃系统的出现，使学校上下课铃声得以有效管制，对于减轻学校管理人员工作量、提高学校各工作效率，减少管理人员因忘记打铃，从而导致老师拖延课程时间起到明显效果。
本系统采用单片机STC89C52为中心器件来设计简易自动打铃控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。
关键词：
单片机；8255扩张芯片；数码管显示时钟模块；键盘调时钟模块；定时蜂鸣器鸣叫模块。
简易自动打铃系统
设计要求
利用单片机作为控制核心，完成一个简易自动打铃系统。
具体功能要求如下：
（1）基本计时和显示功能（12小时制）。
可设置当前时间（包括上下午标志，时、分的数字显示）。
（2）能实现基本打铃功能，规定：
上午7：
30早自习：
打铃5秒、停2秒、再打铃5秒。
下午10：
30熄灯铃：
打铃5秒、停2秒、再打铃5秒。
1方案论证与对比
1.1方案一
根据设计要求，由于本设计是可调时钟显示与打铃功能，可以使用中断之类的器件利用其转换效应。
在有键按下时，就可以用单片机进行数据的处理，从而实现调时钟与打铃功能。
在显示电路上，就可以用数码管将被调时钟显示出来，直接用AT89C52引脚接数码管、键盘、蜂鸣器，这种设计需要用用到大量的CPUI/O口，若要同时实现更多功能则CPUI/O口不够用。
1.2方案二
根据开发板设计原理图与实物图，我们的开发板有8255扩张芯片可用，调时可不用中断按键，同时外中断1与蜂鸣器同时都接着STC89C52的口，因此要实现同时用外中断1调时和蜂鸣器打铃会产生冲突，不可取。
这里利用8255扩张键盘和数码管减少CPU接口的浪费，矩阵式键盘调时能更好的实现所需的功能。
1.3方案对比与选择
从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，能充分利用资源，软件设计思路也比较简单，故采用了方案二。
本方案的计时部分使用单片机内部的可编程定时器，根据单片机是利用STC-52中的89C52作为其核心部分，其内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分的计时，键盘输入部分，系统用8255作为单片机的键盘输入，其采用3*1矩阵结构，其中两个键用于调整时间分和时，另一个键用于调上下午标志。
上电后系统自动进入时钟显示，从A00-00开始计时，此时可以设定当前时间。
系统内部设定时间鸣叫，定时时间到，蜂鸣器鸣叫。
（参考于：
李军，《51系列单片机高级实例指南》）
2单元电路设计与计算
2.1复位电路
STC-52单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。
复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。
上电复位：
上电复位电路是—种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。
上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。
为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。
电路图如下：
图1复位电路
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。
只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。
2.2时钟电路
时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。
因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
常用的时钟电路有两种方式：
一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。
本文用的是内部时钟方式。
电路图如下：
图2时钟电路
STC-52单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。
这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。
2.3按键电路
按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。
按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。
闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。
抖动持续时间的长短与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。
