基于單片機的作息時間控制鐘系統(tǒng)論文經(jīng)典

1、-PAGE . z.目錄第1節(jié) 引 言3 作息時間控制鐘系統(tǒng)概述3 本設(shè)計任務(wù)和主要容4第2節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計52.1單片機總體設(shè)計原理52.2各功能模塊分析5SPCE061A性能簡介5 擴展局部實現(xiàn)8第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計93.1 軟件主程序93.2 軟件主要子程序10 鍵盤掃描子程序10 萬年歷計算子程序10校時子程序11播放語音子程序12第四節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試144.1 調(diào)試14軟件調(diào)試14硬件調(diào)試14軟硬聯(lián)調(diào)14完畢語15參考文獻16基于單片機的作息時間控制鐘系統(tǒng)第一節(jié) 引 言隨著計算機技術(shù)的開展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，以及設(shè)備向小型化、智能化開展，作為高新技術(shù)之一的單片機以其體積小、

2、功能強、價格低廉、使用靈活等優(yōu)勢，顯示出了很強的生命力。進入21世紀以來，開發(fā)推出單片機的公司很多，各種高性能單片機芯片市場也異?；顫?，新技術(shù)的不斷采用，更加使單片機的種類、性能以及應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大和提高。凌陽科技公司推出的16位單片機SPCE061A的問世，使得16位單片機的科技含量及應(yīng)用躍上一個新的臺階。因其功耗低，超高型，低本錢，功能完整，在國越來越受到用戶的重視和廣泛使用。本設(shè)計是一個具有報時功能的作息時間控制鐘。它利用SPCE061A單片機的2Hz時基計時，進展年歷計算，并用SPCE061A的語音功能將它報出來；在進展時間計算，分每加一時，都與規(guī)定的作息時間比擬，如果相等則進展相應(yīng)的

3、控制或動作。由鍵盤、聲音輸出模塊和指示燈三局部組成，系統(tǒng)擴展三個按鍵用于報時及校正時間?，F(xiàn)代機關(guān)企業(yè)，特別是學(xué)校要求對時間加以控制，要按時打鈴及播放播送，以保證學(xué)習(xí)與工作的正常運行。本設(shè)計實現(xiàn)了這些功能，給學(xué)校及其他機關(guān)企業(yè)帶來方便，整體性好，人性化強、可靠性高，實現(xiàn)了對時間控制的智能化。作息時間控制鐘概述科技的進步需要技術(shù)不斷的提升。一塊大而復(fù)雜的模擬電路花費了您巨大的精力，繁多的元器件增加了您的本錢。而現(xiàn)在，只需要一塊幾厘米見方的單片機，寫入簡單的程序，就可以使您以前的電路簡單很多。相信您在使用并掌握了單片機技術(shù)后，不管在您今后開發(fā)或是工作上，一定會帶來意想不到的驚喜。以凌陽16位單片機S

4、PCE061A為核心控制器件的作息時間控制鐘，由鍵盤、聲音輸出模塊和指示燈三局部組成。它利用SPCE061A單片機的2Hz時基計時，進展年歷計算，并用SPCE061A的語音功能將它報出來。SPCE061A單片機是整個設(shè)計的核心控制器件，根據(jù)從鍵盤承受的數(shù)據(jù)控制整個系統(tǒng)的工作流程。整體性好，人性化強、可靠性高，實現(xiàn)了對時間控制的智能化，擺脫了傳統(tǒng)由人來控制時間的長短的不便，是現(xiàn)代學(xué)校必不可少的設(shè)備。1.2 本設(shè)計任務(wù)和主要容本設(shè)計是一個具有報時功能的作息時間控制鐘。它利用SPCE061A單片機的2Hz時基計時，進展年歷計算，并用SPCE061A的語音功能將它報出來；在進展時間計算，分每加1時，都

