基于at89s51單片機的自動打鈴系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 靠性高等優點，而且響應時間短（一般不超過 ），亮度也比較高，但是只能顯示數字，顯示內容比較受到限制，又過多的占用單片機的 I/O 口。 液晶顯示器簡稱 LCD，液晶是一種既具有液體的流動性又具有光學特性的有機化合物，它的透明度和呈現的顏色受外加電場的影響，利用這一特點便可以做成 字符顯示器。液晶顯示器最大的優點是功耗極小，每平方厘米的功耗在 1uW 以下。它的工作電壓也很低，在 1V 以下仍能工作。 而且顯示內容比數碼管要豐富。 因此，液晶顯示器在電子表以及各種小型、便攜式儀器、儀表中得到了廣泛的應用。 綜上所述， 本設計中選用 液晶顯示器 作為顯示單元器件。 設計方案 本設計系統框圖如圖 23 所示。系統以 AT89S51 單片機為控制器，通過 DS1307 來為系統提供標準時間， 單片機讀取 DS1307 時間后送液晶顯示器顯示，通過按鍵來設置打鈴時間。當打鈴時間到時，系統實現 蜂鳴器和 LED 燈 聲光提示。 系統設計框圖如下： 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 6 圖 23 系統設計框圖 時鐘電路 按鍵設定打鈴時間 單片機控制 顯示電路 打鈴電路 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 7 3 系統硬件設計 硬件電路圖 根據系統設計框圖，本設計硬件電路主要由時鐘電路、按鍵設定電路、單片機電路、顯示電路和 打鈴電路組成，電路原理圖見附錄 一 所示。 系統工作原理：系統時間由時鐘芯片 DS1307 來提供，單片機通過 P3 口讀取了DS1307 的時間數據后，經過處理得到時間顯示模式的時鐘數據，并通過 P2 口送液晶顯示器顯示出來。再通過掃描 P1 口是否有按鍵按下，有按鍵按下時，通過液晶顯示器顯示來設置定時時間、打鈴時間間隔，通過設定、移 位、加數來實現。當到達打鈴時間時，單片機引腳啟動蜂鳴器和 LED 燈電路 工作以聲光形式實現打鈴功能。 時鐘電路 DS1307 簡介 DS1307 是 I2C 總線接口的日歷時鐘芯片 ， 片內有 8 個特殊寄存器和 56 字節的非易失性 RAM， 是一種低功耗、 BCD 碼的 8 引腳實時時鐘芯片。 它的主要特點： 可對秒、時、分、每月的天數、月份、每周的天數進行計數，并具有閏年補償功能，記年上線為 2100 年； 56 字節非易失性 RAM； 兩線串行接口； 可編程方波輸出； 自動掉電檢測和切換電路； 在電池備份模式下，功耗小于 50nA； 工業級工作溫度： 40℃ 80℃； 8 引腳 DIP 和 SOIC 封裝。 DS1307 的引腳排列如圖 31 所示 ，引腳說明如下： X X2： 接入 的 石英 晶振； VBAT： +3V電源輸入； GND：地； SDA：數據線 ，輸入輸出數據，需要外接上拉電阻 ； SCL：時鐘線 ，用來同步數據 ； SQW/OUT：方波信號輸出端 ，可輸出供選擇的頻率方波， 1Hz、 4 KHz、 8K Hz、32K Hz，需外接上拉電阻。 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 8 VCC： +5V電 源 ； 圖 31 DS1307 引腳圖 時鐘電路設計 時鐘電路如圖 32 所示。時鐘芯片的 SCL 引腳和 SDA 引腳分別由單片機的 和 引腳控制，單片機只需按照 DS1307 的工作時序來控制 DS1307 即可實現時間的寫入和讀取 ，其中 DS1307 的時鐘端與數據端需外接上拉電阻，本設計選用 5 針排阻來充當上拉電阻 。 圖 32 時鐘電路 按鍵電路 鍵盤是單片機應用中常用的一種輸入器件，鍵盤的按鍵有觸點式和非觸點式之分，按接口原理有編碼鍵盤和非編碼鍵盤之分。編碼鍵盤主要用硬件來實現對按鍵的識別，河南理工大學畢業設計（論文）說明書 9 非編碼鍵盤是由軟件來實現鍵盤的定義與識別。常用的按 鍵一般為觸點式按鍵，根據按鍵所連接的單片機引腳的電平高低來判斷其是否按下。 按功能分，鍵盤有獨立按鍵和矩陣按鍵之分，獨立按鍵每一路按鍵就占用單片機的一個控制引腳，單片機直接獲取其信息；矩陣按鍵將按鍵排成由行和列組成的行列式，通過確認按鍵的行號和列號來確定每一路按鍵，利用少的單片機引腳控制更多的按鍵。 本設計中按鍵電路如圖 33 所示，由單片機的 P1 口控制按鍵電路。