基于单片机的作息时间控制钟系统

数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——单片机控制的作息时间控制钟数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计题目：基于单片机的作息时间控制钟设计专业：电子信息工程班级：电信041班姓名：丁楠学号：04610101指导老师：余水宝成绩：（2007.1）数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——单片机控制的作息时间控制钟1目录第1节引言…………………………………………………………………………31.1作息时间控制钟系统概述……………………………………………………31.2本设计任务和主要内容………………………………………………………4第2节系统主要硬件电路设计……………………………………………………52.1单片机总体设计原理………………………………………………………52.2各功能模块分析……………………………………………………………52.2.1SPCE061A性能简介…………………………………………………52.2.2扩展部分实现…………………………………………………………8第3节系统软件设计………………………………………………………………93.1软件主程序……………………………………………………………………93.2软件主要子程序………………………………………………………………103.2.1键盘扫描子程序………………………………………………………103.2.2万年历计算子程序……………………………………………………103.2.3校时子程序……………………………………………………………113.2.4播放语音子程序………………………………………………………12第四节系统调试…………………………………………………………………144.1调试…………………………………………………………………………144.1.1软件调试…………………………………………………………………144.1.2硬件调试…………………………………………………………………144.1.3软硬联调…………………………………………………………………14数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——单片机控制的作息时间控制钟2第4节结束语………………………………………………………………………15参考文献………………………………………………………………………………16数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——单片机控制的作息时间控制钟3基于单片机的作息时间控制钟系统数理与信息工程学院04电子信息工程丁楠指导教师：余水宝第一节引言随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出了很强的生命力。进入21世纪以来，开发推出单片机的公司很多，各种高性能单片机芯片市场也异常活跃，新技术的不断采用，更加使单片机的种类、性能以及应用领域不断扩大和提高。台湾凌阳科技公司推出的16位单片机SPCE061A的问世，使得16位单片机的科技含量及应用跃上一个新的台阶。因其功耗低，超高型，低成本，功能完整，在国内越来越受到用户的重视和广泛使用。本设计是一个具有报时功能的作息时间控制钟。它利用SPCE061A单片机的2Hz时基计时，进行年历计算，并用SPCE061A的语音功能将它报出来；在进行时间计算，分每加一时，都与规定的作息时间比较，如果相等则进行相应的控制或动作。由键盘、声音输出模块和指示灯三部分组成，系统扩展三个按键用于报时及校正时间。现代机关企业，特别是学校要求对时间加以控制，要按时打铃及播放广播，以保证学习与工作的正常运行。本设计实现了这些功能，给学校及其他机关企业带来方便，整体性好，人性化强、可靠性高，实现了对时间控制的智能化。1.1作息时间控制钟概述科技的进步需要技术不断的提升。一块大而复杂的模拟电路花费了您巨大的精力，繁多的元器件增加了您的成本。而现在，只需要一块几厘米见方的单片机，写入简单的程序，就可以使您以前的电路简单很多。相信您在使用并掌握了单片机技术后，不管在您今后开发或是工作上，一定会带来意想不到的惊喜。以凌阳16位单片机SPCE061A为核心控制器件的作息时间控制钟，由键盘、声音输出模块和指示灯三部分组成。它利用SPCE061A单片机的2Hz时基计时，进行年历计算，并用SPCE061A的语音功能将它报出来。SPCE061A单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程。整体性好，人性化强、可靠性高，实现了对时间控制的智能化，摆脱了传统由人来控制时间的长短的不便，是现代学校必不可少的设备。数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——单片机控制的作息时间控制钟41.2本设计任务和主要内容本设计是一个具有报时功能的作息时间控制钟。它利用SPCE061A单片机的2Hz时基计时，进行年历计算，并用SPCE061A的语音功能将它报出来；在进行时间计算，分每加1时，都与规定的作息时间比较，如果相等则进行相应的控制或动作。假定某高校的作息时间如下所示：08：00-------08：50第一节课09：00-------09：50第二节课09：52-------10：05课间操10：10-------11：00第三节课01：10-------12：00第四节课12：00-------13：30午间休息13：30-------14：20第五节课14：30-------15：20第六节课15：21-------15：50播放歌曲SPCE061A的DAC为电流型输出，经负载电阻R1、三极管Q1放大驱动扬声器SPEAKER放音，SPEAKER可选用4Ω或8Ω扬声器。IOA15接一个LED，到规定的作息时间用LED闪烁来表示，使用者可根据具体需要来控制电铃、播放提示语等。凌阳芯片的工作电压为3.3v，我们给出了获得工作电压两种方法。