5、與規(guī)定的作息時間比擬，如果相等則進展相應(yīng)的控制或動作。假定*高校的作息時間如下所示： 08：0008：50 第一節(jié)課 09：0009：50 第二節(jié)課09：5210：05 課間操10：1011：00 第三節(jié)課 01：1012：00 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的DAC為電流型輸出，經(jīng)負載電阻R1、三極管Q1放大驅(qū)動揚聲器SPEAKER放音，SPEAKER可選用4或8揚聲器。IOA15接一個LED，到規(guī)定的作息時間用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

6、芯片的工作電壓為3.3v，我們給出了獲得工作電壓兩種方法。方法1、通過兩個二極管連續(xù)降壓使5v的電壓降至3.6v，接近3.3v供芯片使用，這種方法比擬簡單，但電壓值不是很準確。見圖1-1圖1-1方法2、通過LM7833可獲得準確的3.3V電壓。見圖1-2圖1-2第二節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計硬件設(shè)計是整個系統(tǒng)的根底，要考慮的方面很多，主要考慮以下幾個因素：系統(tǒng)穩(wěn)定度；器件的通用性或易選購性； 軟件編程的易實現(xiàn)性；系統(tǒng)其它功能及性能指標；因此硬件設(shè)計至關(guān)重要?，F(xiàn)從各功能模塊的實現(xiàn)逐個進展分析探討。單片機控制系統(tǒng)原理本設(shè)計以SPCE061A單片機為控制核心，模塊化設(shè)計，共分以下幾個功能模塊：鍵盤模塊

7、、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22 各功能模塊分析 SPCE061A性能簡介SPCE061A的構(gòu)造框圖如圖2-2所示。其部構(gòu)造如下：1CPUSPCE061A配備了凌陽科技開發(fā)的最新的16位微處理器，其部含有8個存放器，4個通用存放器R1R4，1個程序計數(shù)器PC，1個堆棧指針SP，1個基址指針BP，1個段存放器SR，通用存放器R3和R4結(jié)合組成一個32位存放器MR，MR可以作為乘法運算和積運算的目標存放器。此外，SPCE061A有3個FIQ中斷和14個IRQ中斷，1個由指令控制的軟中斷。2存儲器SPCE061A擁有2 kb的SRAM，還有32 kb閃存FLA

8、SH ROM，可在ICE工作方式下被編程寫入或被擦除。對閃存設(shè)置設(shè)定后，其容將不能再通過ICE被讀寫，從而將程序。3時鐘(1)鎖相環(huán)PLL振蕩器PLL的作用為系統(tǒng)提供一個實時時鐘的基頻32768 Hz，然后將基基頻進展倍頻，調(diào)整至49.152 MHz，40.96 MHz，32.768 MHz，24.576 MHz或20.480 MHz。系統(tǒng)默認的PLL自激振蕩頻率為24.576 MHz。(2)系統(tǒng)時鐘其信號源為PLL振蕩器。系統(tǒng)時鐘頻率Fosc和CPU時鐘頻率CPUCLK可通過編程來控制。默認的Fosc、CPUCLK分別為24576 MHz和Fosc/8。(3)實時時鐘32 768 Hz實時時

9、鐘通常用于鐘表、實時時鐘延時以及其他與時間相關(guān)類產(chǎn)品。SPCE061A通過對32 768 Hz實時時鐘源分頻而提供了多種實時時鐘中斷源。4低電壓監(jiān)測和低電壓復(fù)位低電壓監(jiān)測功能可以提供系統(tǒng)電源電壓的使用情況。4級電壓監(jiān)測低限：2.4 V，2.8 V，3.2 V和3.6 V?？赏ㄟ^編程來控制，系統(tǒng)默認的電壓監(jiān)測低限為2.4 V。 低電壓復(fù)位當電源電壓低于2.4 V時，系統(tǒng)會變得不穩(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、負載過重、電池能量缺乏等。如果系統(tǒng)設(shè)置了低電壓復(fù)位LVR功能。當電源電壓低于該值時，會在4個時鐘周期之后產(chǎn)生一個復(fù)位信號，使系統(tǒng)復(fù)位。5中斷SPCE061A具有2種

