基于單片機(jī)的作息時(shí)間控制鐘系統(tǒng)

1、他J詼江砰花大學(xué)ZHEJIANG NORMAL UNIVERSITY數(shù)理與信息工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用期末課程設(shè)計(jì)題 目：基于單片機(jī)的作息時(shí)間控制鐘設(shè)計(jì)專業(yè)：電子信息工程班 級(jí)：電信041班姓名：工®學(xué) 號(hào):04610101指導(dǎo)老師：余水寶成 績(jī)：目錄第1節(jié)引言 31.1 作息時(shí)間控制鐘系統(tǒng)概述 31.2 本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容 4第2節(jié)系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)5單片機(jī)總體設(shè)計(jì)原理 5各功能模塊分析 52.2.1 SPCE061觸能簡(jiǎn)介 52.2.2 擴(kuò)展部分實(shí)現(xiàn) 82.2.3 軟件設(shè)計(jì) 9軟件主程序 9軟件主要子程序 103.2.1 鍵盤掃描子程序 103.2.2 萬年歷計(jì)算子程序 10

2、3.2.3 校時(shí)子程序 113.2.4 播放語音子程序 12第四節(jié)系統(tǒng)調(diào)試 14調(diào)試 144.1.1 軟件調(diào)試 144.1.2 硬件調(diào)試 144.1.3 軟硬聯(lián)調(diào) 14第4節(jié) 結(jié)束語 15參考文獻(xiàn) 16基于單片機(jī)的作息時(shí)間控制鐘系統(tǒng)數(shù)理與信息工程學(xué)院 04 電子信息工程丁楠指導(dǎo)教師：余水寶第一節(jié) 引 言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，以及設(shè)備向小型化、智能化發(fā)展，作為高新技術(shù)之一的單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低廉、使用靈活等優(yōu)勢(shì)，顯示出了很強(qiáng)的生命力。進(jìn)入 21世紀(jì)以來，開發(fā)推出單片機(jī)的公司很多，各種高性能單片機(jī)芯片市場(chǎng)也異?；钴S，新技術(shù)的不斷采用，更加使單片機(jī)的種類、性能以及

3、應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大和提高。臺(tái)灣凌陽科技公司推出的16位單片機(jī)SPCE061A的問世，使得16位單片機(jī)的科技含量及應(yīng)用躍上一個(gè)新的臺(tái)階。因其功耗低，超高型，低成本，功能完整，在國內(nèi)越來越受到用戶的重視和廣泛使用。本設(shè)計(jì)是一個(gè)具有報(bào)時(shí)功能的作息時(shí)間控制鐘。它利用SPCE061A片機(jī)的2Hz時(shí)基計(jì)時(shí)，進(jìn)行年歷計(jì)算，并用SPCE061A語音功能將它報(bào)出來；在進(jìn)行時(shí)間計(jì)算， 分每加一時(shí)，都與規(guī)定的作息時(shí)間比較，如果相等則進(jìn)行相應(yīng)的控制或動(dòng)作。 由鍵 盤、聲音輸出模塊和指示燈三部分組成，系統(tǒng)擴(kuò)展三個(gè)按鍵用于報(bào)時(shí)及校正時(shí)間。 現(xiàn)代機(jī)關(guān)企業(yè)，特別是學(xué)校要求對(duì)時(shí)間加以控制，要按時(shí)打鈴及播放廣播，以保證 學(xué)習(xí)與工作

4、的正常運(yùn)行。 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了這些功能， 給學(xué)校及其他機(jī)關(guān)企業(yè)帶來方便， 整體性好，人性化強(qiáng)、可靠性高，實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間控制的智能化。1.1 作息時(shí)間控制鐘概述科技的進(jìn)步需要技術(shù)不斷的提升。一塊大而復(fù)雜的模擬電路花費(fèi)了您巨大的精力，繁多的元器件增加了您的成本。而現(xiàn)在，只需要一塊幾厘米見方的單片機(jī)，寫入簡(jiǎn)單的程序，就可以使您以前的電路簡(jiǎn)單很多。相信您在使用并掌握了單片機(jī)技術(shù)后，不管在您今后開發(fā)或是工作上， 一定會(huì)帶來意想不到的驚喜。 以凌陽 16 位單片機(jī)SPCE061Az核心控制器件的作息時(shí)間控制鐘，由鍵盤、聲音輸出模塊和指 示燈三部分組成。它利用SPCE061At片機(jī)的2Hz時(shí)基計(jì)時(shí)，進(jìn)行年歷計(jì)算，

