基于單片機的簡(jiǎn)易定時(shí)報警器電路設計

設計一個(gè)單片機控制的簡(jiǎn)易定時(shí)報警器。要求根據設定的初始值（1-59秒）進(jìn)行倒計時(shí)，當計時(shí)到0時(shí)數碼管閃爍“00”（以1Hz閃爍），按鍵功能如下：
（1）設定鍵：在倒計時(shí)模式時(shí)，按下此鍵后停止倒計時(shí)，進(jìn)入設置狀態(tài)；如果已經(jīng)處于設置狀態(tài)則此鍵無(wú)效。
（2）增一鍵：在設置狀態(tài)時(shí)，每按一次遞增鍵，初始值的數字增1。
（3）遞一鍵：在設置狀態(tài)時(shí)，每按一次遞減鍵，初始值的數字減1。
（4）確認鍵：在設置狀態(tài)時(shí)，按下此鍵后，單片機按照新的初始值進(jìn)行倒計時(shí)及顯示倒計時(shí)的數字。如果已經(jīng)處于計時(shí)狀態(tài)則此鍵無(wú)效。
3.1.2 模塊1:系統設計
（1）任務(wù)分析與整體設計思路
根據題目的要求，需要實(shí)現如下幾個(gè)方面的功能。
計時(shí)功能：要實(shí)現計時(shí)功能則需要使用定時(shí)器來(lái)計時(shí)，通過(guò)設置定時(shí)器的初始值來(lái)控制溢出中斷的時(shí)間間隔，再利用一個(gè)變量記錄定時(shí)器溢出的次數，達到定時(shí)1秒中的功能。然后，當計時(shí)每到1秒鐘后，倒計時(shí)的計數器減1。當倒計時(shí)計數器到0時(shí)，觸發(fā)另一個(gè)標志變量，進(jìn)入閃爍狀態(tài)。
顯示功能：顯示倒計時(shí)的數字要采用動(dòng)態(tài)掃描的方式將數字拆成“十位”和“個(gè)位”動(dòng)態(tài)掃描顯示。如果處于閃爍狀態(tài)，則可以不需要動(dòng)態(tài)掃描顯示，只需要控制共陰極數碼管的位控線(xiàn)，實(shí)現數碼管的滅和亮。
鍵盤(pán)掃描和運行模式的切換：主程序在初始化一些變量和寄存器之后，需要不斷循環(huán)地讀取鍵盤(pán)的狀態(tài)和動(dòng)態(tài)掃描數碼管顯示相應的數字。根據鍵盤(pán)的按鍵值實(shí)現設置狀態(tài)、計時(shí)狀態(tài)的切換。
（2）單片機型號及所需外圍器件型號，單片機硬件電路原理圖
選用MCS-51系列AT89S51單片機作為微控制器，選擇兩個(gè)四聯(lián)的共陰極數碼管組成8位顯示模塊，由于A(yíng)T89S51單片機驅動(dòng)能力有限，采用兩片74HC244實(shí)現總線(xiàn)的驅動(dòng)，一個(gè)74HC244完成位控線(xiàn)的控制和驅動(dòng)，另一個(gè)74HC244完成數碼管的7段碼輸出，在輸出口上各串聯(lián)一個(gè)100歐姆的電阻對7段數碼管限流。
由于鍵盤(pán)數量不多，選擇獨立式按鍵與P1口連接作為四個(gè)按鍵輸入。沒(méi)有鍵按下時(shí)P1.0-P1.3為高電平，當有鍵按下時(shí)，P1.0-P1.3相應管腳為低電平。電路原理圖如圖3-1所示。

