智能打鈴器的原理及設計應用分析

摘要智能打鈴器廣泛用于學校、機關及工廠企事業(yè)單位，可實現(xiàn)作息時間的定時周期性打鈴。文章采用Inter公司生產(chǎn)的AT89S52單片機作控制，應用Philips生產(chǎn)的PCF8563芯片作基準時間，考慮到斷電數(shù)據(jù)易丟失的特點，采用Atmel公司高密度非易失性儲存特性的AT24C02芯片作為數(shù)據(jù)存儲器而開發(fā)的一種新型打鈴器。

關鍵詞AT89S52；PCF8563；AT24C02；I2C總線

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0023-02

由于實際應用需要，微型機向兩個方向發(fā)展：一個是高速度，大容量，高性能的高檔微機發(fā)展。另一個主要應用于控制領域，完成各種測試和控制功能的單片機?？v觀單片機30年的發(fā)展歷程。單片機今后將向多功能，高性能，高速度，低電壓，低功耗，低價格，外圍電路簡單，內(nèi)存儲量大的方向發(fā)展。

1總體設計及工作原理

1.1 機型及器件選擇

本設計采用低功耗AT89S52芯片和實時時鐘芯片PCF8563S和可擦除的AT24C02芯片。

主控器件是AT89S52單片機。時鐘/日歷芯片PCF8563。AT89S52是一個低控高性器件采用ATMEL公司高密度，非易失性存儲制造，并兼容MCS-51標準指令系統(tǒng)及80C51引腳結構。

1.2 智能打鈴器總體設計思路

本設計采用PHILIPS公司生產(chǎn)的PCF8563時鐘芯片產(chǎn)生基準時間，ATMAL公司生產(chǎn)的AT89S52芯片作為中央處理器，AT24C02作為定時時間存儲器，該芯片具有掉電后數(shù)據(jù)不丟失，可反復多次擦除和讀寫等優(yōu)點。由單片機AT89S52產(chǎn)生1min的脈沖作為中斷信號，AT89S52第9引腳通過I2C總線將PCF8563基準時間讀入并與它從AT24C02逐條讀人的時間進行比較，如相等，打鈴時間由單片機的P0口和P2口經(jīng)反相器驅動七段LED并顯示，同時置P1.0為高低電平，通過三極管驅動繼電器吸合和打開來控制打鈴。鍵盤輸入校時時間和定時時間。

圖1總體設計

1.3 軟硬件功能劃分

硬件：鍵人校時信號，LED顯示，揚聲器，報警提供基準時間，AT24C02存儲器作息時間。

軟件：利用AT89S51中斷功能將設定時間與基準時間比較，如果一致，P1.0置1。并實現(xiàn)時間校對功能。

2總體電路圖及工作原理

2.1 系統(tǒng)硬件電路圖設計

AT89S51芯片與PCF8563S時鐘芯片及AT24C02接口電路。80C52的P0.0口與PCF8563的5腳和AT24C02的5腳連接，組成數(shù)據(jù)輸入端，80C52的P0.1口與PCF8563的6腳和AT24C02的6腳連接構成時鐘信號， SDA，SCL，/INT0均為漏極開路，必需加上拉電阻。PCF8563的1腳與2腳X1，X2分別為反向器的輸入輸出端?？稍赬1端接入32.768KHZ石英晶振，配置成片內(nèi)振蕩器。VDD接鋰電池與二極管共同構成掉電保護裝置。避免數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)丟失。AT24C02的WP端接地，使其具有可讀寫功能。

1）驅動顯示和鍵盤電路。LED七段顯示由80C52通過反向器直接驅動，并由P0.2-P0.7口選擇燈亮滅，由P2.3-P2.7口接上拉電阻通過按鈕鍵入校時，移位等信號。P2.0-P2.2口接發(fā)光二極管來顯示響鈴天數(shù)，不同燈亮代表不同天數(shù)，C3、C4為瓷片濾波電容，增強輸出電壓穩(wěn)定性。二極管具有過載保護作用。