10、中斷方式：快速中斷請求FIQ中斷和中斷請求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個由指令BREAK控制的軟中斷。6輸入/輸出端口I/OI/O是系統(tǒng)與其他設(shè)備進展數(shù)據(jù)交換的接口。SPCE061A具有2個可編程口：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的多路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定時器/計數(shù)器SPCE061A提供了2個16位的定時器/計數(shù)器：TimerA和TimerB。TimerA為通用計數(shù)器；TimerB為多功能計數(shù)器。TimerA的時鐘源由時鐘源A高速時鐘源和

11、時鐘源B實時時鐘32 768Hz進展與操作而形成，TimerB的時鐘源僅為時鐘源A。8時基時間基準信號，簡稱時基信號，來自于32 768 Hz實時時鐘，通過頻率選擇組合而成。時基信號發(fā)生器的2個選頻邏輯TMB1和TMB2為TimerA的時鐘源B提供各種頻率選擇信號并為中斷系統(tǒng)提供中斷源IRQ6信號。此外，時基信號發(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的時基信號，為中斷系統(tǒng)提供各種實時中斷源IRQ4和IRQ5信號。9模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和數(shù)模轉(zhuǎn)換器DACSPCE061A有8個10位模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，其中7個通道用于將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，可能

12、直接通過引線IOA06輸入。另外有一個通道只作為語音輸入通道，通過置有自動增益控制放大器的麥克風(fēng)通道MIC IN輸入。實際上可以把ADC看作是一個實現(xiàn)模數(shù)信號轉(zhuǎn)換的編碼器。 SPCE061A為音頻輸出提供了2個10位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，即DAC1和DAC2。DAC1，DAC2轉(zhuǎn)換輸出的模擬量電流信號分別通過AUD1和AUD2管腳輸出。10串行設(shè)備接口串行輸入輸出端口SIO提供了1個1位的串行接口，用于與其他設(shè)備進展數(shù)據(jù)通訊。在SPCE061A通過IOB0和IOB1這2個端口實現(xiàn)與設(shè)備進展串行數(shù)據(jù)交換功能。 擴展局部實現(xiàn)系統(tǒng)擴展三個按鍵用于報時及校正時間。SPCE061A的DAC為電流型輸出，經(jīng)負載電

13、阻R1、三極管Q1放大驅(qū)動揚聲器SPEAKER放音，SPEAKER可選用4或8揚聲器。IOA15接一個LED，到規(guī)定的作息時間用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3.3v，通過LM7833可獲得準確的3.3V電壓。見圖1-2第3節(jié) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計硬件平臺構(gòu)造一旦確定，大的功能框架即形成。軟件在硬件平臺上構(gòu)筑，完成各局部硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強可弱，差異可能很大。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，對軟件

14、進展全面測試也是檢驗錯誤排除故障的重要手段。由于編程多涉及到數(shù)值運算，比擬復(fù)雜，用我們平時常用的匯編語言編程是很難實現(xiàn)的，這里我們選用了移值性好、構(gòu)造清晰、能進展復(fù)雜運算的C語言來實現(xiàn)編程。3.1 軟件主程序程序按照構(gòu)造化程序設(shè)計，所有功能都可通過調(diào)用子程序完成，主程序較簡單，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，這對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3.2 軟件主要子程序 鍵盤掃描子程序由于機械觸點的彈性作用，在鍵被按下或彈起時會出現(xiàn)電壓抖動，從最初按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過數(shù)毫秒的彈跳時間，如圖3-2所示

