基于單片機(jī)的多功能定時(shí)打鈴鐘設(shè)計(jì)

王 娟，魏 雄

（東華理工大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，江西 南昌 330013）

多年來，一些學(xué)校使用的基本是傳統(tǒng)的打鈴鐘，以往的打鈴鐘操作不便，靜態(tài)電流大，電路復(fù)雜，可靠性低，成本高。而多功能定時(shí)打鈴鐘就有效的解決了這些問題。使用方便，可自動(dòng)完成學(xué)校每天的打鈴要求，還可以隨時(shí)對任意一點(diǎn)的打鈴時(shí)刻，打鈴方式做調(diào)整，不影響走時(shí)。這種打鈴鐘經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性好，節(jié)省人力、走時(shí)準(zhǔn)確，能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和學(xué)校的使用需求。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是適用于學(xué)校的多功能定時(shí)打鈴鐘,能自動(dòng)完成每天的打鈴工作，顯示當(dāng)前時(shí)間 ，可以用鍵盤來校正不準(zhǔn)時(shí)間。該系統(tǒng)由單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)AT89C51和移動(dòng)寄存器74LS164以及八段數(shù)碼管，光耦器等組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 多功能定時(shí)打鈴鐘的基本思路

其中微型計(jì)算機(jī)AT89C51主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，控制顯示，鍵盤控制等工作，是該系統(tǒng)的核心部分。

（1）鍵盤接89C51的P1口，從P1.0到P1.3口共設(shè)置了四個(gè)鍵，作用分別為開始鍵、顯示修改鍵、加一鍵、減一鍵。

（2）顯示電路中，是通過89C51的P3.0和P3.1口即串行輸入輸出口控制移位寄存器74LS164對數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示。

（3）驅(qū)動(dòng)電路中，我們用到 AT89C51的P2.0口,通過晶體三極管NPN8050和光藕器MOC3041,連接一個(gè)發(fā)光二級(jí)管，用可控硅來控制打鈴。

本系統(tǒng)用四個(gè)數(shù)碼管分三屏顯示月，時(shí)，分，秒。規(guī)定起始的時(shí)間為2011年6月11日00點(diǎn)00分00秒。

打鈴時(shí)間的設(shè)置為：上課時(shí)間50分鐘；課間休息10分鐘；上午8點(diǎn)上課；節(jié)數(shù)為4節(jié)；下午2點(diǎn)上課；節(jié)數(shù)為4節(jié)；晚上7點(diǎn)上課，節(jié)數(shù)為2節(jié)。

響鈴的時(shí)間為：8：00、8：50、9：00、9：50、10：00、10：50、11：00、11：50、14：00、14：50、15：00、15：50、16：00、16：50、17：00、17：50、19：00、 9：50、20：00、20：50。 共為 20 次響鈴，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)而不用每次人工設(shè)置操作。

所有的運(yùn)算是采用十六進(jìn)制無符號(hào)整數(shù)運(yùn)算，定點(diǎn)顯示，鍵盤控制，當(dāng)需要校準(zhǔn)時(shí)間時(shí)能在鍵盤上直接操作，如清零，加時(shí)間，減時(shí)間。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

（1）顯示電路。采用了串口靜態(tài)顯示，選用的驅(qū)動(dòng)芯片是74LS164，用其來驅(qū)動(dòng)八段數(shù)碼管。當(dāng)89C51的串行口不作通信使用的時(shí)候，串行口可以工作于移位寄存器方式，用來驅(qū)動(dòng)LED靜態(tài)顯示器，這樣就可以充分利用串行口，而將并行口用到最需要的地方去。

本系統(tǒng)采用的是靜態(tài)顯示，這樣在每一個(gè)顯示輸出后能夠保持不變，僅在待顯數(shù)字需改變時(shí)，才更新其數(shù)字顯示器中鎖存的內(nèi)容。這種顯示站用機(jī)時(shí)少，顯示穩(wěn)定可靠。缺點(diǎn)是，當(dāng)顯示的位數(shù)較多時(shí)，占用的I/O口較多。在顯示的時(shí)候，應(yīng)該將高位的零熄滅。這樣可以減少閱讀差錯(cuò)，也比較符合習(xí)慣。這種顯示功能成為滅零顯示。它的規(guī)則是：整數(shù)部分從高位到低位的連續(xù)零均不顯示。從遇到的第一個(gè)非零數(shù)值開始均要顯示，個(gè)位的零和小數(shù)部分均應(yīng)顯示。

（2）鍵盤掃描電路。鍵盤是人與微機(jī)系統(tǒng)打交道的主要設(shè)備。為了節(jié)省資源空間和費(fèi)用，也為了使面板容易布置些，我們在此設(shè)計(jì)中，采用了獨(dú)立式鍵盤，僅僅采用了四個(gè)按鍵。由于節(jié)省了按鍵，但我們必須完成一些功能，設(shè)定這四個(gè)鍵為功能鍵。從引腳P1.0到P1.3下來，這四鍵分別為開始鍵、顯示修改鍵、加一鍵、減一鍵。在一般狀態(tài)下，P1.0到P1.3都是處于高電平,當(dāng)往其中一個(gè)口送低電平,則這個(gè)口所對應(yīng)的按鍵按下，進(jìn)入其所對應(yīng)的功能模式。

3 軟件電路的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思想

為了使單片機(jī)控制系統(tǒng)中各種硬件設(shè)備能夠正常運(yùn)行，有效地完成打鈴鐘各個(gè)控制環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)控制和管理，除了要設(shè)計(jì)合理的硬件電路外，還必須要有高質(zhì)量的軟件支持。因此，軟件在整個(gè)設(shè)計(jì)中也顯得十分重要。一個(gè)控制系統(tǒng)中程序設(shè)計(jì)得好與壞，將直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的控制質(zhì)量和它的效率。對于多功能定時(shí)打鈴鐘系統(tǒng)，它也是由主程序和定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷子程序，以及若干個(gè)子程序（如鍵盤掃描子程序、顯示子程序、判斷閏年子程序和延時(shí)子程序等）構(gòu)成，其沒一個(gè)功能模塊都實(shí)現(xiàn)了某一確定的任務(wù)。

3.2 程序設(shè)計(jì)

（1）主程序。在多功能定時(shí)打鈴鐘系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，主程序設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。它實(shí)現(xiàn)了對定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化以及開中斷，并且設(shè)定了初始的年、月、日、時(shí)、分和秒，同時(shí)還調(diào)用了鍵盤掃描子程序。

（2）子程序。外部中斷子程序，在查詢按鍵值中斷顯示，設(shè)定為優(yōu)先級(jí)中斷，其流程圖如圖6

4 結(jié)語

在調(diào)試程序過程中，源程序的編輯在PC機(jī)上進(jìn)行，各程序模塊都調(diào)試通過后，再將它們組合起來進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)。調(diào)試過程只有當(dāng)硬件調(diào)試和軟件調(diào)試完成以后，再進(jìn)行系統(tǒng)綜合調(diào)試。在Keil uvision2環(huán)境下各程序模塊都能通過調(diào)試，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

[1]劉樂善.微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005.

[2]趙茂泰.智能儀器原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[3]楊文龍.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998.