基于单片机的智能闹钟设计.doc

基于单片机的智能闹钟设计摘 要：本文通过单片机来实现电子打铃系统基于单片机的智能闹钟设计包括：电源 电路，单片机最小系统及扩展LCD显示电路，4*4矩阵键盘电路，打铃系统电路本 设计采用C语言编程，使用模拟软件驱动电路以实现其设计的各项功能本文主要介 绍了在设计过程中智能数字闹钟的软、硬件部分及在设计调试过程中遇到的一些问题 以及解决方法关键词：单片机；智能数字闹钟；电子打铃系统I nte I I i gent a I arm c I ock des i gn based on MCUAbstract : In this paper, through the microcontroller to achieve electronic bell system. Includes a smart alarm clockdesign based on SCM: power supply circuit, MCU minimum system and the expansion of LCD display circuit,4*4 matrix keyboard circuit, bell system circuit. This design uses the C language programming, the use of simulation software with the driving circuit designed to achieve the various functions. This paper mainly introduces the soft,hardware part of intelligent digital alarm clock in the design process and some problems in the design of the process of debugging and solutions.Keywords： Single-Chip Microcomputer; Intelligent digital alarm clock; bell system第一章前言 11.1前言 11.2需求分析 21.3指标及技术 31.4实现功能方法 3第二章硬件设计 52. 1 89C51内部结构简介 52.2外部接口设备介绍 62.2.1矩阵式键盘 62. 2. 2矩阵式键盘的结构与工作原理 62. 2. 3矩阵式键盘的按键识别方法 72. 2. 4液晶显示模块概述 72. 3电路设计 82. 3. 1.接口电路 82. 3. 2,电源电路 82. 3. 3.打铃系统电路 82.3. 4.整个系统电路 82. 4电路图中硬件介绍 82. 4. 1继电器 8(1) 4. 2 MAX232 9[1] 3 DS1302 9第三章软件设计 12电路原理图的设计步骤 123.2软件过程设计 123.2.1程序流程图 123.2.2 4*4矩阵键盘 14(2) 2. 3 DS1302 时钟芯片 15第四章系统的组装与调试 184.1硬件的组装与调试 184.1.1焊接技术的介绍 184.2软件调试 181使用工具的熟悉 184.2.2软件编程 19第五章结论 20参考文献 -21 -第一章前言1.1前言21世纪是信息时代，电子技术的飞速发展，令单片机以其体积小，价格低，在工 业控制，自动化，家用电器，智能仪器仪表，航空航天，通信，导航，车载功能齐全, 性价比高等优点在电子领域日益广泛的应用了起来。

电子信息技术的MCU开发己成为 许多领域不可或缺的一项技术其中通信，自动化，机电一体化，电气等相关专业， 工程技术人员尤其必须掌握SCM应用并不局限于它带来的绝对意义上的实用功能以 及巨大的经济效益，更重要的是它从根本上改变了人们对传统的控制系统的设计思路 和方法，前者必须是由模拟或数字电路来实现大部分控制功能，不易操作且成本较高, 而现在实现了单芯片控制，能够使用仅仅一个芯片就取代了硬件和软件，不仅易操作 和节约成本，还提高了系统性能控制技术即微控制技术，它的成立标志着一个新的概 念单片机的众多优点及其鲜明的特点为其广泛普及以及后续的微控制技术将因此口 益发展复杂，更加充实，成为今后技术开发领域冉冉升起的一颗新星本论文的目的是在理论研究的基础上，通过完成包括微控制器的资源和一个小的 系统集成设计和编程功能的应用程序的应用，使我不但能够将在教室学习的理论知识 和实际动手能力联系起来，而且还让我对电子电路，电子元器件等这方面书本以外的 知识，进一步加深了解，以获得更全面的锻炼和提高本方案采用软件编程，涉及到 设备的使用等布局调试技巧，丰富了自己的设计思维，为我以后能够独立开展今后的 一些单片机的应用开发和设计工作打下了基础。

该论文通过采用89051单片机为基础的智能型数字闹钟应用程序，实现了单芯片 微控制器的电子钟系统控制打铃时间可以设定，保存，修改，并通过软件与32段每 一天打铃交流设置在实际应用中，微控制器是一个单一的多主机系统中，也就是说, 只用一个单一芯片上系统的应用程序目前已经有大量的领域在逐渐使用单片机来做 控制系统，如工业控制系统，包括单芯片，自适应控制系统和控制系统，数据采集系 统等;用单片机测量，智能电表控制，实现了仪表数字化，智能化，多功能，综合性, 灵活的单芯片计算机编程错误校正，线性的过程⑴o整个系统通过程序取代硬软件来降低成本，打铃设置可以适应当前的学校系统， 目前，大多数小学，幼儿园的下课铃尤其是农村，山区仍用人工方法，时间通常用普 通的时钟，采取人工打铃时间不精确，而本方案使用一个低成本的程序设计，功能简 单实用，有一定的市场推广价值并有一定的可扩展性，采用继电器控制，可减少重 复投资，还可以节省许多人工上的资费，如此简单易行且成本低廉的设计，操作合理 将有很大的市场空间程序使用了一个可扩展的微控制器作为主控单元，采用专用的时钟芯片作为处理 时间，测量精度高，功耗低，而使用超级电容器作为备用电源，充电时间可以在几秒 钟内被控制，可掉电使用一个月，有极长的使用寿命，按铃时间可以支持独立的工作 和PC设置两种模式，在易用性，耐久性和可维护性对整个程序有很大的技术特点。

