作息鬧鈴控制器設(shè)計方案

在日常工作和學(xué)習(xí)中，經(jīng)常需要對作息時間進(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)對校園作息時間的控制設(shè)計，已完成對每天對作息最多40次打鈴控制，同時具有對控制器日常時間調(diào)整及顯示、打鈴時間設(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)對整個系統(tǒng)控制，采用DS1302時鐘芯片完成對控制器時間的計時控制，同時采用24C02串行存儲芯片保存打鈴時間控制參數(shù)以免掉電丟失，設(shè)計8個按鍵分別用于對時間調(diào)整和打鈴時間的設(shè)置和調(diào)整，并采用靜態(tài)顯示方法對6個數(shù)碼管控制已完成對時間及打鈴時間點(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強(qiáng)電220V控制以完成對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

　　本設(shè)計為防止掉電后所設(shè)置電鈴時間點(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作為存儲芯片。IIC協(xié)議允許系統(tǒng)設(shè)計者只用兩根線就可以將多達(dá)128個不同的設(shè)備連接在一起，極大的節(jié)省了單片機(jī)接口線，只需在這兩根線上分別加一個10kΩ的上拉電阻，即可解決阻抗匹配問題。IIC器件通過各自的硬件連線方式來確定自己的地址，如本設(shè)計中CAT24WC02芯片地址為0000。對于沒有IIC總線接口的單片機(jī)來說，使用任何兩根線均可模擬IIC總線時序。在本設(shè)計中采用P3.3、P3.4分別來模擬SCL和SDA線，當(dāng)SCL處于高電平時，SDA由高電平變成低電平時構(gòu)成一個開始條件，對IIC總線的所有操作均須由開始條件開始;當(dāng)SCL處于高電平時，SDA由低電平變成高電平時構(gòu)成一個停止條件，此時IIC總線的所有操作均停止;當(dāng)SCL為低電平且SDA線電平變化時，則數(shù)據(jù)由CPU輸出到IIC總線;當(dāng)SCL為高電平且SDA線電平不變時，則CPU讀取IIC總線上的數(shù)據(jù);當(dāng)SCL為高電平且SDA電平變化時，IIC總線上位開始條件或停止條件;數(shù)據(jù)傳輸以8為序列進(jìn)行，IIC器件在第9個時鐘周期時將SDA置位為低電平，即送出一個確認(rèn)(應(yīng)答)信號ACK，表明數(shù)據(jù)已經(jīng)被其收到。這里使用到以下4個公用函數(shù)：

　　void I2cStart(); //產(chǎn)生開始信號

　　void I2cStop(); //產(chǎn)生停止信號

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

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

　　DS1302時鐘電路

　　DS1302是美國Dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘芯片，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2.5V~5.5V。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)。DS1302內(nèi)部有一個31字節(jié)用于臨時性存放數(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，VCC2給DS1302供電，當(dāng)VCC2小于VCC1時，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，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(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，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送工程中置RST為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳為高阻態(tài)。上電運(yùn)行時，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則不能報數(shù)據(jù)寫入到DS1302,位6如為0，則表示存取日歷時鐘數(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)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)是從最低未開始輸出。在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時數(shù)據(jù)寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位開始，同樣，在緊跟8位控制指令字后的下一個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個寄存器，其中7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式，其日歷、時間寄存器如圖3所示。 DS1302還有年份寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器與RAM等相關(guān)寄存器。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫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，一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個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)為寫操作;另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可以一次性讀寫所有RAM的31個字節(jié)，命令控制字地址寫操作時為FEH，讀操作時為FFH。

　　圖2 DS1320命令控制字

　　圖3 DS1320時鐘、日歷寄存器及控制字