2）響鈴接口電路。單片機將讀入的PCF8563時間信號經(jīng)過時間處理，輸出顯示程序，在P0口上為選擇位.在顯示信息包括當前時間時，分，秒信息。由P0.1-P0.6端口輸出經(jīng)三極管驅動并顯示。被驅動為共陰極電路。

鍵盤接口有四個鍵：一個設定/確認鍵，一個修改+1鍵，一個修改-1鍵，一個移位鍵。對應的時、分、秒有三個LED，LED亮表示對應的時，分，秒等數(shù)據(jù)可按修改鍵修改。設定確認鍵有兩種狀態(tài)：設定和確認。首次下為設定時間狀態(tài)，再次按下為確認狀態(tài)。將設定時間數(shù)據(jù)處理后寫入PCF8563，兩種狀態(tài)互相循環(huán)。在設定時間狀態(tài)，首次移位為時位，對應亮。按下移位鍵，LED移位燈接 時-分-秒逐次循環(huán)；按下修改+1鍵或修改-1鍵在相應位的數(shù)據(jù)進行+1或-1操作。

揚聲器P1.0口輸出高低電平而控制晶體放大管，達到控制繼電器的開關的吸合從而控制揚聲器通斷。

2.2 原理圖

圖２原理圖

3系統(tǒng)軟件設計

3.1 編程思路

本系統(tǒng)采用中斷方式執(zhí)行校時，時間比較，時間顯示各功能。

3.2 編程流程

1）主程序。由PCF8563輸出的時鐘信號送入AT89S51的/INT0中斷，如有中斷申請，關中斷進行時間比較，再開中斷，顯示時間。

2）時間比較流程。首先讀PCF8563時，分，秒數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，秒數(shù)據(jù)為00H時讀第一條定時時間并開始比較。如果秒數(shù)據(jù)不為00H，則回判斷；小時、分、秒是否相等，秒值比較相等，響鈴。秒值不等，返回讀定時時間。

先設置PCF8563定時器工作模式，再初始化移位鍵設定/確認鍵標志位。設置為邊沿觸發(fā)方式中斷，開中斷，設定鍵按下，關中斷。沒有返回設定鍵，有確認鍵按下，將設定時間寫入PCF8563。定時作息時間+1，是否小于80，小于，開中斷。小于，返回設定鍵。確認鍵沒按下，移位鍵按下，移位對應位LED燈亮。移位鍵沒按下。+1鍵按下否，按下，對應數(shù)據(jù)位+1并返回；+1鍵沒按下，-1鍵按下，對應數(shù)據(jù)位-1，返回設定。由于考慮到AT24C02內(nèi)存的影響，定時次數(shù)最大設定為80次。

3）時分秒設定流程：讀PCF8563第一條時間數(shù)據(jù)，時間顯示。+1鍵按下，時間+1；判斷是否#60，是清零；不是#60返回讀PCF8563時間，數(shù)據(jù)。+1鍵沒按下，-1鍵是否按下，按下，時間+1；

沒按下，返回讀PCF8563。

4）INT0中斷子程序。當時鐘芯片PCF8563引腳輸出中斷信號時，AT89S51保護現(xiàn)場。讀時間，顯示時間，恢復現(xiàn)場，返回。等待下次。

5）打鈴天數(shù)設定流程。

表1寄存器概況

表2BCD寄存器格式概況

將按流程圖編寫好的程序“燒入”單片機中，經(jīng)測試，該打鈴器能實現(xiàn)全天或5天或6天24次的打鈴，每次打零時間可編程設置，達到了預期設計要求。

參考文獻

[1]李剛.51系列單片機系統(tǒng)設計與應用技巧[M].北京航空航天大學出版社，2004.

[2]周航慈.單片機程序設計基礎[M].北京航空航天大學出版社，2003.

[3]周航慈.單片機應用程序設計技術（第3版）[M].北京航空航天大學出版社，2011.

[4]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計（第4版）[M].北京航天航空大學出版社，2007.

[5]陳海宴.51單片機原理及應用——基于Keil C與Proteus[M].北京航空航天大學出版社，2010.