15、。為保證鍵識別的準確，必須進展去抖動處理，去抖動有硬件和軟件兩種方法。硬件方法就是加去抖動電路，從根本上防止抖動；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，當連續(xù)N次掃描到的鍵值都一樣時，則說明是穩(wěn)定的按鍵值。 圖3-2 鍵盤按下過程 萬年歷計算子程序利用2Hz中斷做時鐘源進展計時，每兩次中斷秒加1，并進展年歷計算，年歷圍從2001年到3099年。在進展年歷計算時，有平閏年計算問題。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 萬年歷計算子程序流程圖 校時子程序系統(tǒng)擴展了三個按鍵，TIME鍵用于

16、報時，由于時間包括年月日和時分，按一次TIME鍵，則報年月日，再按一次則報時分。當一直按住TIME鍵3秒則進入時間校正狀態(tài)，語音報當前是*年，按UP鍵年份增加，按DOWN鍵減少；按TIME鍵來切換月、日、時、分，調(diào)整完分后，按TIME鍵確認，語音報出年月日時分。時間增加的流程如圖3-4所示，時間減少的流程與增加的一樣，所以不再給出時間減少的流程圖。在校正時間的狀態(tài)下，如果連續(xù)2分鐘鍵沒有被按下，則自動退出-PAGE . z圖3-4 校時子程序流程圖 播放語音子程序報時用SACM-A2000播放，該壓縮算法壓縮比擬小(8:1)所以具有高質(zhì)量、高碼率的特點適用于高保真音樂和語音。圖3-5 播放語音

17、子程序流程圖第4節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試因本設(shè)計本身要求有穩(wěn)定性高、免維護、抗干擾能力強等功能，系統(tǒng)調(diào)試除了驗證數(shù)據(jù)處理的精度，確保判斷的準確性外，同時必須確認各項的功能的正常運行。調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大局部：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)計中采用模塊化設(shè)計，所以方便了對各電路功能模塊的逐級測試，包括對：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試，使系統(tǒng)的所有功能得以實現(xiàn)。硬件調(diào)試電路安裝完成后，首先進展檢查，即確認電路無虛焊，無短路，無斷路，集成元件安裝是否正確，

18、之后進展電路功能模塊的分級調(diào)試，根據(jù)電路功能逐級進展：鍵盤功能調(diào)試聲音輸出功能調(diào)試指示燈功能調(diào)試軟件調(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C51進展調(diào)試。除了語法過失外，當確認程序沒問題時，通過直接下載到單片機來調(diào)試。采取的是自下到上的調(diào)試方法，即單獨調(diào)試好每一個模塊，然后再連接成一個完整的系統(tǒng)，最后完成一個完整的系統(tǒng)調(diào)試。主要是液晶顯示屏實時顯示功能的調(diào)試。軟硬聯(lián)調(diào)系統(tǒng)做好后，進展系統(tǒng)的完整調(diào)試。主要任務(wù)是檢驗實現(xiàn)的功能及其效果并校正數(shù)值。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，逐步校正數(shù)據(jù)，使測量結(jié)果更準確。單片機軟件先在最小系統(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)。完畢語本設(shè)

19、計以SPCE061A單片機為核心，是一個具有報時功能的作息時間控制鐘?，F(xiàn)代學(xué)校要求對時間加以控制，要按時打鈴及播放播送，以保證學(xué)習(xí)與工作的正常運行。本設(shè)計實現(xiàn)了這些功能，給學(xué)校及其他機關(guān)企業(yè)帶來方便，整體性好，人性化強、可靠性高，實現(xiàn)了對時間控制的智能化，適應(yīng)了現(xiàn)代計算機科學(xué)技術(shù)的開展，給人們帶來很大的效益。這次設(shè)計的實現(xiàn)由以往的手動控制變?yōu)樽詣涌刂?，可以自動控制高校的作息時間如下所示： 08：0008：50 第一節(jié)課 09：0009：50 第二節(jié)課09：5210：05 課間操10：1011：00 第三節(jié)課 01：1012：00 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