为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。
，每个按键的工作状态不会产生互相影响。
电路图如下：
图3按键电路
电路图PC0—PC3接低电平做输入，PC4—PC7做扫描线。
当有按键按下时即把低电平送入8255的PC4—PC7使得所连引脚置低。
实现调时钟的功能。
2.4数码显示功能说明
八段LED数码管显示器能够显示十进制或十六进制数字及某些简单的字符，这种显示器显示的字符较少，形状有些失真，但控制简单，使用方便，在单片机应用系统中使用较多，我们采用六位八段共阳极数码管显示时钟，每个数码管的8段是有芯片8255的PB口控制亮灭，每个数码管的公共脚分别由8255的PA0-P5经三极管扩流后进行控制，电路原理图如下:
（参考于：
楼然苗，《单片机课程设计指导》）
图4显示电路
2.5蜂鸣器电路
单片机的引脚用来控制蜂鸣器的工作，当输出高电平时，三极管截止，蜂鸣器不工作，当引脚输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器工作，同时二极管发光。
电路原理图如下图所示：
图5响铃电路
3系统软件工作流程
3.1系统软件设计流程图
这次的自动打铃设计用到很多子程序，它们的流程图分别如下所示。
主程是先开始，然后启动定时器，定时器启动后显示A00-00,再进行按键检测，检测完后，可调时。
接着进行响铃检测，检测是否响铃。
图6系统软件
3.2按键处理流程图
按键处理是先检测分按键是否按下，分按键如果按下，分就加1；如果没有按下，就检测时按键是否按下，时按键如果按下，时就加1；如果没有按下，就检测上下午标志按键是否按下，上下午标志按键如果按下，上下午就交替转变；如果没有按下，就把时间显示出来。
（参考于：
王俊峰，《8051单片机实践与应用》）
图7按键检测
3.3定时器中断流程图
定时器中断时是先检测1秒是否到，1秒如果到，秒单元就加1；如果没到，就检测1分钟是否到，1分钟如果到，分单元就加1；如果没到，就检测1小时是否到，1小时如果到，时单元就加1，如果没到，就显示时间。
时间显示是先分个位计算显示，然后是分十位计算显示，再然后是时个位显示，再就是时十位计算显示。
（参考于：
张鑫，《单片机原理及应用》）
图8定时器
3.4响铃流程图
响铃是系统自动到规定的时间则把蜂鸣器置低，使得蜂鸣器鸣叫，从而达到打铃的效果，时间有软件预定。
图9响铃
4系统功能测试与整体指标
单片机应用系统的调试包括硬件和软件两部分，但是他们并不能完全分开。
一般的方法是排除明显的硬件故障，再进行综合调试，排除可能的软/硬件故障。
4.1系统各功能模块的性能调试与测试
硬件电路板：
我们用的电路板有机的融合了单片机的各功能单元，电路板将所有的I/O接口引出，采用USB线供电模式，STC89C52支持串口方式直接下载程序。
8255芯片做扩张用。
6位数码管做动态扫描显示，蜂鸣器做单片机发声。
4*4矩阵式键盘做计键盘动态扫描检测。
拿到电路板后，首先要检查加工质量，并确保没有任何方面的错误，如短路和断路，尤其要避免电源短路；元器件在安装前要逐一检查，用万用表测其数值，看是否与所用相同；完成焊接后，应先空载上电（芯片座上不插芯片），并检查各引脚的电位是否正确。
若一切正常，方可在断电的情况下将芯片插入，再次检查各引脚的电位及其逻辑关系。
将万用表的探针放到单片机接电源的引脚上检测一下，看是否符合要求。
4.2系统功能测试
走时：
默认为走时状态，按12小时制分别显示“A/P-时时-分分”，有2个“-”动态显示，时间会按实际时间以秒为最少单位变化。
走时调整：
按S12对上下午进行调整，按一下变换一次；按S4对分进行调整，按一下加一分；按S8对时进行调整，按一下加一小时，从而达到快速设定时间的目的。
4.3系统误差原因分析
时间是一个基本物理量，具有连续、自动流逝、不重复等特性。
我国时间基准来自国家授时中心，人们日常使用的时钟就是以一定的精度与该基准保持同步的。
结合时间概念和误差理论，可以定义电子钟的走时误差S=S1-S2,S1表示程序实际运行计算所得的秒；S2表示客观时间的标准秒。
S>0时表示电子钟秒单元数值刷新滞后，即走时误差为“慢”；反之，S<0表示秒单元数值的刷新超前，即走时误差为“快”。
本次设计的单片机电子钟系统中，其误差主要来源包括晶体频率误差，定时器溢出误差，延迟误差。
晶体频率产生震荡，容易产生走时误差；定时器溢出的时间误差，本应这一秒溢出，但却在下一秒溢出，造成走时误差；延迟时间过长或过短，都会造成与基准时间产生偏差，造成走时误差。
4.4系统整体指标测试
软件程序的调试一般可以将重点放在分模块调试上，统调是最后一环。
软件调试可以采取离线调试和在线调试两种方式。
前者不需要硬件仿真器，可借助于软件仿真器即可；后者一般需要仿真系统的支持。
本次课题，Keil软件来调试程序，通过各个模块程序的单步或跟踪调试，使程序逐渐趋于正确，最后统调程序。
仿真部分采用protus6professional软件，此软件功能强大且操作较为简单，可以很容易的实现各种系统的仿真。