圖3-1 定時(shí)報警器電路原理圖

（3）程序設計思路，單片機資源分配以及程序流程
①單片機資源分配
采用單片機的P3口作為按鍵的輸入，使用獨立式按鍵與P3.0-P3.3連接，構成四個(gè)功能按鍵。
在計時(shí)功能中，需要三個(gè)變量分別暫存定時(shí)器溢出的次數（T1_cnt）、倒計時(shí)的初始值（init_val）以及當前倒計時(shí)的秒數（cnt_val）。
按鍵掃描功能中，需要兩個(gè)變量，一個(gè)變量（key_val_new）用來(lái)存儲當前掃描的鍵值（若無(wú)按鍵按下則為255），另一個(gè)變量（key_val_old）用來(lái)存儲上一次掃描的鍵值。只有這兩個(gè)變量值不一樣時(shí)，才能說(shuō)明是一次新的按鍵按下或彈起了，同時(shí)將新的鍵值賦給key_val_old變量。
在顯示功能中，需要定義一組數組（code類(lèi)型），值為0-9數字對應的數碼管7段碼。還需要定義一個(gè)變量(show_val)暫存要顯示的數據，用于動(dòng)態(tài)掃描顯示中。
在整個(gè)程序中，定義了一個(gè)狀態(tài)變量（state_val）用來(lái)存儲當前單片機工作在哪種狀態(tài)。
②程序設計思路
鑒于題目要求，存在三種工作模式：初始值設置模式、倒計時(shí)模式、計時(shí)到0時(shí)的閃爍模式。變量state_val為0時(shí)，處于倒計時(shí)模式。變量state_val為1時(shí)，處于初始值設置模式。變量state_val為2時(shí)，處于閃爍模式。這些狀態(tài)的切換取決于按下哪一個(gè)鍵以及是否計時(shí)到0。狀態(tài)的切換圖如圖3-2

圖3-2 狀態(tài)的切換

單片機復位之后，默認處于倒計時(shí)模式，啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)器每隔250us溢出一次，根據定時(shí)器溢出次數來(lái)計時(shí)，到1秒時(shí)將時(shí)間的計數器減1。當“設置鍵”按下時(shí)，變量state_val由0變?yōu)?，切換到設置模式?？梢允褂谩斑f增鍵”“遞減鍵”對計時(shí)初始值進(jìn)行修改。按下“確認鍵”時(shí)，回到計時(shí)模式開(kāi)始以新的初始值進(jìn)行倒計時(shí)。當倒計時(shí)到0時(shí)，變量state_val由1變?yōu)?，處于閃爍狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，根據按鍵的情況分別又切換到計時(shí)和設置狀態(tài)。
③程序流程
主程序首先需要初始化定時(shí)器的參數和一些變量，然后進(jìn)入一個(gè)循環(huán)結構，在循環(huán)中始終只做兩件事，一是鍵盤(pán)的掃描，二是數碼管的動(dòng)態(tài)掃描。
在掃描鍵盤(pán)后，根據前一次按鍵的結果是否與本次鍵值相同。如果不同，表示有鍵按下或彈起，同時(shí)用本次按鍵值更新上一次的按鍵值。這樣設計旨在避免一個(gè)按鍵長(cháng)時(shí)間按下時(shí)被重復判為有新鍵按下，使得當前按下的鍵只有松開(kāi)后，下一次按下時(shí)才算為一次新的按鍵。
根據按鍵的值分別改變變量（state_val）的值或者在設置狀態(tài)時(shí)的倒計時(shí)初始值。完整的主程序圖如圖3-3所示。

圖3-3 主程序的流程圖

在定時(shí)器的參數中，選擇定時(shí)器T1的8位自動(dòng)裝載模式，每250us產(chǎn)生一次溢出中斷，中斷服務(wù)程序如圖3-4所示。

中斷服務(wù)程序流程圖

（4）軟硬件調試方案
軟件調試方案：偉福軟件中，在“文件新建文件”中，新建C語(yǔ)言源程序文件，編寫(xiě)相應的程序。在“文件新建項目”的菜單中，新建項目并將C語(yǔ)言源程序文件包括在項目文件中。
在 “項目編譯”菜單中將C源文件編譯，檢查語(yǔ)法錯誤及邏輯錯誤。在編譯成功后，產(chǎn)生以 “*.hex”和“*.bin” 后綴的目標文件。
硬件調試方案：在設計平臺中，將單片機的P3.0-P3.3分別與獨立式鍵盤(pán)的相應位通過(guò)插線(xiàn)連接起來(lái)。
在偉福中將程序文件編譯成目標文件后，運行MCU下載程序，選擇相應的flash 數據文件，點(diǎn)擊“編程”按鈕，將程序文件下載到單片機的Flash中。
然后，上電重新啟動(dòng)單片機，檢查所編寫(xiě)的程序是否達到題目的要求，是否全面完整地完成試題的內容。