朱燕叢　徐志超

摘要：基于目前“綠色環(huán)?！鄙瞽h(huán)境的要求，文章設(shè)計了一種以AT89S52單片機為核心的新型自動音樂電鈴，音樂為悅耳的鈴聲并可按設(shè)定好的時間自動打鈴。該系統(tǒng)可以通過鍵盤電路對當(dāng)前的時間值進(jìn)行校正，通過液晶屏進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示還可實現(xiàn)強制打鈴的功能。

關(guān)鍵詞：51單片機；AT89S52；校園鈴聲；控制系統(tǒng)；自動打鈴；時間校正 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM421 文章編號：1009-2374（2015）24-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.24.010

1 設(shè)計目的及實現(xiàn)功能

1.1 設(shè)計目的

目前廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)電鈴噪音大，聲音刺耳，不符合人們追求。基于此，該課題采用51單片機技術(shù)設(shè)計了一種新型自動音樂電鈴，可按設(shè)定好的時間自動打鈴，而且改變了以往那種單調(diào)的“鈴鈴鈴”的鈴聲，而是以音樂的形式代替。該設(shè)計的核心控制器件為AT89S52單片機，通過專用的時鐘芯片DS1302進(jìn)行計時，采用1602液晶屏進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示。在聲音播放上使用了LM386功放芯片驅(qū)動小喇叭實現(xiàn)。同時設(shè)計了按鍵電路，可以通過鍵盤電路對當(dāng)前的時間值進(jìn)行校正，還可實現(xiàn)強制打鈴的功能。

1.2 本課題實現(xiàn)功能

（1）時鐘功能：能顯示年、月、日、時、分、秒；（2）鍵盤功能：能校正年份、日期、時間；（3）打鈴功能：按指定時間打鈴即播放音樂，上課播放一首音樂，下課播放另外一首；（4）設(shè)置手動打鈴按鍵和強制停止打鈴按鍵。

2 硬件設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計原理

本系統(tǒng)的硬件主要由單片機控制部分、鍵盤電路、LCD液晶屏顯示電路、時鐘電路、喇叭驅(qū)動電路組成。

2.2 單片機最小系統(tǒng)

單片機選用AT89S52，它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，片內(nèi)具有8k的可反復(fù)擦寫可系統(tǒng)編程Flash只讀存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器即RAM，采用的是高密度非易失性存儲技術(shù)制造，并且與標(biāo)準(zhǔn)80C51指令系統(tǒng)及引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，所以適用于常規(guī)編程器。它的Flash程序存儲器既可以在線編程，也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通過8位微處理器于單片機中，使得AT89S52成為為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。

單片機最小系統(tǒng)包括三部分：單片機，晶振電路，復(fù)位電路。其中電源、復(fù)位電路、振蕩電路是最小系統(tǒng)啟動的必要條件。

2.3 鍵盤電路

按鍵是各種電子設(shè)備最基本的人機交互界面，良好的按鍵是電子產(chǎn)品美觀易用的基礎(chǔ)。鍵盤分又為獨立式鍵盤和矩陣鍵盤，由于本設(shè)計中鍵盤只用于對時間進(jìn)行校對，用到的按鍵個數(shù)比較少，所以本設(shè)計采用獨立式鍵盤，它們的功能分別為：設(shè)置按鍵、減按鍵和加按鍵。每個按鍵連接單片機的一個I/O口。

有兩種方法消除按鍵下按時產(chǎn)生的抖動，分別是硬件消抖和軟件消抖。

硬件消抖的方法是通過硬件電路消除按鍵按下和按鍵釋放時產(chǎn)生的抖動，從而使按鍵保持兩種狀態(tài)：高電平或者低電平。軟件消抖的方法是在檢測到按鍵被按下時先延時一段時間，然后再次對按鍵狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)按鍵釋放后，也要經(jīng)過數(shù)毫秒的延時，以消除后沿抖動?？紤]到硬件去抖還要增加外部電路，所以本設(shè)計中采用的是軟件去抖的方法。

