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声光报警LCD小闹钟.pdf
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声光报警 LCD 小闹钟,实现简易的闹钟功能,能够通过按键输入时间和设置选项,并将时间时时显示在显示屏上。在时间达到设置值是,蜂鸣器发出警报,并且 LED 长亮,直到按下 stop 按钮时,警报和报警灯关闭。 在上述描述基础上,添加倒计时功能,并设置“返回”、“停止”、“复位”等按键,并实现相对应的功能。 本设计主要由中央控制模块、指令输入模块、显示模块、报警模块四部分构成。按系统功能实现要求,中央控制模块采用 AT89C51 单片机,通过程序来处理外部输入指令,并对其进行解析,一次控制其他功能模块实现相对应功能;指令输入模块采用 4x4矩阵键盘;显示模块采用 LCD1602 屏幕;报警模块采用蜂鸣器和 LED 灯组合形成,并通过继电器控制开关。
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声光报警 LCD 小闹钟
1 系统方案的选择和论证
1.1 功能要求
该选题名称为声光报警 LCD 小闹钟,题目要求实现简易的闹钟功能,能够通过按键
输入时间和设置选项,并将时间时时显示在显示屏上。在时间达到设置值是,蜂鸣器发
出警报,并且 LED 长亮,直到按下 stop 按钮时,警报和报警灯关闭。
在基础要求上,本次试验添加倒计时功能,并设置“返回”、“停止”、“复位”等按
键,并实现相对应的功能。
1.2 系统方案的总体策划
本设计主要由中央控制模块、指令输入模块、显示模块、报警模块四部分构成。按
系统功能实现要求,中央控制模块采用 AT89C51 单片机,通过程序来处理外部输入指
令,并对其进行解析,一次控制其他功能模块实现相对应功能;指令输入模块采用 4x4
矩阵键盘;显示模块采用 LCD1602 屏幕;报警模块采用蜂鸣器和 LED 灯组合形成,并通
过继电器控制开关。
图 1:系统总体框图
1.3 各模块方案选择与论证
1.3.1 报警装置
方案一:采用软件产生方波的形式并与单片机直接连接。特点是结构简单,不需要
多个元件,但是编程量大幅增加,且程序逻辑更加复杂。
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方案二:蜂鸣器信号源由硬件产生,并通过继电器与单片机相连接。特点是结构比
较复杂,但是编程量大幅减少,仅需一个引脚控制继电器开关即可。
综合考虑时间限制以及工作量,最终选用方案二。
1.3.2 按键类型
方案一:采用 16 个独立按键分别控制相应功能。特点是连线简单,按键检测比较
方便。但是占用管脚多,对资源的浪费比较大。
方案二:采用 4x4 矩阵按键。特点是连线复杂,按键检测需要特定的方法,但是占
用管脚比较少,能够节省更多的资源。
综合考虑电路整体结构,需要尽可能减少管脚占用,因此采用 4x4 矩阵按键。
1.3.3 显示装置
方案一:使用 LCD1602 屏幕。特点是操作简单,但是可以显示的内容比较少,无法
显示更加复杂的内容。
方案二:使用 led 点阵屏幕。特点是通过控制点阵亮灭来形成各种图案,大大增加
现实内容的丰富程度,但是操作复杂,取模需要特定软件。
综合考虑需要显示的内容,发现并不需要显示复杂内容,因此采用操作简单的
LCD1602 屏幕。
2 系统硬件电路设计与实现
2.1 系统的硬件组成部分
系统硬件主要由中央控制模块、指令输入模块、显示模块和报警模块四部分构成。
具体元件有 C51 最小系统部分、蜂鸣器、继电器、555 定时器、16 个按键、LCD1602 显
示屏、反相器、放大器、LED 灯以及若干电容电阻。总原理如图 2 所示:
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图 2:系统总体原理图
2.2 主要单元电路设计
2.2.1 中央控制模块
本设计以 AT89C51 单片机最小系统为核心。其 P1 口与矩阵键盘相连,负责将外界
指令传入单片机中;P2 口与 LCD1602 数据交互端相连接,负责发送或接收 LCD 显示屏
相关数据。P0 口与上拉电阻相连后,负责一些功能的开关。P0.0 、P0.1、P0.2 分别与
LCD1602 屏幕上的 RS 端口、RW 端口、E 端口相连;P0.4 用来控制 LED 的亮灭,P0.5 控
制蜂鸣器的响与停。此外,还在外部中断 0 端口处设置一按钮,在报警时用于将报警关
闭。其电路图如图 3 所示:
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图 3:中央控制器部分电路图
2.2.2 报警装置
本设计中的报警装置以 LED 灯与蜂鸣器为核心。外部方波信号通过继电器控制该
信号与蜂鸣器的连接与否。当但片中通过引脚 P0.5 发送低电平时,该电平经反相器
反转和三极管放大后,激活继电器,使得蜂鸣器与方波信号相连从而达到报警的效
果。LED 灯则经过单片机引脚 P0.4 直接控制。该部分电路图如图 4 所示:
图 4:报警模块电路图
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2.2.3 方波信号产生装置
方波信号发生装置由两个 555 定时器与若干电容电阻工程。左侧的 555 定时器
通过外加元件构成一个多谐振荡器,右侧的 555 定时器与外加元件构成一个单稳态
触发器。多谢振荡器产生的方波信号进入单稳态触发器后,连续不断产生两种频率
更高的不同频率的方波,用来使蜂鸣器产生两种音调不同的报警声。具体电路图如
图 5 所示:
图 5:方波信号产生电路
2.2.4 LCD 显示装置
LCD1602 可以通过屏幕显示 16x2 个字符,字符种类仅限于数字、英文以及一定数
量的特殊字符。它一共含 14 个管脚,各引脚功能如下表所示:
表 1:LCD 引脚功能表
编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明
1 V
SS
电源接地
5 RW
读/写选择
2 V
DD
电源正极
6 E
使能信号
3 V
EE
液晶显示偏压 7—14 D0—D7 8 位双向数据线
4 RS
数据/命令选择
V
EE
为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对
比度过高是会产生“鬼影”现象,因此,此处为了显示更加清晰,该端口直接与电源相
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