基于單片機的作息時間控制鐘系統(tǒng)

1、他J詼江砰花大學ZHEJIANG NORMAL UNIVERSITY數(shù)理與信息工程學院單片機原理及應用期末課程設計題 目：基于單片機的作息時間控制鐘設計專業(yè)：電子信息工程班 級：電信041班姓名：工®學 號:04610101指導老師：余水寶成 績：目錄第1節(jié)引言 31.1 作息時間控制鐘系統(tǒng)概述 31.2 本設計任務和主要內(nèi)容 4第2節(jié)系統(tǒng)主要硬件電路設計5單片機總體設計原理 5各功能模塊分析 52.2.1 SPCE061觸能簡介 52.2.2 擴展部分實現(xiàn) 82.2.3 軟件設計 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 萬年歷計算子程序 10

2、3.2.3 校時子程序 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) 結束語 15參考文獻 16基于單片機的作息時間控制鐘系統(tǒng)數(shù)理與信息工程學院 04 電子信息工程丁楠指導教師：余水寶第一節(jié) 引 言隨著計算機技術的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應用，以及設備向小型化、智能化發(fā)展，作為高新技術之一的單片機以其體積小、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?；钴S，新技術的不斷采用，更加使單片機的種類、性能以及

3、應用領域不斷擴大和提高。臺灣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用躍上一個新的臺階。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。本設計是一個具有報時功能的作息時間控制鐘。它利用SPCE061A片機的2Hz時基計時，進行年歷計算，并用SPCE061A語音功能將它報出來；在進行時間計算， 分每加一時，都與規(guī)定的作息時間比較，如果相等則進行相應的控制或動作。 由鍵 盤、聲音輸出模塊和指示燈三部分組成，系統(tǒng)擴展三個按鍵用于報時及校正時間。 現(xiàn)代機關企業(yè)，特別是學校要求對時間加以控制，要按時打鈴及播放廣播，以保證 學習與工作

4、的正常運行。 本設計實現(xiàn)了這些功能， 給學校及其他機關企業(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。1.1 作息時間控制鐘概述科技的進步需要技術不斷的提升。一塊大而復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成本。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SPCE061Az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 示燈三部分組成。它利用SPCE061At片機的2Hz時基計時，進行年歷計算，

5、并用 SPCE061A勺語音功能將它報出來。SPCE061AL片機是整個設計的核心控制器件，根 據(jù)從鍵盤接受的數(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 校必不可少的設備。本設計任務和主要內(nèi)容本設計是一個具有報時功能的作息時間控制鐘。它利用SPCE061沖片機的2Hz 時基計時，進行年歷計算，并用SPCE061A勺語音功能將它報出來；在進行時間計算， 分每加 1 時，都與規(guī)定的作息時間比較，如果相等則進行相應的控制或動作。假定某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)

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)負載電阻 R1、三極管Q1放大驅(qū)動揚聲器 SPEAKER音，SPEAKERT選用4Q或8Q揚聲器。IOA15接一個LER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，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，接近供芯片使用，這種方法比較簡單，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)主要硬件電路設計硬件設計是整個系統(tǒng)的基礎，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；因此硬件設計至關重要?，F(xiàn)從各功能模塊的實現(xiàn)逐個進行分析探 討。2.1 單片機控制系統(tǒng)原理本設計以SPCE061Al片機為控制核心，模塊化設計，共分以下幾個功能模塊： 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 性能簡介SPCE061A勺結構框圖如圖2-2所示。其內(nèi)部結

8、構如下：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個寄存 器，4個通用寄存器R1R4, 1個程序計數(shù)器PG 1個堆棧指針SP, 1個基址指針 BP, 1個段寄存器SR通用寄存器R3和R4結合組成一個32位寄存器MR MRM以 作為乘法運算和內(nèi)積運算的目標寄存器。此外，SPCE061AT 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。對閃存設置保密設定后，其內(nèi)容將不能再通過ICE被讀寫，從而將程序保密。 3時鐘(1)鎖相環(huán)

9、(PLL)振蕩器PLL的作用為系統(tǒng)提供一個實時時鐘的基頻 (32 768 Hz),然后將基基頻進行倍頻，調(diào)整至 MHz, MHz, MHz, MHz或MHz。系統(tǒng)默認 的PLL自激振蕩頻率為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寸鐘頻率 (CPUCLK可通過編程來控制。默認的 Fosc、CPUCL給別為 24576 MHz 和Fosc/8。(3)實時時鐘32 768 Hz實時時鐘通常用于鐘表、實時時鐘延時以及其他與時間 相關類產(chǎn)品。SPCE061Al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)測和低電壓復位低電壓監(jiān)測功

