作息闹铃控制器设计方案

　　在日常工作和学习中，经常需要对作息时间进行控制，以规范工作、学习、休息等作息秩序，本文采用51系列单片机机实现对校园作息时间的控制设计，已完成对每天对作息最多40次打铃控制，同时具有对控制器日常时间调整及显示、打铃时间设置、掉电数据不丢失等功能。

　　系统硬件结构组成

　　为实现上述功能，硬件方面主要采用AT89C52单片机实现对整个系统控制，采用DS1302时钟芯片完成对控制器时间的计时控制，同时采用24C02串行存储芯片保存打铃时间控制参数以免掉电丢失，设计8个按键分别用于对时间调整和打铃时间的设置和调整，并采用静态显示方法对6个数码管控制已完成对时间及打铃时间点等参数的设置和调整显示，采用继电器控制电路完成弱电对强电220V控制以完成对电铃的通断电控制从而控制铃声。具体电路图如图1所示。

　　

 

　　图1 作息打铃控制器硬件原理图

　　MCS-51模拟IIC总线

　　本设计为防止掉电后所设置电铃时间点数据丢失，特用一片IIC协议串行通信的含有256字节的EEPROM芯片CAT24WC02作为存储芯片。IIC协议允许系统设计者只用两根线就可以将多达128个不同的设备连接在一起，极大的节省了单片机接口线，只需在这两根线上分别加一个10kΩ的上拉电阻，即可解决阻抗匹配问题。IIC器件通过各自的硬件连线方式来确定自己的地址，如本设计中CAT24WC02芯片地址为0000。对于没有IIC总线接口的单片机来说，使用任何两根线均可模拟IIC总线时序。在本设计中采用P3.3、P3.4分别来模拟SCL和SDA线，当SCL处于高电平时，SDA由高电平变成低电平时构成一个开始条件，对IIC总线的所有操作均须由开始条件开始;当SCL处于高电平时，SDA由低电平变成高电平时构成一个停止条件，此时IIC总线的所有操作均停止;当SCL为低电平且SDA线电平变化时，则数据由CPU输出到IIC总线;当SCL为高电平且SDA线电平不变时，则CPU读取IIC总线上的数据;当SCL为高电平且SDA电平变化时，IIC总线上位开始条件或停止条件;数据传输以8为序列进行，IIC器件在第9个时钟周期时将SDA置位为低电平，即送出一个确认(应答)信号ACK，表明数据已经被其收到。这里使用到以下4个公用函数：

　　void I2cStart(); //产生开始信号

　　void I2cStop(); //产生停止信号

　　void I2cSendByte(uchar ByteData) ;//发送一个字节数据

　　uchar I2cReceiveByte(); //接收一个字节数据

　　DS1302时钟电路

　　DS1302是美国Dallas公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.5V~5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31字节用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302控制电路图如图1所示，VCC1为后备电源， VCC2为主电源，在主电源关闭的情况下，也能保持时钟连续运行。DS1302由VCC1或VCC2两者中的电压较大者供电，当VCC2大于VCC1+0.2V时，VCC2给DS1302供电，当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。X1、X2为振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：1、RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器;2、RST提供了终止单字节或多字节数据的的传送手段，当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送工程中置RST为低电平，则会终止此次数据传送，并且I/O引脚为高阻态。上电运行时，在 VCC≥2.5V之前，RST必须保持低电平。

　　DS1302的控制字如图2所示，字节的最高位(第7位)必须是逻辑1，如为0则不能报数据写入到DS1302,位6如为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;为5为至位1指示操作单元的地址，最低位(第0位)为0则表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节是从最低未开始输出。在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时数据写入DS1302，数据输入从低位开始，同样，在紧跟8位控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据是从低位至高位。

　　DS1302共有12个寄存器，其中7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式，其日历、时间寄存器如图3所示。 DS1302还有年份寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器与RAM等相关寄存器。时钟突发寄存器可一次性顺序读写充电寄存器外的所有寄存器内容。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类，一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H~FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作;另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可以一次性读写所有RAM的31个字节，命令控制字地址写操作时为FEH，读操作时为FFH。

　　

 

　　图2 DS1320命令控制字

　　

 

　　图3 DS1320时钟、日历寄存器及控制字