带作息时间表的打铃系统.doc

带作息时间表的打铃系统摘要: 本系统的设计以单片机AT89S51为核心，它是一种低功耗、高性能的CMOS工艺的8位单片机，使用方便灵活，且易于进行功能扩展，可以实现时钟、打铃、测温及显示等功能的设计要求。主要模块有电子钟模块、数字温度传感器模块、蜂鸣器报警模块、电平转换模块和液晶显示模块。其中时钟功能由电子钟模块来实现；测温由数字温度传感器模块来实现；打铃由蜂鸣器报警模块来实现；显示由液晶模块或电子钟模块来实现。关键词：单片机 温度传感器 显示目 录第一章 系统设计11.1 设计要求11.2 设计思路11.3 方案论证与比较11.4 系统总框图3第二章 单元电路模块设计42.1 电子钟电路的设计42.1.1 电子钟的工作原理42.1.2 实现时钟计时的基本方法42.2 数字温度传感器设计42.3 蜂鸣器打铃报警电路设计52.4. 液晶显示模块52.5 电平转换5第三章 软件设计73.1 硬件资源的分配73.2 电子钟模块73.3 温度测量103.4 播放音乐103.5 按设定的时间打铃11第四章 调试实践124.1 硬件调试124.2 软件静态调试124.3 软硬件联合调试12第五章 结束语13附录14第一章 系统设计1.1设计要求 1.基本设计要求利用AT89S51芯片，在一块电路板上实现时钟、闹铃、测温及显示、按指定时间表打铃、调整等功能。 2.发挥部分 万年历功能并LED显示, 播放音乐,作息时间表可以现场修改。1.2 设计思路要在一个电路里面实现多种功能，因而我们将分模块来设计。即分别考虑实现时钟、闹铃、测温及显示。然后再将它们有机的结合起来，在一个电路里面实现。这样设计比较容易看出各模块在电路中的功能。1.3方案论证与比较1电子钟电路的设计方案一：采用8155芯片扩展键盘/显示接口电路，8155不仅具有两个8位的I/O端口(A口和B口)和一个6位的I/O端口(C口), 其中PA和PB都是8位通用输入/输出口，主要用于数据的I/O传送，它们都是数据口，而且还可以提供256B的静态RAM存储器和一个14 位的定时/计数器,它和单片机的接口非常简单。此方案（如图1所示）对于I/O的资源比较紧张的电路合适，数据线、控制线单片机经8155扩展后多了22个I/O口，且这些I/O具有寄存器功能，只有新的数据才能将其替换，跟P0不同，所以还可以用来跟其它类型的芯片会传送数据，但是其编程比较复杂。 方案二：简单的I/O口扩展通常是采用TTL或CMOS电路锁存器、三态门等作为扩展芯片，通过P0口来实现的一种方案。它具有电路简单、成本低、配电灵活的特点。采用74LS244作为扩展输入、输出 的简单I/O口扩展。（74LS244为8位缓冲线驱动器）P0口作双向8位数据线，既能够从74LS244输入数据，又能够从74LS224输出数据，可采用独立键盘。基于上述分析，拟订方案二。2. 数字温度传感器设计方案一: DS18B20可以程序设定912位的分辨率，也支持一线总线接口，测量温度范围为-55C+125C，在-10+85C范围内，精度为0.5C,支持3V5.5V的电压范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存,适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！DS1822与DS18B20软件兼容，系统设计更灵活、方便，而且新一代产品更便宜，体积更小。方案二：DS1820测温范围为-5575，精度为2C，它既可寄生供电也可由外部电源供电。其抗干扰性没有DS18B20高， 分析以上二种方案的优缺点，显然第一种方案具有更大的优越性、经济性，所以采用第一种方案进行设计。1.4 系统总框图 综合以上的方案分析论证，得到系统电路总框图如图1所示。 图1 系统电路总框图第二章 单元电路模块设计2.1 电子钟电路的设计该电子钟主要由AT89S51单片机、键盘显示接口电路及时钟电路和复位电路构成，能显示时、分、秒和年、月、日，其中温度和日期也能在显示接口的LED上显示。第一次按电子钟X键（P2.0状态转换键），电子钟从0时0分0秒0毫秒开始运行，进入时钟运行状态，这时按W键（P2.1）对时钟进行秒的调整；按Z键（P2.2）进行分的调整，按Y键（P2.3）进行时的调整；调整结束后可按状态转换键进行其他功能的显示和设定。时钟电路通过第18脚(XTAL2)、第19脚(XTAL1)与AT89S51相连，复位电路通过第9脚(RESET)与AT89S51相连。