首先打开protus6professional软件，在元件库中找到要选用的所有元件，然后进行原理图的绘制；绘制好后再选择wave6000已经编译好的*.hex文件，选择运行，观察显示结果，根据显示的结果和课题的要求再修改程序，再运行查，直到满足要求。
5详细仪器清单
表格1仪器清单
仪器名称
数量
电阻
10
蜂鸣器
1
8255芯片
1
STC89C52
1
8段数码管
6
键盘
3
LED指示灯
2
电源
1
6总结与思考致谢
我在这一次简易自动打铃系统的设计过程中，很是受益匪浅。
通过对自己在大学三年时间里所学的知识的回顾，并发挥对所学知识的理解和思考及书面表达能力，自己亲手设计，最终完成目标了。
这为自己今后进一步深化学习，积累了一定宝贵的经验。
把知识转化为能力的实际训练。
培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。
通过这次课程设计我发现，只有理论水平提高了；才能够将课本知识与实践相整合，理论知识服务于教学实践，以增强自己的动手能力。
这个课程设计十分有意义，我获得宝贵经验。
通过这次课程设计，我们知道了理论和实际的距离。
自己今后将会更加的把理论知识和实际应用结合起来，提高自己的能力。
在此感谢学校各级领导给予我们这次自我学习的机会，同时感谢指导老师的精心指导，在老师的指导与帮助下，使得我们自己动手设计的能力得到很大的提高。
7参考文献
[1]张鑫，单片机原理及应用.（F）北京：
电子工业出版社，
[2]王俊峰，8051单片机实践与应用.（H）北京：
清华大学出版社，2003..4
[3]楼然苗，单片机课程设计指导。
（G）北京：
北京航空航天大学出版社，
[4]李军，51系列单片机高级实例开发指南（M）北京：
北京航空航天大学出版社，2004
[5]朱定华，戴汝平，单片机原理与应用.（M）北京：
清华大学出版社，2003
[6]刘国钧，陈绍业，王凤翥.图书馆目录[M].北京：
高等教育出版社，.
附录一：
总设计原理图
附录二：
总设计PCB板图
附录三：
程序
BEEPEQU
ORG0000H;程序入口地址
LJMPSTART
ORG000BH;定时器0中断入口地址
LJMPTIMER_0
ORG0030H
/*****程序开始，初始化*****/
START:
SETBBEEP;关闭蜂鸣器
CLR44H
MOV20H,#00H;用于控制秒基准时钟源的产生
MOV21H,#00H;清零秒寄存器
MOV22H,#00H;清零分寄存器
MOV23H,#00H;清零时寄存器
MOV24H,#30H;A,P寄存器
MOVIP,#02H;IP,IE初始化
MOVIE,#82H
MOVTMOD,#01H;设定定时器0工作方式1
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H;赋定时初值，定时50ms
SETBEA
SETBTR0;启动定时器0
MOVSP,#40H;重设堆栈指针
/*****主程序*****/
MAIN:
LCALLDISPLAY;调用显示子程序
LCALLBIJIAO;调用早自习，熄灯打铃子程序
LCALLDALING;调用打铃子程序
LCALLKEYBOARD;调用键盘扫描
LJMPMAIN;重新循环
/*****定时中断服务程序*****/
TIMER_0:
PUSHACC
PUSHPSW;保护现场
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H;重新赋定时初值
INC20H
MOVA,20H
CJNEA,#20,RETI1;产生1秒基准时钟
MOV20H,#00H;一秒钟时间到，清零20H
MOVA,21H
ADDA,#01H
DAA;作十进制调整
MOV21H,A
CJNEA,#60H,RETI1
MOV21H,#00H;一分钟到
MOVA,22H
ADDA,#01H
DAA
MOV22H,A
CJNEA,#60H,RETI1
MOV22H,#00H;一小时到
MOVA,23H
ADDA,#01H
DAA
MOV23H,A
CJNEA,#13H,RETI1
MOV23H,#01H;到12点,转到1点
MOVA,24H
CJNEA,#30H,A1
MOV24H,#70H
SJMPRETI1
A1:
MOV24H,#30H
RETI1:
POPPSW
POPACC;恢复现场
RETI;中断返回
/*****显示处理*****/
DISPLAY:
MIN:
MOVA,22H;分
ANLA,#0FH
MOV2DH,A;转换出分个位，存入2DH
MOVA,22H
ANLA,#0F0H
SWAPA
MOV2CH,A;转换出分十位，存入2CH
HOUR:
MOVA,23H;时
ANLA,#0FH
MOV2BH,A;转换出时个位，存入2BH
MOVA,23H
ANLA,#0F0H
SWAPA
MOV2AH,A;转换出时十位，存入2AH
