基于ATmage8的打鈴器設(shè)計(jì)

0 引言
    本設(shè)計(jì)根據(jù)學(xué)校常規(guī)教學(xué)和臨時(shí)教學(xué)活動(dòng)(如考試等)對(duì)打鈴時(shí)間的要求，對(duì)打鈴器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，使其可分別工作在夏制、冬制、臨時(shí)三種模式下。每種工作模式支持多達(dá)80個(gè)時(shí)間點(diǎn)的打鈴輸出，并且根日期的設(shè)置，打鈴器可以自動(dòng)切換冬夏兩種工作模式，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)制的打鈴。如需臨時(shí)改變打鈴時(shí)間，將系統(tǒng)切換至臨時(shí)工作模式，設(shè)置打鈴時(shí)間即可，極大地簡(jiǎn)化了打鈴器的操作。通過電路設(shè)計(jì)的優(yōu)化改進(jìn)，提高了設(shè)備的可靠性和操作易用性，并在使用過程中表現(xiàn)出了較高穩(wěn)定性和實(shí)用性。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    打鈴器由ATmega8單片機(jī)最小系統(tǒng)、DS1302時(shí)鐘電路、LED數(shù)碼顯示電路、串行口通訊電路、按鍵電路和打鈴輸出控制電路構(gòu)成，系統(tǒng)電路如圖1所示。

    ATmage8單片機(jī)是美國(guó)ATEMEL公司的一款高性能、低功耗的8位AVR微處理器，內(nèi)含32個(gè)8位通用工作寄存器、RC時(shí)鐘振蕩電路、8K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash、512字節(jié)的EEPROM及1K的SRAM。ATmega8內(nèi)含豐富的總線接口，并有專門的SPI接口，可方便實(shí)現(xiàn)與時(shí)鐘電路的連接。
    時(shí)鐘芯片采用的是DS1302。它是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)。在工作過程中，SCM對(duì)這些時(shí)鐘單元的數(shù)據(jù)循環(huán)讀取，將讀到的時(shí)間與打鈴時(shí)間比對(duì)，以確定是否打鈴。通過修改相應(yīng)的時(shí)間單元，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)間的調(diào)整。
    時(shí)間顯示采用了4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示方式，PC口與數(shù)碼管的段碼相連，PB0、PB1、PB6、PB7作為位選信號(hào)分別控制數(shù)碼管的共陽(yáng)極；S1～S4分別與PD4、PD5、PD6、PD7相連，用于系統(tǒng)設(shè)置和時(shí)間調(diào)整；串行通訊接口電路分別與ATmega8的RXD和TXD引腳相連，通過與PC聯(lián)機(jī)，可快速完成打鈴器的系統(tǒng)設(shè)置、打鈴時(shí)間設(shè)定及系統(tǒng)時(shí)間的調(diào)整；SPI接口與DS1302的數(shù)據(jù)I／O相連，從DS1302中讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘。
    PD2與打鈴控制電路相連，電路如圖2所示，打鈴輸出時(shí)，該引腳被置為低電平，三極管Q1飽和導(dǎo)通，經(jīng)光耦隔離并觸發(fā)Q2飽和導(dǎo)通，繼電器JD1得電閉合，并觸發(fā)雙向晶閘管AK極導(dǎo)通，AC220V電源經(jīng)BT136的AK極，電鈴線圈得電響鈴。當(dāng)響鈴時(shí)間結(jié)束后，PD2被置為高電平，Q1截止，后續(xù)電路均失電，響鈴?fù)Ｖ埂?/p>

2 軟件設(shè)計(jì)
    打鈴器上電后，SCM將從片內(nèi)的EEPROM中讀取設(shè)置參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，然后讀取DS1302時(shí)間單元，將時(shí)間通過定時(shí)中斷程序顯示出來。在工作過程中，每個(gè)打鈴時(shí)間點(diǎn)用兩個(gè)字節(jié)分別表示小時(shí)和分鐘的時(shí)間值，當(dāng)秒單元為‘00’時(shí)，系統(tǒng)將調(diào)用一次打鈴時(shí)間比較子程序，以確定當(dāng)前時(shí)間是否打鈴，系統(tǒng)的主程序流程如圖3所示。