显示部分和键盘部分单片机AT89S51相连，整体框图如图2所示。 2.1.1 电子钟的工作原理 该电子钟系统采用的晶振的频率为12MHz，定时器采用的是定时器0，工作方式为方式1，定时时间为10ms，系统定时采用的是定时器与软件循环相结合的方法。按键电路可对电子钟进行开启、停止和时间设定等操作。显示电路由8个共阳LED数码管通过接74LS244作为驱动电路然后与AT89S51相连组成，它可使电子钟显示出时、分、秒和毫秒的十位、百位。2.1.2 实现时钟计时的基本方法 利用MCS-51系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。(1)、计数初值计算:把定时器设为工作方式1，定时时间为50mS，则计数溢出20次即得时钟计时最小单位秒，而20次计数可用软件方法实现。假设使用T/C0，方式1，10mS定时，fosc=12MHz。则初值X满足（-X）1S=50000SX=15536D0011110010110000B3CB0H(2)、采用中断方式进行溢出次数累计,计满20次为秒计时（1秒）；(3)、从毫秒到秒,从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。2.2 数字温度传感器设计DS18B20采用外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入，此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统电路如图2所示。DQ（2引脚）为数字信号输入/输出端，GND（1引脚）为电源地，VDD（3引脚）为外接供电电源输入端。 图3数字温度传感器2.3 蜂鸣器打铃报警电路设计 为实现按指定时间表打铃和播放音乐功能，我们采用蜂鸣器报警电路，其电路如图4所示。对蜂鸣器的其中一个引脚通过软件程序设计定时送入不同频率脉冲，就进行打铃和播放音乐。 图4 蜂鸣器报警电路2.4 液晶显示模块 液晶显示器具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点。 DM-162采用标准的14脚接口，其中VSS为地电源，VDD接5V正电源，V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。D0D7为8位双向数据线。它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。2.5 电平转换 在不同的数字系统中，其电平标准是不同的。该系统中就包括了TTL电平标准和RS-232电平标准，要实现两个标准的正常通信，必须进行电平转换。该系统采用使用简单的MAX232CPE芯片。一片MAX232CPE芯片可完成2路TTL/CMOS RS-232的电平转换和2路RS-232 TTL/CMOS的电平转换。实际电路中只有一路单片机的TXD串口输出，不进行RXD串口输入。因此，选用引脚11接2051 TXD串口输出；而对应的14脚则接到计算机的串口输入端。图5 MAX232CPE芯片内部结构第三章 软件设计3.1硬件资源的分配（1）P0.0P0.7接段控线，接LED的显示段a,b,c,d,e,f,g,dp（2）P2.0P2.3为键盘输入端（3）P1.0P1.7接位控线，从左至右（LED0，LED1，LED2，LED3，LED4，LED5 ，LED6，LED7）（4）采用定时/计数器T0中断（5）内部存储单元20H存储定时/计数器0的中断次数。20H25H分别作为秒、分、时个位和十位的数据存储单元;26H2BH分别作为日、月、年个位和十位的数据存储单元; 2CH31H分别作为溫度和星期个位和十位的数据存储单元; 32H37H分别作为闹钟秒、分、时个位和十位的数据存储单元。3.2电子钟模块 软件设计的流程：(1)主程序：初始化与监控程序。(2)计时：为定时器0中断服务子程序，完成计时缓冲区的功能。(3)时间设置：由键盘输入设置当前时间。(4)显示：完成6位动态显示。(5)键盘扫描：判断是否有键按下，并执行相应功能。(6)时间调整功能。(7)其它辅助功能子程序：拆字、合字、加1、键扫描子程序等。程序流程图如图6，图7，图8所示。程序见附录 图6 主程序流程图 图7 中断服务程序流程图 图8 时间调整流程图3.3 温度测量程序见附录。3.4 播放音乐程序见附录。3.5 按设定的时间打铃程序流程图9所示，程序见附录 图9 打铃时间程序流程图第四章 调试实践调试过程共分三大部分：硬件调试、软件调试和软硬件联调。