自动打铃系统

摘要

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。简易自动打铃系统的出现，使学校上下课铃声得以有效管制，对于减轻学校管理人员工作量、提高学校各工作效率，减少管理人员因忘记打铃，从而导致老师拖延课程时间起到明显效果。本系统采用单片机STC89C52为中心器件来设计简易自动打铃控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。

关键词：单片机；8255扩张芯片；数码管显示时钟模块；键盘调时钟模块；定时蜂鸣器鸣叫模块。

目录

设计要求 (1)

1 方案论证与对比 (1)

1.1 方案一 (1)

1.2 方案二 (1)

1.3 方案对比与选择 (1)

2 单元电路设计与计算 (2)

2.1 复位电路 (2)

2.2 时钟电路 (2)

2.3 按键电路 (3)

2.4 数码显示功能说明 (4)

2.5 蜂鸣器电路 (4)

3 系统软件工作流程 (5)

3.1 系统软件设计流程图 (5)

3.2 按键处理流程图 (5)

3.3 定时器中断流程图 (6)

3.4 响铃流程图 (7)

4 系统功能测试与整体指标 (8)

4.1 系统各功能模块的性能调试与测试 (8)

4.2 系统功能测试 (9)

4.3 系统误差原因分析 (9)

4.4 系统整体指标测试 (9)

5 详细仪器清单 (10)

6 总结与思考致谢 (10)

7 参考文献 (11)

附录一：总设计原理图 (11)

附录二：总设计PCB板图 (12)

附录三：程序 (13)

简易自动打铃系统

设计要求

利用单片机作为控制核心，完成一个简易自动打铃系统。具体功能要求如下：（1）基本计时和显示功能（12小时制）。可设置当前时间（包括上下午标志，时、分的数字显示）。

（2）能实现基本打铃功能，规定：上午7：30早自习：打铃5秒、停2秒、再打铃5秒。下午10：30熄灯铃：打铃5秒、停2秒、再打铃5秒。

1方案论证与对比

1.1 方案一

根据设计要求，由于本设计是可调时钟显示与打铃功能，可以使用中断之类的器件利用其转换效应。在有键按下时，就可以用单片机进行数据的处理，从而实现调时钟与打铃功能。在显示电路上，就可以用数码管将被调时钟显示出来，直接用AT89C52引脚接数码管、键盘、蜂鸣器，这种设计需要用用到大量的CPU I/O口，若要同时实现更多功能则CPU I/O口不够用。

1.2 方案二

根据开发板设计原理图与实物图，我们的开发板有8255扩张芯片可用，调时可不用中断按键，同时外中断1与蜂鸣器同时都接着STC89C52的P3.3口，因此要实现同时用外中断1调时和蜂鸣器打铃会产生冲突，不可取。这里利用8255扩张键盘和数码管减少CPU接口的浪费，矩阵式键盘调时能更好的实现所需的功能。

1.3 方案对比与选择

从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，能充分利用资源，软件设计思路也比较简单，故采用了方案二。本方案的计时部分使用单片机内部的可编程定时器，根据单片机是利用STC-52中的89C52作为其核心部分，其内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分的计时，键盘输入部分，系统用8255作为单片机的键盘输入，其采用3*1矩阵结构，其中两个键用于调整时间分和时，另一个键用于调上下午标志。上电后系统自动进入时钟显示，从A00-00开始计时，此时可以设定当前时间。系统内部设定时间鸣叫，定时时间到，蜂鸣器鸣叫。（参考于：李军，《51系列单片机高级实例指南》）

2单元电路设计与计算

2.1 复位电路

STC-52单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。

上电复位：上电复位电路是—种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。

电路图如下：

图 1复位电路

上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。

2.2 时钟电路

时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式。电路图如下：

图 2时钟电路

STC-52单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。

2.3 按键电路

按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的长短与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。，每个按键的工作状态不会产生互相影响。电路图如下：

图 3按键电路