本設計中按鍵用于設定定時時間、打鈴時間間隔，所以只需 4 路按鍵即可實現所需功能，采用獨立式按鍵即可。 由于按鍵是機械式觸點，所以在斷開或閉合時，一般都有抖 動產生，雖然這個抖動時間在我們看來非常短，但是單片機執行指令的速度為微秒級別，很容易會讀取這個時間而將其判斷為真正的工作狀態，從而引起誤判。 因此，在設計中必須考慮到按鍵抖動的影響。常用的去抖動的方法有兩種：硬件方法和軟件方法。硬件方法一般是加電容或者 RS 觸發器；軟件方法是在單片機在檢測引腳所連接的按鍵的工作狀態時加一個延時程序再次確認，通過 2 次的確認就可以確保按鍵的工作狀態不受機械抖動的影響了。 圖 33 按鍵電路 單片機電路 單片機簡介 單片機是一種集成電路芯 片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的CPU、 RAM、 ROM、多種 I/O 口、中斷系統和定時器 /計時器功能集成到一塊芯片上的河南理工大學畢業設計（論文）說明書 10 完善的計算機系統，它最早是被用在工業控制領域。由于單片機在工業控制領域的廣泛應用，為使更多的業內人士、學生和愛好者學習掌握這門技術，產生了單片機開發板。 早期的單片機是 8 位或 4 位的，其中最成功的是 INTEL 的 8031 單片機，因簡單可靠而獲得了很大的好評。此后，在 8031 的基礎上發展出了 MCS51 系列單片機，基于這一系統的單片機一直到現在還廣泛應用著。隨著工業控制領域要求的提高 ，開始出現了16 位的單片機，因性價比不好并未得到廣泛的應用。 90 年代后期隨著消費電子產品的大發展，單片機技術得到了很大的提高， 32 位機迅速代替了 16 位機進入主流市場，傳統的 8 位機的處理速度也提高了數百倍， 而且價格也降低了很多，得到了廣泛的應用。現在人們生活中幾乎每個電子產品或機械產品都或多或少帶有單片機控制系統， 智能儀器儀表 、 醫療器械、 家用電器、兒童玩具等等，汽車電子中單片機的應用也是非常廣泛，一般汽車上配備有接近 40 多個單片機系統。 AT89S51 是一種帶 4K 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能 CMOS8位微處理器。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失性存儲器制造技術，與工業標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。主要特性： 與 MCS51 產品指令系統完全兼容； 4K 字節在系統編程（ ISP） Flash 閃速存儲器； 1000 次擦鞋周期； ； 全靜態工作模式： 0Hz33MHz； 三級程序加密鎖； 128*8 字節內部 RAM； 32 個可編程 I/O 口線（ P P P P4）； 2 個 16 位定時 /計數器，可通過編程實現 4 種工作方式； 1 個具有 6 個中斷源、 4 個優先級的中斷潛嵌套結構； 全雙工 UART 通道； 低功耗空閑和掉電模式； 中斷可從空閑模式喚醒系統； 看門狗（ WDT）及雙數據指針； 掉電標識和快速編程特性； 靈活的在系統編程（ ISP 字節或頁寫模式）。 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 11 AT89S51 單片機內部主要由 9 個部件組成： 1 個 8 位中央處理器； 4KBFlash 存儲器；128B 的數據存儲器； 32 條 I/O 口線； 2 個定時器 /計數器； 1 個具有 6 個中斷源、 4 個優先級的中斷嵌套結構；用于多處理機通信、 I/O 擴展或全雙工 UART 的串行口；特殊功能寄存器； 1 個片內振蕩器和時鐘 電路。 AT89S51 系列單片機完全繼承了 MCS51 的指令系統，共有 111 條指令，按其功能可分為五大類：數據傳送類指令、算術運算類指令、邏輯運算類指令、控制轉移類指令、布爾操作。 中斷技術是計算機中的重要技術之一，它既和硬件相關，也和軟件相關，正因為有了“中斷”才使得計算機的工作更加靈活、效率更高。所謂中斷實際是一個處理時間的過程，這一過程一般是由計算機內部或外部某種緊急事件引起并向主機發出請求處理的信號，主機在允許情況下相應請求，暫停正在執行的程序，保存好“斷點”處的現場，轉去執行中斷處理程序，處理完后自 動返回到原斷點處，繼續執行原程序。