4.1 硬件调试先检察电路的连接正确与否；结合现有的资料，检察输入、输出、各脚的电压及一些元器件是否基本达到它的参考值,经过较严的测试后确定电路没有错。然后设计一些简单的程序,对一些电子钟、数字温度传感器和蜂鸣器电路模块进行测试，通过显示、声音来测试这些电路是否正常。4.2 软件静态调试 主要为检查语法错误以及程序的逻辑结构错误4.3 软硬件联合调试在单片机控制运行程序是否满题目的要求。第五章 结束语本系统以AT89S51芯片为核心部件，将温度传感技术与单片机相结合通过艰难的调试，我们最终完成了设计任务要求。由于第一次做双面板，在做板子的过程中遇到了好多困难，如有关过孔的设置，板子太小了布线有点难度，特別是在油印纸上的PCB图附在感光板上时要对齐就比较困难，但通过努力得以解决。刚幵始调试时遇到数码管有2个总是亮着，还有蜂鸣器总是叫着，发现电路中电阻选的不合理，也是造成电路出问题的原因，通过软件和硬件相结合的调试得以解决。参考资料：1、曹巧媛，单片机原理及应用M，北京：电子工业出版社，1997.7。2、赵秀珍，单永磊，单片微型计算机原理及其应用M，北京：中国水利水电出版社，2001.8。3、张毅刚，修林成，胡振江，MCS-51单片机应用设计M，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.8。4、张洪润，兰清华，单片机应用技术教程M，北京：清华大学出版社，1997.11。5、李华，MCS-51系列单片机实用接口技术M，北京：北京航空航天大学出版社，1993.8。6、陈景初，单片机应用系统设计与实践M，北京：北京航空航天大学出版社。7、马家辰，MCS-51单片机原理与接口技术M，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社。附 录：程序清单： X EQU P2.0 Y EQU P2.3 Z EQU P2.2 W EQU P2.1 FLAG EQU 38H ;是否检测到DS18B20标志位 DQ EQU P3.7 SPK EQU P3.4 TT EQU 39H ORG 0000H LCALL START ORG 0003H RETI ORG 000BH LJMP INTT0 ORG 0013H RETI ORG 001BH INC 40H ;中断服务,中断计数器加1 MOV TH1,#0D8H MOV TL1,#0EFH ;12M晶振，形成10毫秒中断 RETI ORG 0023H RETI ;主程序 START: CLR P3.4 MOV 2CH,#07H MOV 2DH,#07H MOV B,#04H MOV 20H,#05H MOV 21H,#05H MOV 22H,#09H MOV 23H,#01H MOV 24H,#08H MOV 25H,#00H MOV 26H,#04H MOV 27H,#02H MOV 28H,#01H MOV 29H,#01H MOV 2AH,#06H MOV 2BH,#00H MOV 2EH,#0AH MOV 2FH,#0AH MOV 30H,#04H ;星期赋值； MOV 31H,#00H MOV 32H,#00H ;闹钟初值为 8：17：00; MOV 33H,#00H MOV 34H,#07H MOV 35H,#01H MOV 36H,#08H MOV 37H,#00H MOV 39H,#00H MOV 61H,#20H MOV 62H,#08H MOV 65H,#06H LCALL MAIN MOV TMOD,#11H MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH SETB EA SETB ET0 SETB TR0 MOV R2,#08H START1:MOV R1,#20H LCALL DISPLAY JNB X,SETMM MOV A,TT JZ EE LCALL FG MOV TT,#00H EE: SJMP START1 ;调试程序 SETMM:NOP S1:JNB X,S1 ;S1为时分秒状态 MOV 5AH,20H MOV 5BH,21H MOV 5CH,22H MOV 5DH,23H MOV 5EH,24H MOV 5FH,25H N1:MOV R1,#5AH LCALL DISPLAY JNB Y,SETH JNB Z,SETM JNB W,SETS JB X,N1 LJMP S2 SETH:JNB Y, SETH0 MOV R0,#5FH