作者簡介

于秀云（1966－），女，內(nèi)蒙古赤峰人，講師，本科，研究方向：電子信息技術。

endprint

摘要智能打鈴器廣泛用于學校、機關及工廠企事業(yè)單位，可實現(xiàn)作息時間的定時周期性打鈴。文章采用Inter公司生產(chǎn)的AT89S52單片機作控制，應用Philips生產(chǎn)的PCF8563芯片作基準時間，考慮到斷電數(shù)據(jù)易丟失的特點，采用Atmel公司高密度非易失性儲存特性的AT24C02芯片作為數(shù)據(jù)存儲器而開發(fā)的一種新型打鈴器。

關鍵詞AT89S52；PCF8563；AT24C02；I2C總線

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0023-02

由于實際應用需要，微型機向兩個方向發(fā)展：一個是高速度，大容量，高性能的高檔微機發(fā)展。另一個主要應用于控制領域，完成各種測試和控制功能的單片機?？v觀單片機30年的發(fā)展歷程。單片機今后將向多功能，高性能，高速度，低電壓，低功耗，低價格，外圍電路簡單，內(nèi)存儲量大的方向發(fā)展。

1總體設計及工作原理

1.1 機型及器件選擇

本設計采用低功耗AT89S52芯片和實時時鐘芯片PCF8563S和可擦除的AT24C02芯片。

主控器件是AT89S52單片機。時鐘/日歷芯片PCF8563。AT89S52是一個低控高性器件采用ATMEL公司高密度，非易失性存儲制造，并兼容MCS-51標準指令系統(tǒng)及80C51引腳結構。

1.2 智能打鈴器總體設計思路

本設計采用PHILIPS公司生產(chǎn)的PCF8563時鐘芯片產(chǎn)生基準時間，ATMAL公司生產(chǎn)的AT89S52芯片作為中央處理器，AT24C02作為定時時間存儲器，該芯片具有掉電后數(shù)據(jù)不丟失，可反復多次擦除和讀寫等優(yōu)點。由單片機AT89S52產(chǎn)生1min的脈沖作為中斷信號，AT89S52第9引腳通過I2C總線將PCF8563基準時間讀入并與它從AT24C02逐條讀人的時間進行比較，如相等，打鈴時間由單片機的P0口和P2口經(jīng)反相器驅動七段LED并顯示，同時置P1.0為高低電平，通過三極管驅動繼電器吸合和打開來控制打鈴。鍵盤輸入校時時間和定時時間。

圖1總體設計

1.3 軟硬件功能劃分

硬件：鍵人校時信號，LED顯示，揚聲器，報警提供基準時間，AT24C02存儲器作息時間。

軟件：利用AT89S51中斷功能將設定時間與基準時間比較，如果一致，P1.0置1。并實現(xiàn)時間校對功能。

2總體電路圖及工作原理

2.1 系統(tǒng)硬件電路圖設計

AT89S51芯片與PCF8563S時鐘芯片及AT24C02接口電路。80C52的P0.0口與PCF8563的5腳和AT24C02的5腳連接，組成數(shù)據(jù)輸入端，80C52的P0.1口與PCF8563的6腳和AT24C02的6腳連接構成時鐘信號， SDA，SCL，/INT0均為漏極開路，必需加上拉電阻。PCF8563的1腳與2腳X1，X2分別為反向器的輸入輸出端。可在X1端接入32.768KHZ石英晶振，配置成片內(nèi)振蕩器。VDD接鋰電池與二極管共同構成掉電保護裝置。避免數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)丟失。AT24C02的WP端接地，使其具有可讀寫功能。

1）驅動顯示和鍵盤電路。LED七段顯示由80C52通過反向器直接驅動，并由P0.2-P0.7口選擇燈亮滅，由P2.3-P2.7口接上拉電阻通過按鈕鍵入校時，移位等信號。P2.0-P2.2口接發(fā)光二極管來顯示響鈴天數(shù)，不同燈亮代表不同天數(shù)，C3、C4為瓷片濾波電容，增強輸出電壓穩(wěn)定性。二極管具有過載保護作用。