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    打鈴器可工作在冬制、夏制和臨時(shí)打鈴三種模式，每種工作模式最多可設(shè)置80個(gè)打鈴時(shí)間點(diǎn)，基本滿足任何工作場(chǎng)合要求。每個(gè)打鈴時(shí)間點(diǎn)用2個(gè)字節(jié)表示，3種工作模式共占480字節(jié)的存儲(chǔ)空間，根據(jù)工作模式的不同，打鈴時(shí)間分3個(gè)區(qū)存放在ATmage8的EEPROM存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)上電后，SCM根據(jù)模式特征字自動(dòng)判別工作模式，并將對(duì)應(yīng)區(qū)間的打鈴數(shù)據(jù)復(fù)制到SCM片內(nèi)的SRAM區(qū)。
2．1 打鈴時(shí)間比較子程序
    在主程序中，SCM讀取DS1302的數(shù)據(jù)后，對(duì)秒數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。當(dāng)秒單元為“00”時(shí)，程序立即調(diào)用打鈴時(shí)間比較子程序，否則將不執(zhí)行該子程序的調(diào)用。在打鈴時(shí)間比較子程序中，SCM首先從片內(nèi)的EEPROM區(qū)取出當(dāng)前工作模式的打鈴次數(shù)字，將其復(fù)制到Ring cnt計(jì)數(shù)變量中，然后將當(dāng)前模式的第一組打鈴時(shí)間與系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行比較，若打鈴時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間相等，置PD0引腳為低電平，打鈴控制電路接通并響鈴，同時(shí)置響鈴標(biāo)志位為‘1’，程序返回。若不相等，Ring cnt變量減一，繼續(xù)比較下一組打鈴時(shí)間，直到時(shí)間相等或Ring cnt變量減為‘0’，則子程序返回。程序流程圖如圖4所示。響鈴標(biāo)志位置‘1’后，系統(tǒng)將啟動(dòng)15s定時(shí)，定時(shí)結(jié)束后，PD0置高電平當(dāng)，電鈴?fù)Ｖ构ぷ?，同時(shí)將響鈴標(biāo)志位也置‘0’。
2．2 串口通訊子程序
    打鈴器的時(shí)間設(shè)定、查詢和系統(tǒng)設(shè)置可通過鍵盤操作完成。為了準(zhǔn)確快捷地完成打鈴器設(shè)置，系統(tǒng)還支持串口操作功能，通過串行口與PC機(jī)進(jìn)行通訊，在上位機(jī)上可以完成打鈴器的相關(guān)設(shè)置。上位機(jī)軟件通過串行口向打鈴器發(fā)送命令，完成打鈴器參數(shù)的設(shè)置與查詢，命令格式為：命令字+數(shù)據(jù)+結(jié)束標(biāo)識(shí)，其具體組成如表1所示。在通訊過程中，SCM在RAM區(qū)開辟一塊存儲(chǔ)空間接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。每接收到一個(gè)字節(jié)都判斷其是否為結(jié)束標(biāo)識(shí)，若為結(jié)束標(biāo)識(shí)，則停止接收，否則繼續(xù)接收。當(dāng)數(shù)據(jù)接收完成后，程序便開始查詢命令字狀態(tài)，并根據(jù)表1中命令字含義進(jìn)行數(shù)據(jù)的相關(guān)處理。若命令字為查詢命令字時(shí)，則SCM根據(jù)命令字含義返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)至PC，并通過上位機(jī)軟件顯示出來，上位機(jī)軟件如圖5所示。[!--empirenews.page--]

3 結(jié)束語(yǔ)
    本打鈴器電路簡(jiǎn)潔，價(jià)格低廉，且簡(jiǎn)單易用。通過在學(xué)校一年多的使用檢驗(yàn)，打鈴器走時(shí)精準(zhǔn)，性能穩(wěn)定可靠，具有較高的推廣價(jià)值。