LCALL ADD1 MOV 24H,5EH MOV 25H,5FH MOV A,R3 MOV 62H,A CLR C CJNE A,#24H,HH HH:JC N1 LCALL CLR0 CLR C AJMP N1 SETM:JNB Z ,SETM0 MOV R0,#5DH LCALL ADD1 MOV 23H,5DH MOV 22H,5CH MOV A,R3 MOV 61H,A CLR C CJNE A,#60H,MM MM:JC N1 LCALL CLR0 CLR C AJMP N1 SETS:JNB W ,SETS0 MOV R0,#5BH LCALL ADD1 MOV 21H,5AH MOV 22H,5BH MOV A,R3 MOV 60H,A CLR C CJNE A,#60H,SS SS:JC N1 LCALL CLR0 CLR C AJMP N1 SETH0:MOV R1,#20H LCALL DISPLAY AJMP SETH SETM0:MOV R1,#20H LCALL DISPLAY AJMP SETM SETS0:MOV R1,#20H LCALL DISPLAY AJMP SETS S2:JNB X,S2 ;s2为日月年显示 N2:MOV R1,#26H LCALL DISPLAY JNB Y,SETN JNB Z,SETY JNB W,SETD JB X,N2 LJMP S3 SETN:JNB Y ,SETN0 MOV R0,#2BH LCALL ADD1 MOV A,R3 MOV 3AH,A CLR C CJNE A,#99H,NN NN:JC N2 LCALL CLR0 CLR C AJMP N2 SETY:JNB Z,SETY0 MOV R0,#29H LCALL ADD1 MOV A,R3 MOV 65H,A CLR C CJNE A,#13H,YY YY :JC N2 LCALL T01 CLR C AJMP N2 SETD: JNB W ,SETD0 MOV R0, #27H LCALL ADD1 LCALL PANYUE MOV A,R3 CLR C CJNE A,64H,DD DD:JC N2 LCALL T01 CLR C AJMP N2 SETN0:MOV R1,#26H LCALL DISPLAY AJMP SETN SETY0:MOV R1,#26H LCALL DISPLAY AJMP SETY SETD0:MOV R1,#26H LCALL DISPLAY AJMP SETD ;显示闹钟 S3:JNB X ,S3 N3: MOV R1,#32H LCALL DISPLAY JNB Y, SETH1 JNB Z, SETM1 JNB W, SETS1 JB X ,N3 AJMP S4 SETH1: JNB Y, SETH10 MOV R0,#37H LCALL ADD1 MOV A,R3 MOV 68H,A ;68，67，66分别保存闹钟十进制值 CJNE A,#24H,HH1 HH1:JC N3 LCALL CLR0 CLR C AJMP N3 SETM1 :JNB Z, SETM10 MOV R0,#35H LCALL ADD1 MOV A,R3 MOV 67H,A CJNE A,#60H,MM1 MM1:JC N3 LCALL CLR0 CLR C AJMP N3 SETS1 :JNB W, SETS10 MOV R0,#33H LCALL ADD1 MOV A,R3 MOV 66H,A CJNE A,#60H,SS1 SS1:JC N3 LCALL CLR0 CLR C AJMP N3 SETH10:MOV R1,#32H LCALL DISPLAY AJMP SETH1 SETM10:MOV R1,#32H LCALL DISPLAY AJMP SETM1 SETS10:MOV R1,#32H LCALL DISPLAY AJMP SETS1 S4:JNB X, S4 N4:MOV R1,#2CH LCALL DISPLAY LCALL MAIN MOV R1,#2CH LCALL DISPLAY JNB Y ,SETX JB X, N4 LCALL OUTSET SETX:JNB Y, SETX0 MOV R0,#31H LCALL ADD1 MOV A,R3 CLR C CJNE A,#07H,XX XX:JC N4 LCALL CLR0 CLR C AJMP N4 SETX0:MOV R1,#2CH LCALL DISPLAY AJMP