毕业设计单片机自动打铃系统论文定稿

毕业设计单片机自动打铃系统论文定稿内容摘要：

高，但是只能显示数字，显示内容比较受到限制，又过多的占用单片机的 I/O 口。 液晶显示器简称 LCD，液晶是一种既具有液体的流动性又具有光学特性的有机化合物，它的透明度和呈现的颜色受外加电场的影响，利用这一特点便可以做成字符显示器。 液晶显示器最大的优点是功耗极小，每平方厘米的功耗在 1uW 以下。 它的工作电压也很低，在 1V 以下仍能工作。 而且显示内容比数码管要丰富。 因此，液晶显示 器在电子表以及各种小型、便携式仪器、仪表中得到了广泛的应用。 综上所述，本设计中选用液晶显示器作为显示单元器件。 设计方案 本设计系统框图如图 23 所示。 系统以 AT89S51 单片机为控制器，通过 DS1307 来为系统提供标准时间，单片机读取 DS1307 时间后送液晶显示器显示，通过按键来设置打铃时间。 当打铃时间到时，系统实现蜂鸣器和 LED 灯声光提示。 系统设计框图如下： 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 6 图 23 系统设计框图 时钟电路 按键 设定打铃时间 单片机控制 显示电路 打铃电路 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 7 3 系统硬件设计 硬件电路图 根据系统设计框图，本设计硬件电路主要由时钟电 路、按键设定电路、单片机电路、显示电路和打铃电路组成，电路原理图见附录一所示。 系统工作原理：系统时间由时钟芯片 DS1307 来提供，单片机通过 P3 口读取了DS1307 的时间数据后，经过处理得到时间显示模式的时钟数据，并通过 P2 口送液晶显示器显示出来。 再通过扫描 P1 口是否有按键按下，有按键按下时，通过液晶显示器显示来设置定时时间、打铃时间间隔，通过设定、移位、加数来实现。 当到达打铃时间时，单片机引脚启动蜂鸣器和 LED 灯电路工作以声光形式实现打铃功能。 时钟电路 DS1307 简介 DS1307 是 I2C 总线接口的日历时钟芯片，片内有 8 个特殊寄存器和 56 字节的非易失性 RAM，是一种低功耗、 BCD 码的 8 引脚实时时钟芯片。 它的主要特点： 可对秒、时、分、每月的天数、月份、每周的天数进行计数，并具有闰年补偿功能，记年上线为 2100 年； 56 字节非易失性 RAM； 两线串行接口； 可编程方波输出； 自动掉电检测和切换电路； 在电池备份模式下，功耗小于 50nA； 工业级工作温度： 40℃ 80℃； 8 引脚 DIP 和 SOIC 封装。 DS1307 的引脚排列如图 31 所示，引脚说明如下： X X2：接入 ； VBAT： +3V 电源输入； GND：地； SDA：数据线，输入输出数据，需要外接上拉电阻； SCL：时钟线，用来同步数据； SQW/OUT：方波信号输出端，可输出供选择的频率方波， 1Hz、 4 KHz、 8K Hz、32K Hz，需外接上拉电阻。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 8 VCC： +5V 电源； 图 31 DS1307 引脚图 时钟电路设计 时钟电路如图 32 所示。 时钟芯片的 SCL 引脚和 SDA 引脚分别由单片机的 和 引脚控制，单片机只需按照 DS1307 的工作时序来控制 DS1307 即可实现时间的写入和读取，其中 DS1307 的时钟端与数据端需外接上拉电阻，本设计选用 5 针排阻来充当上拉电阻。 图 32 时钟电路 按键电路 键盘是单片机应用中常用的一种输入器件，键盘的按键有触点式和非触点式之分，按接口原理有编码键盘和非编码键盘之分。 编码键盘主要用硬件来实现对按键的识别，河南理工大学毕业设计（论文）说明书 9 非编码键盘是由软件来实现键盘的定义与识别。 常用的按键一般为触点式按键，根据按键所连接的单片机引脚的电平高低来判断其是否按下。 按功能分，键盘有独立按键和矩阵按键之分，独立按键每一路按键就占用单片机的一个控制引 脚，单片机直接获取其信息；矩阵按键将按键排成由行和列组成的行列式，通过确认按键的行号和列号来确定每一路按键，利用少的单片机引脚控制更多的按键。 本设计中按键电路如图 33 所示，由单片机的 P1 口控制按键电路。 本设计中按键用于设定定时时间、打铃时间间隔，所以只需 4 路按键即可实现所需功能，采用独立式按键即可。 