5、并用 SPCE061A勺語音功能將它報(bào)出來。SPCE061AL片機(jī)是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心控制器件，根 據(jù)從鍵盤接受的數(shù)據(jù)控制整個(gè)系統(tǒng)的工作流程。整體性好，人性化強(qiáng)、可靠性高， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間控制的智能化，擺脫了傳統(tǒng)由人來控制時(shí)間的長(zhǎng)短的不便，是現(xiàn)代學(xué) 校必不可少的設(shè)備。本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)是一個(gè)具有報(bào)時(shí)功能的作息時(shí)間控制鐘。它利用SPCE061沖片機(jī)的2Hz 時(shí)基計(jì)時(shí)，進(jìn)行年歷計(jì)算，并用SPCE061A勺語音功能將它報(bào)出來；在進(jìn)行時(shí)間計(jì)算， 分每加 1 時(shí)，都與規(guī)定的作息時(shí)間比較，如果相等則進(jìn)行相應(yīng)的控制或動(dòng)作。假定某高校的作息時(shí)間如下所示：08：0008：50第一節(jié)課09：0009：50第二節(jié)

6、課09：5210：05課間操10：00 第三節(jié)課01：00 第四節(jié)課12：0013：30午間休息13：3014：20第五節(jié)課14：3015：20第六節(jié)課15：2115：50播放歌曲SPCE061A勺DAC為電流型輸出，經(jīng)負(fù)載電阻 R1、三極管Q1放大驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器 SPEAKER音，SPEAKERT選用4Q或8Q揚(yáng)聲器。IOA15接一個(gè)LER到規(guī)定的作 息時(shí)間用LED閃爍來表示，使用者可根據(jù)具體需要來控制電鈴、播放提示語等。凌 陽芯片的工作電壓為，我們給出了獲得工作電壓兩種方法。方法 1、通過兩個(gè)二極管連續(xù)降壓使5v 的電壓降至，接近供芯片使用，這種方法比較簡(jiǎn)單，但電壓值不是很精確。見圖 1-1圖

7、 1-1方法2、通過LM7833獲得準(zhǔn)確的電壓。見圖1-2圖 1-2第二節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方面很多，主要考慮以下幾個(gè)因素： 系統(tǒng)穩(wěn)定度；器件的通用性或易選購性； 軟件編程的易實(shí)現(xiàn)性；系統(tǒng)其它 功能及性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要?，F(xiàn)從各功能模塊的實(shí)現(xiàn)逐個(gè)進(jìn)行分析探 討。2.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)原理本設(shè)計(jì)以SPCE061Al片機(jī)為控制核心，模塊化設(shè)計(jì)，共分以下幾個(gè)功能模塊： 鍵盤模塊、聲音輸出模塊和指示燈模塊。硬件連接圖見圖2-1圖2-1 硬件連接圖2. 2各功能模塊分析2.2.1 SPCE061A 性能簡(jiǎn)介SPCE061A勺結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。其內(nèi)部結(jié)

8、構(gòu)如下：1CPUSPCE061A已備了凌陽科技開發(fā)的最新的16位微處理器，其內(nèi)部含有8個(gè)寄存 器，4個(gè)通用寄存器R1R4, 1個(gè)程序計(jì)數(shù)器PG 1個(gè)堆棧指針SP, 1個(gè)基址指針 BP, 1個(gè)段寄存器SR通用寄存器R3和R4結(jié)合組成一個(gè)32位寄存器MR MRM以 作為乘法運(yùn)算和內(nèi)積運(yùn)算的目標(biāo)寄存器。此外，SPCE061AT 3個(gè)FIQ中斷和14個(gè)IRQ中斷，1個(gè)由指令控制的軟中斷。 2存儲(chǔ)器SPCE061AB有2 kb的SRAM還有32 kb閃存FLASH ROM 可在ICE工作方 式下被編程寫入或被擦除。對(duì)閃存設(shè)置保密設(shè)定后，其內(nèi)容將不能再通過ICE被讀寫，從而將程序保密。 3時(shí)鐘(1)鎖相環(huán)