SETX OUTSET:JNB X ,OUTSET LCALL START1MAIN:LCALL CLIMBER;调用读温度子程序;*INIT:SETB DQ NOP CLR DQ MOV R7,#34 ;延时510Us LCALL DELAY SETB DQ MOV R7,#04 ;延时60Us LCALL DELAY CLR FLAG JB DQ,BACK SETB FLAG MOV R7,#28 ;延时420Us CALL DELAY SETB DQ ;然后拉高数据线BACK:RETCLIMBER:SETB DQ LCALL INIT ;先复位DS18B20 JB FLAG,TSS2 JMP MAIN ;判断DS1820是否存在?若DS18B20不存在则返回 TSS2:MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配 CALL WRITE MOV A,#44H ;发出温度转换命令 CALL WRITE MOV R7,#50 ;延时750ms转换时间 CALL DELAY CALL INIT ;准备读温度前先复位 MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配 CALL WRITE MOV A,#0BEH ;发出读温度命令 CALL WRITE CALL READ RET WRITE:CLR C MOV R2,#8 ;一共8位数据 WR1:CLR DQ MOV R7,#1 CALL DELAY RRC A MOV DQ,C MOV R7,#1 CALL DELAY SETB DQ NOP DJNZ R2,WR1 SETB DQ RETREAD: MOV R4,#2 ;将温度高位和低位从DS18B20中读出 MOV R1,#2CH ;低位存入2CH(TemL),高位存入2DH(TemH)WIN00: MOV R2,#8 ;数据一共有8位WIN01: CLR C SETB DQ NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ MOV R7,#01 CALL DELAY MOV C,DQ MOV R7,#03 CALL DELAY RRC A DJNZ R2,WIN01 MOV R1,A INC R1 DJNZ R4,WIN00 MOV A,2DH ANL A,#0FH MOV 2DH,A MOV A,2CH SWAP A ANL A,#0FH ADD A,#06H MOV 2CH,A CJNE A,#0AH ,W1 W1:JC WIN02 CLR C SUBB A,#0AH MOV 2CH,A MOV A,2DH ADD A,#01H MOV 2DH,AWIN02:RETDELAY: MOV R6,#05H ;D1: DJNZ R6,D1 ;延时=R7*15ms ; DJNZ R7,DELAY ; RET ; INTT0: PUSH ACC PUSH PSW CLR ET0 CLR TR0 MOV A,#0B7H ADD A,TL0 MOV TL0,A MOV A,#3CH ADDC A,TH0 MOV TH0,A SETB TR0 SETB ET0 DJNZ R2,OUTT0 JMP ADDSS OUTT0:LJMP OUTT1 ADDSS:MOV R2,#14H ; 把秒分时分别保存在60H，61H,62H; MOV R0,#21H LCALL ADD1 MOV A,R3 MOV 60H,A CLR C CJNE A,#60H,ADDMM ADDMM:JC OUTT0 LCALL CLR0 MOV R0,#23H LCALL ADD1 MOV A,R3 MOV 61H,A LCALL CMP MOV A,R3 CLR C CJNE A,#60H,ADDHH ADDHH:JC OUTT0 LCALL CLR0 MOV R0,#25H LCALL ADD1 MOV A,R3 MOV 62H,A CLR C CJNE A,#24H,ADDDAY ADDDAY:JC OUTT0 MOV 24H,#00H MOV 25H,#00H MOV R0,#31H LCALL ADD1 MOV A,R3 CLR C CJNE A,#07H,ADDRI JC ADDRI LCALL T01 ADDRI: MOV R0,#27H ;64H存放了每月的天数； LCALL ADD1 LCALL PANYUE MOV A,R3 CLR C