由于按键是机械式触点，所以在断开或闭合时，一般都有抖动产生，虽然这个抖动时间在我们看来非常短，但是单片机执行指令的速度为微秒级别，很容易会读取这个时间而将其判断为真正的工作状态，从而引起误判。 因此，在设计中必 须考虑到按键抖动的影响。 常用的去抖动的方法有两种：硬件方法和软件方法。 硬件方法一般是加电容或者 RS 触发器；软件方法是在单片机在检测引脚所连接的按键的工作状态时加一个延时程序再次确认，通过 2 次的确认就可以确保按键的工作状态不受机械抖动的影响了。 图 33 按键电路 单片机电路 单片机简介 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的CPU、 RAM、 ROM、多种 I/O 口、中断系统和定时器 /计时器功能集成到一块芯片上的河南理工大学毕业设计（论文）说明书 10 完善的计算机系统，它最 早是被用在工业控制领域。 由于单片机在工业控制领域的广泛应用，为使更多的业内人士、学生和爱好者学习掌握这门技术，产生了单片机开发板。 早期的单片机是 8 位或 4 位的，其中最成功的是 INTEL 的 8031 单片机，因简单可靠而获得了很大的好评。 此后，在 8031 的基础上发展出了 MCS51 系列单片机，基于这一系统的单片机一直到现在还广泛应用着。 随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16 位的单片机，因性价比不好并未得到广泛的应用。 90 年代后期随着消费电子产品的大发展，单片机技术得到了很大的提高， 32 位机迅速代替了 16 位机进入 主流市场，传统的 8 位机的处理速度也提高了数百倍，而且价格也降低了很多，得到了广泛的应用。 现在人们生活中几乎每个电子产品或机械产品都或多或少带有单片机控制系统，智能仪器仪表、医疗器械、家用电器、儿童玩具等等，汽车电子中单片机的应用也是非常广泛，一般汽车上配备有接近 40 多个单片机系统。 AT89S51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能 CMOS8位微处理器。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失性存储器制造技术，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管 脚相兼容。 主要特性： 与 MCS51 产品指令系统完全兼容； 4K 字节在系统编程（ ISP） Flash 闪速存储器； 1000 次擦鞋周期； 的电压工作范围； 全静态工作模式： 0Hz33MHz； 三级程序加密锁； 128*8 字节内部 RAM； 32 个可编程 I/O 口线（ P P P P4）； 2 个 16 位定时 /计数器，可通过编程实现 4 种工作方式； 1 个具有 6 个中断源、 4 个优先级的中断潜嵌套结构； 全双工 UART 通道； 低功耗空闲和掉电模式； 中断可从空闲模式唤醒系统； 看门狗（ WDT）及双数据指针； 掉电标识和快速编程特性； 灵活的在系统编程（ ISP 字节或页写模式）。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 11 AT89S51 单片机内部主要由 9 个部件组成： 1 个 8 位中央处理器； 4KBFlash 存储器；128B 的数据存储器； 32 条 I/O 口线； 2 个定时器 /计数器； 1 个具有 6 个中断源、 4 个优先级的中断嵌套结构；用于多处理机通信、 I/O 扩展或全双工 UART 的串行口；特殊功能寄存器； 1 个片内振荡器和时钟电路。 AT89S51 系列单片机完全继承了 MCS51 的指令系统，共有 111 条指令，按其功能可分为五大类：数据传送类指令、算术运算类指令、逻辑运算类指令、控制 转移类指令、布尔操作。 中断技术是计算机中的重要技术之一，它既和硬件相关，也和软件相关，正因为有了“中断”才使得计算机的工作更加灵活、效率更高。 所谓中断实际是一个处理时间的过程，这一过程一般是由计算机内部或外部某种紧急事件引起并向主机发出请求处理的信号，主机在允许情况下相应请求，暂停正在执行的程序，保存好“断点”处的现场，转去执行中断处理程序，处理完后自动返回到原断点处，继续执行原程序。 引起中断的原因，或是能发出中断申请的来源，称为中断源。 