2.4 LCD液晶屏顯示電路

本文設(shè)計的自動打鈴系統(tǒng)通過LCD1602液晶屏顯示日期。LCD1602液晶屏屬于字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號的點陣型液晶模塊。它由若干個5×7或者5×11的點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以用顯示一個字符，能夠顯示16*2，即32個字符，分兩行進(jìn)行顯示。LCD1602液晶屏內(nèi)部存儲器內(nèi)置了160個常用的點陣字符，比如：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、日文假名等，同時為每一個字符編寫了一個固定的代碼，在運行時識別的是ASCII碼，所以我們在編程時可以用ASCII碼進(jìn)行數(shù)值操作，編程時也可以直接通過字符進(jìn)行顯示。

其顯示部分引腳接口如圖1所示：

圖1 LCD液晶屏顯示電路

2.5 喇叭驅(qū)動電路

本設(shè)計采用LM386對音頻信號進(jìn)行放大，進(jìn)而驅(qū)動喇叭發(fā)出聲音。LM386是一種音頻集成功放，自身功耗低，約為4mA；電壓增益可調(diào)整（20～200）；可用于電池供電電源電壓范圍大，4～12V或5～18V；外接元件少、總諧波失真小，廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。本設(shè)計中音頻信號的輸出口為單片機的P3.1口。具體電路圖如圖2所示：

圖2 喇叭驅(qū)動電路

2.6 時鐘電路

DS1302是一個美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，可以提供秒、分、小時、日期、月、年等信息，并且還有軟件自動調(diào)整的能力，可以通過配置AM/PM來決定采用24小時格式還是12小時格式。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。

采集時鐘芯片DS1302，單片機通過時鐘中斷程序讀取DS1302內(nèi)時鐘數(shù)據(jù)，然后通過LCD1602進(jìn)行顯示。設(shè)計電路圖如圖3所示：

圖3 時鐘電路

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

3.1 主程序

主程序?qū)崿F(xiàn)的功能：與硬件相結(jié)合實現(xiàn)酒精濃度檢測儀的所有功能。對各個功能子函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。它的工作流程為：首先初始化定時器、單片機、液晶屏及時鐘芯片，然后掃描按鍵狀態(tài)，如果調(diào)整時間按鍵沒有按鍵，則調(diào)用液晶屏顯示程序，接下來掃描強制打鈴按鍵，如果該按鍵按下，則音符計數(shù)清0，然后將當(dāng)前的時間值與單片機內(nèi)設(shè)定好的打鈴時間進(jìn)行比較，如果達(dá)到打鈴時間，則音符計數(shù)清0，最后就是音樂播放了。

3.2 時鐘讀取流程

首先讀取溫度值，然后分別從DS1302讀取秒、分、時、日、月、年、星期的值，然后通過液晶屏顯示溫度、秒、分、時、日、月、年、星期的值。

3.3 液晶屏顯示流程圖

程序開始前先對液晶屏進(jìn)行初始化，接下來數(shù)據(jù)顯示時先發(fā)送字符顯示位置，然后送出要顯示的數(shù)據(jù)，結(jié)束顯示。

3.4 按鍵掃描流程

三個按鍵分別連接單片機的P3.4，P3.5，P3.6，P3.7三個端口，由于單片機P3口內(nèi)部具有上拉電阻，所以不再需要外加上拉電阻。

3.5 音樂播放流程圖

首先查詢當(dāng)前音樂的音符及音高，然后據(jù)此查詢到所應(yīng)對應(yīng)的頻率及節(jié)拍數(shù)，根據(jù)此頻率給定時器賦值，根據(jù)節(jié)拍進(jìn)行聲音延時。

4 結(jié)語

隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，市場上各種類型的自動打鈴系統(tǒng)層出不窮，而且是結(jié)合了各種設(shè)備的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，能實現(xiàn)的功能也是越來越強大便捷，例如基于校園網(wǎng)的自動打鈴系統(tǒng)，自動廣播打鈴系統(tǒng)，音樂打鈴系統(tǒng)等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，將單片機應(yīng)用于鈴聲控制系統(tǒng)中將會使得打鈴系統(tǒng)的功能由單一型發(fā)展成多功能、多花樣的通用型，使用也將會越來越普遍。

作者簡介：朱燕叢（1982-），女，北京工業(yè)大學(xué)耿丹學(xué)院機械系講師，研究方向：機械電子。

（責(zé)任編輯：周 瓊）