10、能可以提供系統(tǒng)內(nèi)電源電壓的使用情況。4級電壓監(jiān)測低限：V,V, V和 V ?？赏ㄟ^編程來控制，系統(tǒng)默認的電壓監(jiān)測低限為 V。低電 壓復位當電源電壓低于 V時，系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定且易出故障，導致電源電壓過低的 原因很多，如電壓的反跳、負載過重、電池能量不足等。如果系統(tǒng)設置了低電壓復 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)生一個復位信號， 使系統(tǒng)復位。5中斷SPCE061黑有2種中斷方式：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)與其他設備進行數(shù)據(jù)

11、交換的接口。SPCE061AR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定時器/計數(shù)器SPCE061Al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 時鐘源B （實時時鐘32 768Hz）進行“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

12、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TMB儕口 TMB刻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。止匕外，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*$換器（DACSPCE061AT 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，可能直接通過引線（IOA 06）輸入。另外有一個通道只作為語音 輸入通道，通過內(nèi)置有自動增益控制放大器的麥克風通道（

13、MIC IN）輸入。實際上 可以把ADC!作是一個實現(xiàn)模數(shù)信號轉(zhuǎn)換的編碼器。SPCE061A的音頻輸出提供了 2個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 流信號分別通過AUD儕口 AUD2t腳輸出。 10串行設備接口用行輸入輸出端口 SIO提供了 1個1位的串行接口，用于與其他設備進行數(shù)據(jù) 通訊。在SPCE061咕通過IOB0和IOB1這2個端口實現(xiàn)與設備進行串行數(shù)據(jù)交換功 能。2.2.2 擴展部分實現(xiàn)系統(tǒng)擴展三個按鍵用于報時及校正時間。SPCE061A勺DACJ電流型輸出，經(jīng)負 載電阻R1、三極管Q1放大驅(qū)動揚聲器SPEAKERS, SPEAKER用

14、4Q或8揚 聲器。IOA15接一個LER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，通過1乂7833獲得準確 的電壓。見圖 1-2第 3 節(jié) 系統(tǒng)的軟件設計硬件平臺結構一旦確定，大的功能框架即形成。軟件在硬件平臺上構筑，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，對軟件進行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，比較

15、復雜，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、結構清晰、能進行復雜運算的C語言來實現(xiàn)編程。軟件主程序程序按照結構化程序設計， 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 nA,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 軟件主程序流程圖軟件主要子程序3.2.1 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。為保證鍵識別的準確，必須進行去抖動處理，去抖動有硬件和軟件兩

16、種方法。硬件方法就是加去抖動電路，從根本上避免抖動；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3.2.2 萬年歷計算子程序利用2Hz中斷做時鐘源進行計時，每兩次中斷秒加1,并進行年歷計算，年歷范圍從 2001 年到 3099 年。 在進行年歷計算時， 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3.2.3 校時子程序系統(tǒng)擴展了三個按鍵，TIME!用于報時，由于時間

17、包括年月日和時分，按一次 TIMES,則報年月日，再按一次則報時分。當一直按住TIMES3秒則進入時間校正狀 態(tài)，語音報當前是XXX用，按UP1年份增加，按DOW盤減少；按TIME!來切換月、 日、時、分，調(diào)整完分后，按TIME!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相同， 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3-4 校時子程序流程圖3.2.4 播放語音子程序報時用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。4.1 調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設計方案， 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)設計中采用模塊化設計， 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)。4.1.1 硬件調(diào)試電路安裝完成后，首先進行檢查，即確認

19、電路無虛焊，無短路，無斷路，集成元件安裝是否正確， 之后進行電路功能模塊的分級調(diào)試， 根據(jù)電路功能逐級進行：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C51進行調(diào)試。 除了語法差錯外， 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。4.1.3 軟硬聯(lián)調(diào)系統(tǒng)做好后， 進行系統(tǒng)的完整調(diào)試。 主要任務是檢驗實現(xiàn)的功能及其效果并校正數(shù)值。根據(jù)實測

20、數(shù)據(jù)，逐步校正數(shù)據(jù)，使測量結果更準確。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)。結束語本設計以SPCE061Al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 學校要求對時間加以控制， 要按時打鈴及播放廣播， 以保證學習與工作的正常運行。本設計實現(xiàn)了這些功能，給學校及其他機關企業(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， 適應了現(xiàn)代計算機科學技術的發(fā)展， 給人們帶來很大的效益。 這次設計的實現(xiàn)由以往的手動控制變?yōu)樽詣涌刂?，可以自動控?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10：00 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 播放歌曲給學校的學習和工作帶來方便！ 通過單片機課程設計， 我不僅加深了對單片機理論的理解， 將理論很好地應用到實際當中去， 而且