CJNE A,64H,ADDYY ADDYY:JC OUTT0 LCALL T01 MOV R0,#29H LCALL ADD1 MOV A,R3 MOV 65H,A CLR C CJNE A,#13H,ADDNN ADDNN:JC OUTT0 LCALL T01 MOV R0,#31H LCALL ADD1 MOV A,R3 MOV 3AH ,A CLR C CJNE A,#99H,HOUR HOUR:JC OUTT1 LCALL CLR0 OUTT1: POP PSW POP ACC RETI T01:CLR A MOV R0,A DEC R0 MOV R0,#01H RET CLR0:CLR A MOV R0,A DEC R0 MOV R0,#00H RET PANYUE :MOV A,65H CJNE A,#01H,M3 MOV 64H,#32H M3:CJNE A,#03H,M4 MOV 64H,#32H RET M4:CJNE A,#04H,M5 MOV 64H,#31H RET M5:CJNE A,#05H,M6 MOV 64H,#32H RET M6:CJNE A,#06H,M7 MOV 64H,#31H RET M7:CJNE A,#07H,M8 MOV 64H,#32H RET M8:CJNE A,#08H,M9 MOV 64H,#31H RET M9:CJNE A,#09H,M10 MOV 64H,#32H RET M10:CJNE A,#10H,M11 MOV 64H,#32H RET M11:CJNE A,#11H,M12 MOV 64H,#31H RET M12:CJNE A,#12H,M2 MOV 64H,#32H RET OUTPY:RET M2:CJNE A,#02H,OUTPY MOV A,3AH CJNE A,#04H,L1 LJMP M22 L1:CJNE A,#08H,L2 LJMP M22 L2:CJNE A,#12H,L3 LJMP M22 L3:CJNE A,#16H,L4 LJMP M22 L4:CJNE A,#20H,L5 LJMP M22 L5:CJNE A,#24H,L6 LJMP M22 L6:CJNE A,#28H,L7 LJMP M22 L7:CJNE A,#32H,L8 LJMP M22 L8:CJNE A,#36H,L9 LJMP M22 L9:CJNE A,#40H,L10 LJMP M22 L10:CJNE A,#96H,L11 LJMP M22 L11:CJNE A,#92H,L12 LJMP M22 L12:CJNE A,#88H,L13 LJMP M22 L13:CJNE A,#84,L14 LJMP M22 L14:CJNE A,#80H,L15 LJMP M22 L15:CJNE A,#76H,L16 LJMP M22 L16:CJNE A,#72H,L17 LJMP M22 L17:CJNE A,#68H,L18 LJMP M22 L18:CJNE A,#64H,L19 LJMP M22 L19:CJNE A,#60H,L20 LJMP M22 L20:CJNE A,#56H,L21 LJMP M22 L21:CJNE A,#52H,L22 LJMP M22 L22:CJNE A,#48H,L23 LJMP M22 L23:CJNE A,#44H,M21 LJMP M22 M21:MOV 64H,#29H ;平年 RET M22:MOV 64H,#30H ;闰年 RET ADD1:MOV A,R0 DEC R0 SWAP A ORL A,R0 ADD A,#01H DA A MOV R3,A ANL A,#0FH MOV R0,A MOV A,R3 INC R0 SWAP A ANL A,#0FH MOV R0,A RET DISPLAY:MOV R5,#01H ;调用前一定要给R1赋值 PLAY:MOV A,R5 MOV P1,A MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DL250us INC R1 MOV A,R5 JB ACC.5,ENOUT RL A MOV R5,A AJMP PLAY ENOUT :SETB P1.5 LCALL DL250US MOV P0,#0FFH RET TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH CMP:MOV A,68H CJNE A,62H,B1 M