2）響鈴接口電路。單片機將讀入的PCF8563時間信號經(jīng)過時間處理，輸出顯示程序，在P0口上為選擇位.在顯示信息包括當前時間時，分，秒信息。由P0.1-P0.6端口輸出經(jīng)三極管驅動并顯示。被驅動為共陰極電路。

鍵盤接口有四個鍵：一個設定/確認鍵，一個修改+1鍵，一個修改-1鍵，一個移位鍵。對應的時、分、秒有三個LED，LED亮表示對應的時，分，秒等數(shù)據(jù)可按修改鍵修改。設定確認鍵有兩種狀態(tài)：設定和確認。首次下為設定時間狀態(tài)，再次按下為確認狀態(tài)。將設定時間數(shù)據(jù)處理后寫入PCF8563，兩種狀態(tài)互相循環(huán)。在設定時間狀態(tài)，首次移位為時位，對應亮。按下移位鍵，LED移位燈接 時-分-秒逐次循環(huán)；按下修改+1鍵或修改-1鍵在相應位的數(shù)據(jù)進行+1或-1操作。

揚聲器P1.0口輸出高低電平而控制晶體放大管，達到控制繼電器的開關的吸合從而控制揚聲器通斷。

2.2 原理圖

圖２原理圖

3系統(tǒng)軟件設計

3.1 編程思路

本系統(tǒng)采用中斷方式執(zhí)行校時，時間比較，時間顯示各功能。

3.2 編程流程

1）主程序。由PCF8563輸出的時鐘信號送入AT89S51的/INT0中斷，如有中斷申請，關中斷進行時間比較，再開中斷，顯示時間。

2）時間比較流程。首先讀PCF8563時，分，秒數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，秒數(shù)據(jù)為00H時讀第一條定時時間并開始比較。如果秒數(shù)據(jù)不為00H，則回判斷；小時、分、秒是否相等，秒值比較相等，響鈴。秒值不等，返回讀定時時間。

先設置PCF8563定時器工作模式，再初始化移位鍵設定/確認鍵標志位。設置為邊沿觸發(fā)方式中斷，開中斷，設定鍵按下，關中斷。沒有返回設定鍵，有確認鍵按下，將設定時間寫入PCF8563。定時作息時間+1，是否小于80，小于，開中斷。小于，返回設定鍵。確認鍵沒按下，移位鍵按下，移位對應位LED燈亮。移位鍵沒按下。+1鍵按下否，按下，對應數(shù)據(jù)位+1并返回；+1鍵沒按下，-1鍵按下，對應數(shù)據(jù)位-1，返回設定。由于考慮到AT24C02內(nèi)存的影響，定時次數(shù)最大設定為80次。

3）時分秒設定流程：讀PCF8563第一條時間數(shù)據(jù)，時間顯示。+1鍵按下，時間+1；判斷是否#60，是清零；不是#60返回讀PCF8563時間，數(shù)據(jù)。+1鍵沒按下，-1鍵是否按下，按下，時間+1；

沒按下，返回讀PCF8563。

4）INT0中斷子程序。當時鐘芯片PCF8563引腳輸出中斷信號時，AT89S51保護現(xiàn)場。讀時間，顯示時間，恢復現(xiàn)場，返回。等待下次。

5）打鈴天數(shù)設定流程。

表1寄存器概況

表2BCD寄存器格式概況

將按流程圖編寫好的程序“燒入”單片機中，經(jīng)測試，該打鈴器能實現(xiàn)全天或5天或6天24次的打鈴，每次打零時間可編程設置，達到了預期設計要求。

參考文獻

[1]李剛.51系列單片機系統(tǒng)設計與應用技巧[M].北京航空航天大學出版社，2004.

[2]周航慈.單片機程序設計基礎[M].北京航空航天大學出版社，2003.

[3]周航慈.單片機應用程序設計技術（第3版）[M].北京航空航天大學出版社，2011.

[4]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計（第4版）[M].北京航天航空大學出版社，2007.

[5]陳海宴.51單片機原理及應用——基于Keil C與Proteus[M].北京航空航天大學出版社，2010.