引起中斷的原因，或是能發出中斷申請的來源，稱為中斷源。 AT89S51 提供 5 個中斷源，即： 外部中斷源 /INT0：由 輸入； 外部中斷源 /INT1：由 輸入， I/O 設備中斷請求信號，或掉電故障異常事件中斷請求信號都可以作為外部中斷源連 /INT0、 /INT1。 定時器 /計數器 T0 溢出中斷： TF0 做標志，由 輸出； 定時器 /計數器 T1 溢出中斷： TF1 做標志，由 輸出； 片內串行口產生的中斷： RX、 TX。 I/O 口分配： P0 口（ ～ ）為雙向 8 位三態 I/O 口，當作為 I/O 口使用時，可直接連接外部 I/O 設備。它是地址總線低 8 位及數據總線分時服用口，可驅動 8 個 TTL 負載。一般作為擴展時地址 /數據總線口使用。 P1 口（ ～ ）的每一位都可以分別定義為輸入線和輸出線（做輸入時，鎖存器必須置 1），可驅動 4 個 TTL 負載。 P1 口常用作通用 I/O 口，它是一個標準的準雙向口。 P2 口（ ～ ）為 8 位準雙向 I/O 口，當作為 I/O 口使用時，可直接連接外部I/O 設備。它是地址總線的高 8 位復用，可驅動 4 個 TTL 負載。一般作為擴展地址總線的高 8 為使用 。 P3 口（ ～ ）為 8 位準雙向 I/O 口，是雙功能復用口，可驅動 4 個 TTL 負載，能夠實現第一功能，可作為通用 I/O 口。 P3 口的第二功能定義如表 31 所示： 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 12 表 31 P3 口第二功能定義 引腳定義 功能 引腳定義 功能 串行輸入口 串行輸出口 0INT 外部中斷 0 1INT 外部中斷 1 計時器 0 外部輸入 計時器 1 外部輸入 外部數據存儲器寫選通 外部數據存儲器讀選通 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG： 地址鎖存允許信號輸出。在 CPU 訪問外部程序存儲器或外部數據存儲器時， ALE 提供一個地址鎖存信號，將低 8 位地址鎖存在片外鎖存器中。在與 Flash并行編程 /校驗期間，該引腳也是編程負脈沖的輸入端。在正常操作狀態下，該引腳端口輸出恒定頻率的脈沖。其頻率為晶振頻率 的 1/6，可用作外部定時或其他觸發信號。如果需要，可通過 SFR 的第 0 位置禁止 ALE 操作，但 ALE 的禁止位不影響對外部存儲器的訪問。 PSEN ： 片外程序存儲器選通信號，低電平有效。當 AT89S51 執行來自外部程序存儲器的指令代碼時， PSEN/每個機器周期兩次有效。在訪問外部數據存儲器時， PSEN/無效。 VPPEA/ ： EA 片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。當 EA 接地時， CPU只執行片外存儲器中的程序；當 EA 接 Vcc 時， CPU首先執行片內程序存儲器中的程序（ 0000H~0FFFH），然后自動轉向執行片外程序存儲器中的程序（ 1000H~FFFFH）。如果程序鎖定位 LB1 被編程（ P），那么 EA 值將在復位時由片內鎖存。在與 Flash 并行編程 /校驗期間，該引腳施加 12V的編程電壓 VPP。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出 。 AT89S51 引腳圖如圖 34 所示： 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 13 圖 34 AT89S51 引腳圖 單片機最小系統電路 單片機最小系統由晶振電路和復位電路組成 。 電路如圖 35 所示。 晶振電路用于產生單片機工作時所需要的時鐘信號，單片機的指令必須在時鐘信號下按照時序執行。晶振電路通常用兩種 設計方式：內部振蕩方式和外部振蕩方式。內部振蕩方式是在單片機的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接一個晶體振蕩器， 與單片機內部的振蕩器組成時鐘信號；外部振蕩方式是在外部將已有的脈沖信號引入單片機內，一般用于使單片機 的時鐘與外部信號保持同步。本設計選用內部振蕩方式，在 XTAL1 和 XTAL2引腳之間連接一個 12MHz 的晶振，再分別外接 30p 的對地電容。 單片機在啟動時需要復位，使系統各器件處于初始狀態。復位引腳為 RST，當 系統