AT89S51 提供 5 个中断源，即： 外部中断源 /INT0：由 输入； 外部中断源 /INT1：由 输入， I/O 设备中断请求信号，或掉电故障异常事件中断请求信号都可以作为外部中断源连 /INT0、 /INT1。 定时器 /计数器 T0 溢出中断： TF0 做标志，由 输出； 定时器 /计数器 T1 溢出中断： TF1 做标志，由 输出； 片内串行口产生的中断： RX、 TX。 I/O 口分配： P0 口（ ～ ）为双向 8 位三态 I/O 口，当作为 I/O 口使用时，可直接连接外部 I/O 设备。 它是地址总线低 8 位及数据总线分时服用口，可驱动 8 个 TTL 负载。 一般作为扩展时地址 /数据总线口 使用。 P1 口（ ～ ）的每一位都可以分别定义为输入线和输出线（做输入时，锁存器必须置 1），可驱动 4 个 TTL 负载。 P1 口常用作通用 I/O 口，它是一个标准的准双向口。 P2 口（ ～ ）为 8 位准双向 I/O 口，当作为 I/O 口使用时，可直接连接外部I/O 设备。 它是地址总线的高 8 位复用，可驱动 4 个 TTL 负载。 一般作为扩展地址总线的高 8 为使用。 P3 口（ ～ ）为 8 位准双向 I/O 口，是双功能复用口，可驱动 4 个 TTL 负载，能够实现第一功能，可作为通用 I/O 口。 P3 口的第二功能定义如表 31 所示： 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 12 表 31 P3 口第二功能定义 引脚定义 功能 引脚定义 功能 串行输入口 串行输出口 0INT 外部中断 0 1INT 外部中断 1 计时器 0 外部输入 计时器 1 外部输入 外部数据存储器写选通 RD 外部数据存储器读选通 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：地址锁存允许信号输出。 在 CPU 访问外部程序存储器或外部数据存储器时， ALE 提供一个地址锁存信号，将低 8 位地址锁存在片外锁存器中。 在与 Flash并行编程 /校验期间，该引脚也是编程负脉冲的输入端。 在正常操作状态下，该引脚端口输出恒定频率的脉冲。 其频率为晶振频率的 1/6，可用作外部定时或其他触发信号。 如果需要，可通过 SFR 的第 0 位置禁止 ALE 操作，但 ALE 的禁止位不影响对外部存储器的访问。 PSEN ：片外程序存储器选通信号，低电平有效。 当 AT89S51 执行来自外部程序存储器的指令代码时， PSEN/每个机器周期两次有效。 在访问外部数据存储器时， PSEN/无效。 VPPEA/ ： EA 片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。 当 EA 接地时， CPU只执行片外存储器中的程序；当 EA 接 Vcc 时， CPU 首先执行片内程序存储器中的程序（ 0000H~0FFFH），然后自动转向执行片外程序存储器中的程序（ 1000H~FFFFH）。 如果程序锁定位 LB1 被编程（ P），那么 EA 值将在复位时由片内锁存。 在与 Flash 并行编程 /校验期间，该引脚施加 12V 的编程电压 VPP。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 AT89S51 引脚图如图 34 所示： 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 13 图 34 AT89S51 引脚图 单片机最小系统电路 单片机最小系统由晶振 电路和复位电路组成。 电路如图 35 所示。 晶振电路用于产生单片机工作时所需要的时钟信号，单片机的指令必须在时钟信号下按照时序执行。 晶振电路通常用两种设计方式：内部振荡方式和外部振荡方式。 内部振荡方式是在单片机的 XTAL1 和 XTAL2 引脚外接一个晶体振荡器，与单片机内部的振荡器组成时钟信号；外部振荡方式是在外部将已有的脉冲信号引入单片机内，一般用于使单片机的时钟与外部信号保持同步。 本设计选用内部振荡方式，在 XTAL1 和 XTAL2引脚之间连接一个 12MHz的晶振，再分别外接 30p 的对地电容。 单片机在启动时需要 复位，使系统各器件处于初始状态。 复位引脚为 RST，当系统上电后晶振电路稳定后， RST 引脚有一个高电平且持续 2 个机器周期以上，单片机系统就可以实现复位功能。 复位一般有手动复位和。