9、(PLL)振蕩器PLL的作用為系統(tǒng)提供一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的基頻 (32 768 Hz),然后將基基頻進(jìn)行倍頻，調(diào)整至 MHz, MHz, MHz, MHz或MHz。系統(tǒng)默認(rèn) 的PLL自激振蕩頻率為MHz 。(2) 系統(tǒng)時(shí)鐘其信號(hào)源為PLL振蕩器。系統(tǒng)時(shí)鐘頻率(Fosc)和CPU寸鐘頻率 (CPUCLK可通過編程來控制。默認(rèn)的 Fosc、CPUCL給別為 24576 MHz 和Fosc/8。(3)實(shí)時(shí)時(shí)鐘32 768 Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘通常用于鐘表、實(shí)時(shí)時(shí)鐘延時(shí)以及其他與時(shí)間 相關(guān)類產(chǎn)品。SPCE061Al過對(duì)32 768 Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘源分頻而提供了多種實(shí)時(shí)時(shí)鐘中 斷源。4低電壓監(jiān)測(cè)和低電壓復(fù)位低電壓監(jiān)測(cè)功

10、能可以提供系統(tǒng)內(nèi)電源電壓的使用情況。4級(jí)電壓監(jiān)測(cè)低限：V,V, V和 V ?？赏ㄟ^編程來控制，系統(tǒng)默認(rèn)的電壓監(jiān)測(cè)低限為 V。低電 壓復(fù)位當(dāng)電源電壓低于 V時(shí)，系統(tǒng)會(huì)變得不穩(wěn)定且易出故障，導(dǎo)致電源電壓過低的 原因很多，如電壓的反跳、負(fù)載過重、電池能量不足等。如果系統(tǒng)設(shè)置了低電壓復(fù) 位（LVR功能。當(dāng)電源電壓低于該值時(shí)，會(huì)在4個(gè)時(shí)鐘周期之后產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)， 使系統(tǒng)復(fù)位。5中斷SPCE061黑有2種中斷方式：快速中斷請(qǐng)求FIQ中斷和中斷請(qǐng)求IRQ中斷。中 斷控制器可處理3種FIQ中斷和14種IRQ中斷，以及1個(gè)由指令BREA燒制的軟中 斷。6輸入/輸出端口（ I/O）I/O是系統(tǒng)與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)

11、交換的接口。SPCE061AR有2個(gè)可編程口 ： A口和B 口。A 口既是具有可編程喚醒功能的普通I/O 口，又可與ADC勺多路LINE IN 輸入共用，B 口除了具有普通I/O 口的功能外，在特定的管腳上還可以完成一些特 殊的功能。7定時(shí)器/計(jì)數(shù)器SPCE061Al供了 2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：TimerA和TimerB。TimerA為通 用計(jì)數(shù)器；TimerB為多功能計(jì)數(shù)器。TimerA的時(shí)鐘源由時(shí)鐘源A （高速時(shí)鐘源）和 時(shí)鐘源B （實(shí)時(shí)時(shí)鐘32 768Hz）進(jìn)行“與”操作而形成，TimerB的時(shí)鐘源僅為時(shí)鐘 源A。 8時(shí)基時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，簡(jiǎn)稱時(shí)基信號(hào)，來自于 32 768 Hz實(shí)時(shí)時(shí)

12、鐘，通過頻率選擇組 合而成。時(shí)基信號(hào)發(fā)生器的2個(gè)選頻邏輯TMB儕口 TMB刻TimerA的時(shí)鐘源B提供各 種頻率選擇信號(hào)并為中斷系統(tǒng)提供中斷源（IRQ6）信號(hào)。止匕外，時(shí)基信號(hào)發(fā)生器還 可以直接生成2 Hz, 4 Hz, 1 024 Hz, 2 048 Hz以及4 096 Hz的時(shí)基信號(hào)，為中 斷系統(tǒng)提供各種實(shí)時(shí)中斷源（IRQ4和IRQ5）信號(hào)。9模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC和數(shù)模*$換器（DACSPCE061AT 8個(gè)10位模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，其中7個(gè)通道用于將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為 數(shù)字量信號(hào)，可能直接通過引線（IOA 06）輸入。另外有一個(gè)通道只作為語音 輸入通道，通過內(nèi)置有自動(dòng)增益控制放大器的麥克風(fēng)通道（