作者簡介

于秀云（1966－），女，內(nèi)蒙古赤峰人，講師，本科，研究方向：電子信息技術。

endprint

摘要智能打鈴器廣泛用于學校、機關及工廠企事業(yè)單位，可實現(xiàn)作息時間的定時周期性打鈴。文章采用Inter公司生產(chǎn)的AT89S52單片機作控制，應用Philips生產(chǎn)的PCF8563芯片作基準時間，考慮到斷電數(shù)據(jù)易丟失的特點，采用Atmel公司高密度非易失性儲存特性的AT24C02芯片作為數(shù)據(jù)存儲器而開發(fā)的一種新型打鈴器。

關鍵詞AT89S52；PCF8563；AT24C02；I2C總線

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0023-02

由于實際應用需要，微型機向兩個方向發(fā)展：一個是高速度，大容量，高性能的高檔微機發(fā)展。另一個主要應用于控制領域，完成各種測試和控制功能的單片機。縱觀單片機30年的發(fā)展歷程。單片機今后將向多功能，高性能，高速度，低電壓，低功耗，低價格，外圍電路簡單，內(nèi)存儲量大的方向發(fā)展。

1總體設計及工作原理

1.1 機型及器件選擇

本設計采用低功耗AT89S52芯片和實時時鐘芯片PCF8563S和可擦除的AT24C02芯片。

主控器件是AT89S52單片機。時鐘/日歷芯片PCF8563。AT89S52是一個低控高性器件采用ATMEL公司高密度，非易失性存儲制造，并兼容MCS-51標準指令系統(tǒng)及80C51引腳結構。

1.2 智能打鈴器總體設計思路

本設計采用PHILIPS公司生產(chǎn)的PCF8563時鐘芯片產(chǎn)生基準時間，ATMAL公司生產(chǎn)的AT89S52芯片作為中央處理器，AT24C02作為定時時間存儲器，該芯片具有掉電后數(shù)據(jù)不丟失，可反復多次擦除和讀寫等優(yōu)點。由單片機AT89S52產(chǎn)生1min的脈沖作為中斷信號，AT89S52第9引腳通過I2C總線將PCF8563基準時間讀入并與它從AT24C02逐條讀人的時間進行比較，如相等，打鈴時間由單片機的P0口和P2口經(jīng)反相器驅動七段LED并顯示，同時置P1.0為高低電平，通過三極管驅動繼電器吸合和打開來控制打鈴。鍵盤輸入校時時間和定時時間。

圖1總體設計

1.3 軟硬件功能劃分

硬件：鍵人校時信號，LED顯示，揚聲器，報警提供基準時間，AT24C02存儲器作息時間。

軟件：利用AT89S51中斷功能將設定時間與基準時間比較，如果一致，P1.0置1。并實現(xiàn)時間校對功能。

2總體電路圖及工作原理

2.1 系統(tǒng)硬件電路圖設計

AT89S51芯片與PCF8563S時鐘芯片及AT24C02接口電路。80C52的P0.0口與PCF8563的5腳和AT24C02的5腳連接，組成數(shù)據(jù)輸入端，80C52的P0.1口與PCF8563的6腳和AT24C02的6腳連接構成時鐘信號， SDA，SCL，/INT0均為漏極開路，必需加上拉電阻。PCF8563的1腳與2腳X1，X2分別為反向器的輸入輸出端?？稍赬1端接入32.768KHZ石英晶振，配置成片內(nèi)振蕩器。VDD接鋰電池與二極管共同構成掉電保護裝置。避免數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)丟失。AT24C02的WP端接地，使其具有可讀寫功能。

1）驅動顯示和鍵盤電路。LED七段顯示由80C52通過反向器直接驅動，并由P0.2-P0.7口選擇燈亮滅，由P2.3-P2.7口接上拉電阻通過按鈕鍵入校時，移位等信號。P2.0-P2.2口接發(fā)光二極管來顯示響鈴天數(shù)，不同燈亮代表不同天數(shù)，C3、C4為瓷片濾波電容，增強輸出電壓穩(wěn)定性。二極管具有過載保護作用。

