作息鬧鈴控制器設(shè)計(jì)

在日常工作和學(xué)習(xí)中，經(jīng)常需要對(duì)作息時(shí)間進(jìn)行控制，以規(guī)范工作、學(xué)習(xí)、休息等作息秩序，本文采用51系列單片機(jī)機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)校園作息時(shí)間的控制設(shè)計(jì)，已完成對(duì)每天對(duì)作息最多40次打鈴控制，同時(shí)具有對(duì)控制器日常時(shí)間調(diào)整及顯示、打鈴時(shí)間設(shè)置、掉電數(shù)據(jù)不丟失等功能。

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成

為實(shí)現(xiàn)上述功能，硬件方面主要采用AT89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制，采用DS1302時(shí)鐘芯片完成對(duì)控制器時(shí)間的計(jì)時(shí)控制，同時(shí)采用24C02串行存儲(chǔ)芯片保存打鈴時(shí)間控制參數(shù)以免掉電丟失，設(shè)計(jì)8個(gè)按鍵分別用于對(duì)時(shí)間調(diào)整和打鈴時(shí)間的設(shè)置和調(diào)整，并采用靜態(tài)顯示方法對(duì)6個(gè)數(shù)碼管控制已完成對(duì)時(shí)間及打鈴時(shí)間點(diǎn)等參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整顯示，采用繼電器控制電路完成弱電對(duì)強(qiáng)電220V控制以完成對(duì)電鈴的通斷電控制從而控制鈴聲。具體電路圖如圖1所示。

圖1 作息打鈴控制器硬件原理圖

MCS-51模擬IIC總線(xiàn)

本設(shè)計(jì)為防止掉電后所設(shè)置電鈴時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)丟失，特用一片IIC協(xié)議串行通信的含有256字節(jié)的EEPROM芯片CAT24WC02作為存儲(chǔ)芯片。IIC協(xié)議允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)者只用兩根線(xiàn)就可以將多達(dá)128個(gè)不同的設(shè)備連接在一起，極大的節(jié)省了單片機(jī)接口線(xiàn)，只需在這兩根線(xiàn)上分別加一個(gè)10kΩ的上拉電阻，即可解決阻抗匹配問(wèn)題。IIC器件通過(guò)各自的硬件連線(xiàn)方式來(lái)確定自己的地址，如本設(shè)計(jì)中CAT24WC02芯片地址為0000。對(duì)于沒(méi)有IIC總線(xiàn)接口的單片機(jī)來(lái)說(shuō)，使用任何兩根線(xiàn)均可模擬IIC總線(xiàn)時(shí)序。在本設(shè)計(jì)中采用P3.3、P3.4分別來(lái)模擬SCL和SDA線(xiàn)，當(dāng)SCL處于高電平時(shí)，SDA由高電平變成低電平時(shí)構(gòu)成一個(gè)開(kāi)始條件，對(duì)IIC總線(xiàn)的所有操作均須由開(kāi)始條件開(kāi)始；當(dāng)SCL處于高電平時(shí)，SDA由低電平變成高電平時(shí)構(gòu)成一個(gè)停止條件，此時(shí)IIC總線(xiàn)的所有操作均停止；當(dāng)SCL為低電平且SDA線(xiàn)電平變化時(shí)，則數(shù)據(jù)由CPU輸出到IIC總線(xiàn)；當(dāng)SCL為高電平且SDA線(xiàn)電平不變時(shí)，則CPU讀取IIC總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)；當(dāng)SCL為高電平且SDA電平變化時(shí)，IIC總線(xiàn)上位開(kāi)始條件或停止條件；數(shù)據(jù)傳輸以8為序列進(jìn)行，IIC器件在第9個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)將SDA置位為低電平，即送出一個(gè)確認(rèn)（應(yīng)答）信號(hào)ACK，表明數(shù)據(jù)已經(jīng)被其收到。這里使用到以下4個(gè)公用函數(shù)：

void I2cStart()； //產(chǎn)生開(kāi)始信號(hào)

void I2cStop()； //產(chǎn)生停止信號(hào)

void I2cSendByte(uchar ByteData) ；//發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)

uchar I2cReceiveByte()； //接收一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)

DS1302時(shí)鐘電路

DS1302是美國(guó)Dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2.5V~5.5V。采用三線(xiàn)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(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31字節(jié)用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302控制電路圖如圖1所示，VCC1為后備電源， VCC2為主電源，在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘連續(xù)運(yùn)行。DS1302由VCC1或VCC2兩者中的電壓較大者供電，當(dāng)VCC2大于VCC1+0.2V時(shí)，VCC2給DS1302供電，當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí)，DS1302由VCC1供電。X1、X2為振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線(xiàn)，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：1、RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；2、RST提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的的傳送手段，當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送工程中置RST為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳為高阻態(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在 VCC≥2.5V之前，RST必須保持低電平。

DS1302的控制字如圖2所示，字節(jié)的最高位（第7位）必須是邏輯1，如為0則不能報(bào)數(shù)據(jù)寫(xiě)入到DS1302,位6如為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；為5為至位1指示操作單元的地址，最低位（第0位）為0則表示要進(jìn)行寫(xiě)操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)是從最低未開(kāi)始輸出。在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)數(shù)據(jù)寫(xiě)入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位開(kāi)始，同樣，在緊跟8位控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)是從低位至高位。

DS1302共有12個(gè)寄存器，其中7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式，其日歷、時(shí)間寄存器如圖3所示。 DS1302還有年份寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器與RAM等相關(guān)寄存器。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫(xiě)充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類(lèi)，一類(lèi)是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H~FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫(xiě)操作；另一類(lèi)為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可以一次性讀寫(xiě)所有RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字地址寫(xiě)操作時(shí)為FEH，讀操作時(shí)為FFH。

圖2 DS1320命令控制字

圖3 DS1320時(shí)鐘、日歷寄存器及控制字