13、MIC IN）輸入。實(shí)際上 可以把ADC!作是一個(gè)實(shí)現(xiàn)模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換的編碼器。SPCE061A的音頻輸出提供了 2個(gè)10位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，即DAC儕口 DAC2 DAC1 DAC2專換輸出的模擬量電 流信號(hào)分別通過AUD儕口 AUD2t腳輸出。 10串行設(shè)備接口用行輸入輸出端口 SIO提供了 1個(gè)1位的串行接口，用于與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù) 通訊。在SPCE061咕通過IOB0和IOB1這2個(gè)端口實(shí)現(xiàn)與設(shè)備進(jìn)行串行數(shù)據(jù)交換功 能。2.2.2 擴(kuò)展部分實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展三個(gè)按鍵用于報(bào)時(shí)及校正時(shí)間。SPCE061A勺DACJ電流型輸出，經(jīng)負(fù) 載電阻R1、三極管Q1放大驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器SPEAKERS, SPEAKER用

14、4Q或8揚(yáng) 聲器。IOA15接一個(gè)LER到規(guī)定的作息時(shí)間用LED閃爍來表示，使用者可根據(jù)具體 需要來控制電鈴、播放提示語等。凌陽芯片的工作電壓為，通過1乂7833獲得準(zhǔn)確 的電壓。見圖 1-2第 3 節(jié) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架即形成。軟件在硬件平臺(tái)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。 系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的， 由于軟件的可伸縮性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。因此，軟件是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行全面測(cè)試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段。由于編程多涉及到數(shù)值運(yùn)算，比較

15、復(fù)雜，用我們平時(shí)常用的匯編語言編程是很難實(shí)現(xiàn)的，這里我們選用了移值性好、結(jié)構(gòu)清晰、能進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算的C語言來實(shí)現(xiàn)編程。軟件主程序程序按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)， 所有功能都可通過調(diào)用子程序完成， 主程序較簡(jiǎn)單， 流程見0。SPCE061A具有低功耗的睡眠模式，在睡眠模式下功耗電流可降到幾個(gè) nA,這對(duì)于用電池供電的系統(tǒng)非常重要，睡眠模式可以通過按鍵中斷喚醒。圖 3-1 軟件主程序流程圖軟件主要子程序3.2.1 鍵盤掃描子程序由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在鍵被按下或彈起時(shí)會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)，從最初按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過數(shù)毫秒的彈跳時(shí)間，如圖 3-2 所示。為保證鍵識(shí)別的準(zhǔn)確，必須進(jìn)行去抖動(dòng)處理，去抖動(dòng)有硬件和軟件兩

16、種方法。硬件方法就是加去抖動(dòng)電路，從根本上避免抖動(dòng)；軟件方法有很多種，本例中主要是利用主程序的循環(huán)掃描，主程序循環(huán)一次，掃描一次按鍵，當(dāng)連續(xù)N 次掃描到的鍵值都一樣時(shí)，則說明是穩(wěn)定的按鍵值。圖 3-2 鍵盤按下過程3.2.2 萬年歷計(jì)算子程序利用2Hz中斷做時(shí)鐘源進(jìn)行計(jì)時(shí)，每?jī)纱沃袛嗝爰?,并進(jìn)行年歷計(jì)算，年歷范圍從 2001 年到 3099 年。 在進(jìn)行年歷計(jì)算時(shí)， 有平閏年計(jì)算問題。 閏年的條件是：能被 400 整除，或者能被4 整除，但不能被100 整除。萬年歷調(diào)整子程序流程圖見3-3圖 3-3 萬年歷計(jì)算子程序流程圖3.2.3 校時(shí)子程序系統(tǒng)擴(kuò)展了三個(gè)按鍵，TIME!用于報(bào)時(shí)，由于時(shí)間