2）響鈴接口電路。單片機將讀入的PCF8563時間信號經(jīng)過時間處理，輸出顯示程序，在P0口上為選擇位.在顯示信息包括當前時間時，分，秒信息。由P0.1-P0.6端口輸出經(jīng)三極管驅動并顯示。被驅動為共陰極電路。

鍵盤接口有四個鍵：一個設定/確認鍵，一個修改+1鍵，一個修改-1鍵，一個移位鍵。對應的時、分、秒有三個LED，LED亮表示對應的時，分，秒等數(shù)據(jù)可按修改鍵修改。設定確認鍵有兩種狀態(tài)：設定和確認。首次下為設定時間狀態(tài)，再次按下為確認狀態(tài)。將設定時間數(shù)據(jù)處理后寫入PCF8563，兩種狀態(tài)互相循環(huán)。在設定時間狀態(tài)，首次移位為時位，對應亮。按下移位鍵，LED移位燈接 時-分-秒逐次循環(huán)；按下修改+1鍵或修改-1鍵在相應位的數(shù)據(jù)進行+1或-1操作。

揚聲器P1.0口輸出高低電平而控制晶體放大管，達到控制繼電器的開關的吸合從而控制揚聲器通斷。

2.2 原理圖

圖２原理圖

3系統(tǒng)軟件設計

3.1 編程思路

本系統(tǒng)采用中斷方式執(zhí)行校時，時間比較，時間顯示各功能。

3.2 編程流程

1）主程序。由PCF8563輸出的時鐘信號送入AT89S51的/INT0中斷，如有中斷申請，關中斷進行時間比較，再開中斷，顯示時間。

2）時間比較流程。首先讀PCF8563時，分，秒數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，秒數(shù)據(jù)為00H時讀第一條定時時間并開始比較。如果秒數(shù)據(jù)不為00H，則回判斷；小時、分、秒是否相等，秒值比較相等，響鈴。秒值不等，返回讀定時時間。

先設置PCF8563定時器工作模式，再初始化移位鍵設定/確認鍵標志位。設置為邊沿觸發(fā)方式中斷，開中斷，設定鍵按下，關中斷。沒有返回設定鍵，有確認鍵按下，將設定時間寫入PCF8563。定時作息時間+1，是否小于80，小于，開中斷。小于，返回設定鍵。確認鍵沒按下，移位鍵按下，移位對應位LED燈亮。移位鍵沒按下。+1鍵按下否，按下，對應數(shù)據(jù)位+1并返回；+1鍵沒按下，-1鍵按下，對應數(shù)據(jù)位-1，返回設定。由于考慮到AT24C02內(nèi)存的影響，定時次數(shù)最大設定為80次。

3）時分秒設定流程：讀PCF8563第一條時間數(shù)據(jù)，時間顯示。+1鍵按下，時間+1；判斷是否#60，是清零；不是#60返回讀PCF8563時間，數(shù)據(jù)。+1鍵沒按下，-1鍵是否按下，按下，時間+1；

沒按下，返回讀PCF8563。

4）INT0中斷子程序。當時鐘芯片PCF8563引腳輸出中斷信號時，AT89S51保護現(xiàn)場。讀時間，顯示時間，恢復現(xiàn)場，返回。等待下次。

5）打鈴天數(shù)設定流程。

表1寄存器概況

表2BCD寄存器格式概況

將按流程圖編寫好的程序“燒入”單片機中，經(jīng)測試，該打鈴器能實現(xiàn)全天或5天或6天24次的打鈴，每次打零時間可編程設置，達到了預期設計要求。

參考文獻

[1]李剛.51系列單片機系統(tǒng)設計與應用技巧[M].北京航空航天大學出版社，2004.

[2]周航慈.單片機程序設計基礎[M].北京航空航天大學出版社，2003.

[3]周航慈.單片機應用程序設計技術（第3版）[M].北京航空航天大學出版社，2011.

[4]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計（第4版）[M].北京航天航空大學出版社，2007.

[5]陳海宴.51單片機原理及應用——基于Keil C與Proteus[M].北京航空航天大學出版社，2010.

作者簡介

于秀云（1966－），女，內(nèi)蒙古赤峰人，講師，本科，研究方向：電子信息技術。

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