一、 矩阵键盘的按键识别方法介绍一种“行扫描法”用来确定矩阵式键盘上何键被按下行扫描，也就是一种逐行（或列）进行扫描的查询法，是一种很常用的按键的识 别方法之一，介绍如下1,以确定键盘按键是否按下整个行线Y0-Y3被设置为低， 则状态列线检测只要有一排水平低，这意味着该键盘的键被按下时，该封闭粘合线 处于低电平和四个键中4相交的行线如果所有的列线为高，键盘按不出键2关闭, 以确定在确认键被按下时，键输入确定所述特定盖的过程中的关键位置其方法是： 依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平在确定低行 线，列线，然后一根根的位置来检测状态的渐进层次如果列出的低，列线和行线设 定按钮是在一个封闭的低调的交点C2]o二、 LCD的结构及工作原理对于液晶显示屏，它通常包括制造胶合板，TTO （枢|锡氧化物）膜构成，配向膜, 偏光板，从上层和下层的玻璃基板每个夹层包括电极和取向膜，所述槽形成，具有 90度的上部和下部玻璃基板三明治的地方下来的液晶，液晶将按照沟槽的方向总 体看起来像液晶分子的扭转取向排列在螺旋当光线穿过液晶分子竖立，结果会出现 黑色屏幕上一种液晶显示器（LCD）将根据电压是否，液晶分子与面板来实现显示的 列方向。

LCD的分类，有各种不同的分类根据自己的显示段，点字符式，点阵等通常被 划分除了以前采用的黑白显示，由于技术的发展现在有多种灰度和彩色显示器以供 采用⑶128 * 64液晶显示屏，可显示日期，时间，正确的，和其他信息当时间达到设 定的报警继电器会响钟，铃10秒，自动停止，液晶也会显示相关信息整个系统钟还 有一个蜂鸣器报警装置来保证系统是否处于正常运行状态整个系统软件支持通信和 报警时间的设置，有多种方式通过键盘输入操作方便，界面友好1.3指标及技术采用MC5-51系列单片机制作支持打铃的时钟控制器支持打铃每天设置，每次调节的铃声掉电运行的时钟，时钟仍然正常精确运行约一个月支持LCD菜单显示，可显示打铃备注•支持按周打铃设置为每天重复一次，按响了门铃，支持每个周六和周日停止功 能•支持键盘输入功能，有多级菜单•内置海量国标汉字库，采用简体中文16点阵汉字显示•打铃采用继电器和内部蜂鸣器控制，兼容目前市面上使用的大部分打铃设备•中文点阵液晶显示技术T2C总线及EPROM数据存储技术单片机与pc机串行通讯技术•单片机系统数据分配及结构存储技术•单片机系统多级菜单控制技术•单片机系统低功耗设计技术。

1.4实现功能方法本系统设计通过查询预想采用的单片机是89C516RD+o其中89C51是51系列CPU 中最普遍使用的，单片机应用项目为电子元件常用，体积小，功能强大，性能稳定，价格低廉己经广泛应用于各类家用电器和玩具，智能测试设备，机电一体化产品, 自动监测和控制系统，计算机控制和通信技术液晶采用广泛使用的128*64字符液晶显示屏，SMG12864,时间是由外部时钟芯片DS1302的控制，键盘采用的是标准的4*4矩阵键盘存储芯片用用24LC08o整个系统可以在装配进行编程，Keil uVision3用来使用软件调试，整个系统是 通过以下步骤来完成：首先，大量的以及图书馆搜索工具及书籍，得到了大量资 源，对其进行整理学习，设计电路原理图，并最终用软件调试将其模拟出来第二章硬件设计1 89C51内部结构简介89C51包含8位微控制器,分别是CPU, ROM, RAM,串行端口,并行I/O接口， 定时器/计数器，中断系统儿个单位和数据总线，地址总线和控制总线组件•中央处理器：89051是8位数据宽度的处理器，它的功能是能迅速处理8位二进制 数或代码主要是由逻辑单元，控制单元和特殊寄存器组成。

•存储器：89C51采用哈佛结构而不是冯•诺依曼结构是因为其ROM和RAM是分开的 它有4096个8位ROM存储单元，256个RAM单元，其中低128个为用户单元，高 128个为特殊寄存器单元•定时/计数器：，为了实现内部定时和外部计数，产生中断，以及作为扩展中断源, 89051有2个16位的定时/计数器并行输入输出口： 89C51共有P0, Pl, P2, P3 , 4个8位的并行T/0 H,且都是 双向其中P3 口还可作为第二功能扩展曰•全双工串行口： 89C51内置一个既可用于异步通信，也可用作同步通信的全双工串 行通信口，用于与其他设备间的串行数据传送•中断系统：89051有2个外部中断源，2个定时/计数中断和1个串口中断具有2 级的中断优先级•时钟电路：89C51内部包含时钟电路，可以外接晶振和电容作为整个单片机运行的 时钟脉冲，也可接外部时钟源作为工作时钟，其最高频率达24MHzo89C51的引脚功能：•电源引脚：VCC：电源端，正电源接4.0〜5.0V电压，正常工作电压为+ 5VVSS：接地端外接晶振或外部晶振器引脚：XTAL1：时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端XTAL2：时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。

•输入输出端口引脚:PO n：双向数据传输口当89C51外接存储器时，作为分时复用端口，需要地址 锁存器，89C51从P0 口分时传输数据或者存储器低8。