/*****数码管动态扫描显示*****/
MOVDPTR,#0D7FFH
MOVA,#81H
MOVX@DPTR,A
MOVA,#B
MOVR2,A
MOVDPTR,#0D1FFH
MOVX@DPTR,A
MOVA,2DH
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#0D2FFH
MOVX@DPTR,A
CALLD1MS;分个位
MOVA,#B
MOVR2,A
MOVDPTR,#0D1FFH
MOVX@DPTR,A
MOVA,2CH
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#0D2FFH
MOVX@DPTR,A
CALLD1MS;分十位
MOVA,#B
MOVR2,A
MOVDPTR,#0D1FFH
MOVX@DPTR,A
MOVA,#7FH
MOVDPTR,#0D2FFH
MOVX@DPTR,A
CALLD1MS
MOVA,#B
MOVR2,A
MOVDPTR,#0D1FFH
MOVX@DPTR,A
MOVA,24H
MOVDPTR,#0D2FFH
MOVX@DPTR,A
CALLD1MS;上下午标志
MOVA,#B
MOVR2,A
MOVDPTR,#0D1FFH
MOVX@DPTR,A
MOVA,2BH
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#0D2FFH
MOVX@DPTR,A
CALLD1MS;时个位
MOVA,#B
MOVR2,A
MOVDPTR,#0D1FFH
MOVX@DPTR,A
MOVA,2AH
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#0D2FFH
MOVX@DPTR,A
CALLD1MS;时十位
D1MS:
MOVR7,#02H
DMS:
MOVR6,#0FFH
DJNZR6,$
DJNZR7,DMS
RET
/*****数码管字形编码表*****/
TABLE:
DB0XA0,0XBB,0X62,0X2A,0X39,0X2C,0X24,0XBA,0X20,0X28;字形显示编码
/*****键盘扫描*******/
KEYBOARD:
MOVDPTR,#0D7FFH
MOVA,81H
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#0D5FFH
MOVA,#0FFH
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#0D5FFH
MOVA,#10H
MOVX@DPTR,A
MOVXA,@DPTR
ANLA,#0FH
JNZDELAY100
SJMPEXIT
DELAY100:
MOVR1,#200
D100:
MOVR2,#248
DJNZR2,$
DJNZR1,D100
MOVXA,@DPTR
ANLA,#0FH
JNZKEY
SJMPEXIT
KEY:
MOVR0,A
CJNER0,#08H,D1
MOVA,23H
ADDA,#01H
DAA
MOV23H,A
CJNEA,#13H,RE
MOV23H,#01H
RE:
LCALLDISPLAY
SJMPEXIT
D1:
CJNER0,#04H,D2
MOVA,22H
ADDA,#01H
DAA
MOV22H,A
CJNEA,#60H,REY
MOV22H,#00H
//MOV22H,A
REY:
LCALLDISPLAY
SJMPEXIT
D2:
CJNER0,#02H,EXIT
MOVA,24H
CJNEA,#30H,A0
MOV24H,#70H
SJMPEXIT
A0:
MOV24H,#30H
EXIT:
RET
/*****打铃时间对比程序（起床、熄灯）*****/
BIJIAO:
MOVA,24H
CJNEA,#30H,B0
MOVA,23H
CJNEA,#07H,B0
MOVA,22H
CJNEA,#30H,B0;上午7:
30到
SETB44H;开启响铃方式1
RET
B0:
MOVA,24H
CJNEA,#70H,EXIT_1
MOVA,23H
CJNEA,#10H,EXIT_1
MOVA,22H
CJNEA,#30H,EXIT_1;下午10:
30到
SETB44H;开启响铃方式1
RET
EXIT_1:
CLR44H
RET
/*****响铃方式1程序（响5秒停2秒再响5秒）*****/
DALING:
JNB44H,EXIT_DALING
MOVA,21H;响铃起始时间由秒实时控制
CJNEA,#00H,L1
CLRBEEP
L1:
MOVA,21H
CJNEA,#05H,L2
SETBBEEP
L2:
MOVA,21H
CJNEA,#07H,L3
CLRBEEP
L3:
MOVA,21H
CJNEA,#12H,EXIT_DALING
SETBBEEP
RET
EXIT_DALING:
RET
END
升级会员 