17、包括年月日和時(shí)分，按一次 TIMES,則報(bào)年月日，再按一次則報(bào)時(shí)分。當(dāng)一直按住TIMES3秒則進(jìn)入時(shí)間校正狀 態(tài)，語音報(bào)當(dāng)前是XXX用，按UP1年份增加，按DOW盤減少；按TIME!來切換月、 日、時(shí)、分，調(diào)整完分后，按TIME!確認(rèn)，語音報(bào)出年月日時(shí)分。時(shí)間增加的流程 如圖 3-4 所示， 時(shí)間減少的流程與增加的相同， 所以不再給出時(shí)間減少的流程圖。 在 校正時(shí)間的狀態(tài)下，如果連續(xù)2分鐘鍵沒有被按下，則自動(dòng)退出3-4 校時(shí)子程序流程圖3.2.4 播放語音子程序報(bào)時(shí)用SACM-A2000放，該壓縮算法壓縮比較?。?:1）所以具有高質(zhì)量、高 碼率的特點(diǎn)適用于高保真音樂和語音。圖 3-5 播放語音

18、子程序流程圖第 4 節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試因本設(shè)計(jì)本身要求有穩(wěn)定性高、 免維護(hù)、 抗干擾能力強(qiáng)等功能， 系統(tǒng)調(diào)試除了驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理的精度， 確保判斷的準(zhǔn)確性外， 同時(shí)必須確認(rèn)各項(xiàng)的功能的正常運(yùn)行。4.1 調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案， 本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分： 硬件調(diào)試， 軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。 由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)， 所以方便了對(duì)各電路功能模塊的逐級(jí)測(cè)試，包括對(duì)：鍵盤操作功能調(diào)試，聲音輸出功能調(diào)試，指示燈功能調(diào)試等。 單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試， 確保工作正常之后， 再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。最后將各模塊組合后整體測(cè)試，使系統(tǒng)的所有功能得以實(shí)現(xiàn)。4.1.1 硬件調(diào)試電路安裝完成后，首先進(jìn)行檢查，即確認(rèn)

19、電路無虛焊，無短路，無斷路，集成元件安裝是否正確， 之后進(jìn)行電路功能模塊的分級(jí)調(diào)試， 根據(jù)電路功能逐級(jí)進(jìn)行：1) 鍵盤功能調(diào)試2) 聲音輸出功能調(diào)試3) 指示燈功能調(diào)試4.1.2 軟件調(diào)試本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)很大，全部用C51來編寫，選用一般的偉福仿真器對(duì)C51進(jìn)行調(diào)試。 除了語法差錯(cuò)外， 當(dāng)確認(rèn)程序沒問題時(shí)， 通過直接下載到單片機(jī)來調(diào)試。 采取的是自下到上的調(diào)試方法， 即單獨(dú)調(diào)試好每一個(gè)模塊， 然后再連接成一個(gè)完整的系統(tǒng)， 最后完成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。 主要是液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示功能的調(diào)試。4.1.3 軟硬聯(lián)調(diào)系統(tǒng)做好后， 進(jìn)行系統(tǒng)的完整調(diào)試。 主要任務(wù)是檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的功能及其效果并校正數(shù)值。根據(jù)實(shí)測(cè)

20、數(shù)據(jù)，逐步校正數(shù)據(jù)，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保工作正常之后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。結(jié)束語本設(shè)計(jì)以SPCE061Al片機(jī)為核心，是一個(gè)具有報(bào)時(shí)功能的作息時(shí)間控制鐘?，F(xiàn)代 學(xué)校要求對(duì)時(shí)間加以控制， 要按時(shí)打鈴及播放廣播， 以保證學(xué)習(xí)與工作的正常運(yùn)行。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了這些功能，給學(xué)校及其他機(jī)關(guān)企業(yè)帶來方便， 整體性好，人性化強(qiáng)、 可靠性高， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間控制的智能化， 適應(yīng)了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 給人們帶來很大的效益。 這次設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)由以往的手動(dòng)控制變?yōu)樽詣?dòng)控制，可以自動(dòng)控制 高校的作息時(shí)間如下所示：08：0008：50第一節(jié)課09：0009：50第二節(jié)課09：5210：05課間操10：00 第三節(jié)課01：00 第四節(jié)課12：0013：30午間休息13：3014：20第五節(jié)課14：3015：20第六節(jié)課15： 2115： 50 播放歌曲給學(xué)校的學(xué)習(xí)和工作帶來方便！ 通過單片機(jī)課程設(shè)計(jì)， 我不僅加深了對(duì)單片機(jī)理論的理解， 將理論很好地應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去， 而且