方法1、通过两个二极管连续降压使5v的电压降至3.6v，接近3.3v供芯片使用，这种方法比较简单，但电压值不是很精确。见图1-1图1-1方法2、通过LM7833可获得准确的3.3V电压。见图1-2图1-2数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——单片机控制的作息时间控制钟5第二节系统主要硬件电路设计硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方面很多，主要考虑以下几个因素：①系统稳定度；；②器件的通用性或易选购性；③软件编程的易实现性；④系统其它功能及性能指标；因此硬件设计至关重要。现从各功能模块的实现逐个进行分析探讨。2.1单片机控制系统原理本设计以SPCE061A单片机为控制核心，模块化设计，共分以下几个功能模块：键盘模块、声音输出模块和指示灯模块。硬件连接图见图2-1图2-1硬件连接图2．2各功能模块分析2.2.1SPCE061A性能简介数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——单片机控制的作息时间控制钟6SPCE061A的结构框图如图2-2所示。其内部结构如下：[1]CPUSPCE061A配备了凌阳科技开发的最新的16位微处理器，其内部含有8个寄存器，4个通用寄存器R1～R4，1个程序计数器PC，1个堆栈指针SP，1个基址指针BP，1个段寄存器SR，通用寄存器R3和R4结合组成一个32位寄存器MR，MR可以作为乘法运算和内积运算的目标寄存器。此外，SPCE061A有3个FIQ中断和14个IRQ中断，1[2]存储器SPCE061A拥有2kb的SRAM，还有32kb闪存FLASHROM，可在ICE工作方式下被编程写入或被擦除。对闪存设置保密设定后，其内容将不能再通过ICE被读[3]时钟(1)锁相环（PLL）振荡器PLL的作用为系统提供一个实时时钟的基频（32768Hz），然后将基基频进行倍频，调整至49.152MHz，40.96MHz，32.768MHz，24.576MHz或20.480MHz。系统默认的PLL自激振荡频率为24.576MHz(2)系统时钟其信号源为PLL振荡器。系统时钟频率（Fosc）和CPU时钟频率（CPUCLK）可通过编程来控制。默认的Fosc、CPUCLK24576MHzFosc/8。(3)实时时钟32768Hz实时时钟通常用于钟表、实时时钟延时以及其他与时间相关类产品。SPCE061A通过对32768Hz实时时钟源分频而提供了多种实时时钟中[4]低电压监测和低电压复位低电压监测功能可以提供系统内电源电压的使用情况。4级电压监测低限：2.4V，2.8V，3.2V3.6V2.4V。低电压复位当电源电压低于2.4V时，系统会变得不稳定且易出故障，导致电源电压过低的原因很多，如电压的反跳、负载过重、电池能量不足等。如果系统设置了低电压复位（LVR）功能。当电源电压低于该值时，会在4个时钟周期之后产生一个复位信号，使系统复位。[5]中断SPCE061A具有2种中断方式：快速中断请求FIQ中断和中断请求IRQ中断。中断控制器可处理3种FIQ中断和14种IRQ中断，以及1个由指令BREAK控制的软中数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——单片机控制的作息时间控制钟7[6]输入/输出端口（I/O）I/O是系统与其他设备进行数据交换的接口。SPCE061A具有2个可编程口：A口和B口。A口既是具有可编程唤醒功能的普通I/O口，又可与ADC的多路LINEIN输入共用，B口除了具有普通I/O口的功能外，在特定的管脚上还可以完成一些特[7]定时器/计数器SPCE061A提供了2个16位的定时器/计数器：TimerA和TimerB。TimerA为通用计数器；TimerB为多功能计数器。TimerA的时钟源由时钟源A（高速时钟源）和时钟源B（实时时钟32768Hz）进行“与”操作而形成，TimerB的时钟源仅为时钟源A。[8]时基时间基准信号，简称时基信号，来自于32768Hz实时时钟，通过频率选择组合而成。时基信号发生器的2个选频逻辑TMB1和TMB2为TimerA的时钟源B提供各种频率选择信号并为中断系统提供中断源（IRQ6）信号。此外，时基信号发生器还可以直接生成2Hz，4Hz，1024Hz，2048Hz以及4096Hz的时基信号，为中断系统提供各种实时中断源（IRQ4和IRQ5）信号。[9]模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）SPCE061A有8个10位模数转换通道，其中7个通道用于将模拟量信号转换为数字量信号，可能直接通过引线（IOA［0～6］）输入。另外有一个通道只作为语音输入通道，通过内置有自动增益控制放大器的麦克风通道（MICIN）输入。实际上可以把ADC看作是一个实现模数信号转换的编码器。SPCE061A为音频输出提供了2个10位的数模转换器，即DAC1和DAC2。DAC1，DAC2转换输出的模拟量电流信号分别通过AUD1和AUD2管脚输出。[10]串行设备接口串行输入输出端口SIO提供了1个1位的串行接口，用于与其他设备进行数据通讯。在SPCE061A内通过IOB0和IOB1这2个端口实现与设备进行串行数据交换功能。数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——单片机控制的作息时间控制钟82.2.2扩展部分实现系统扩展三个按键用于报时及校正时间。SPCE061A的DAC为电流型输出，经负载电阻R1、三极管Q1放大驱动扬声器SPEAKER放音，SPEAKER可选用4Ω或8Ω扬声器。IOA15接一个LED，到规定的作息时间用LED闪烁来表示，使用者可根据具体需要来控制电铃、播放提示语等。凌阳芯片的工作电压为3.3v，通过LM7833可获得准确的3.3V电压。见图1-2数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——单片机控制的作息时间控制钟9第3节系统的软件设计硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可