单片机实例分享,自定义提醒闹钟插图

图14.1 电子钟

想起那时刚学习单片机,仅仅会写几段汇编代码。后来的几个月,自己也学写了一个电子钟程序,不过做得非常简陋,也没使用什么时钟芯片,仅仅通过单片机的定时器来累计计时,功能上实现了时、分、秒的显示以及简单的闹钟功能。不过,我还真是怀念以前学习单片机的美好时光,也很高兴那时自己能专心学习单片机。后面我也做了一款像样的电子钟(见图14.1),在下面的内容里,我会和大家分享制作它的过程。

零件清单

零件清单是制作这款电子钟的基本元件,还有一些边角料,不再列出。从零件列表(见表14.1)中大家可以看出,整体的成本不超过80元。不过,近这段时期,AVR单片机涨价厉害,在网上也要18元左右才能买到。如果液晶屏在淘宝网上购买的话,建议以关键字ST7565搜索,这样才能搜索到ST7565控制器的128×64液晶屏。至于其他零件比较常用,一般电子市场都能购买得到。

单片机实例分享,自定义提醒闹钟插图1

图14.2 零件全家福

单片机实例分享,自定义提醒闹钟插图2

表14.1 材料表

电路原理

如图14.3所示,微控制器(MCU)我选择了AVR单片机的Atmega8,因为比较熟悉。它的程序存储器大小为8KB,数据RAM大小为1KB,工作电源电压范围为2.7~5.5V,大工作温度为+85℃,小工作温度为-40℃。时钟芯片选择DS1302,DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5~5.5V。采用三线接口与MCU进行同步通信。后,通过使用SD卡的SPI模式和单片机的SPI接口连接,进行数据交换。SD卡相当于容量很大的SPI接口的FLASH,在制作过程中,也可以替换成大容量的FLASH芯片。128×64液晶仅仅需要4根线和单片机连接。由于使用的控制器是ST7565,它不带中文、英文字库,因此需要自己建立字库。但这种液晶屏价格便宜,外观也很小巧。我购买的这款液晶屏,背光是橘黄色的,到了晚上会发出迷人的光泽。

单片机实例分享,自定义提醒闹钟插图3

图14.3 电路原理图

工作原理

在制作之前,我先介绍一下它的工作原理。控制芯片使用的是AVR的atmega8单片机,简称M8。大家也可以使用熟悉的51单片机(程序可以到本书配套光盘中下载,大家根据需要自己修改或移植)。程序通过读取SD卡内的TXT文件,显示每天需要提醒的内容。因此,可以通过电脑,方便地修改提醒的内容,如节日、生日、纪念日等。不必再为了修改液晶屏上的提醒内容而特意修改程序代码,仅仅通过编辑TXT文件即可。SD卡是通过它的SPI接口和单片机进行数据交换。液晶屏使用的是串口128×64的黑白液晶屏,控制器是ST7565,它和单片机连接也仅仅需要4个I/O口。时钟芯片使用的是DS1302,大家对它应该不陌生吧。时钟芯片通过3个I/O口和单片机连接,电源使用USB接口的5V电源,经过1117-3.3电源稳压芯片转换成3.3V电压,供给单片机、液晶和SD卡使用,大家也可以使用3.3V的电源直接供电。这款电子钟通过两个按钮实现时间和闹钟的设置。当时钟正常运行时,第2个按钮可以单独开启闹钟或关闭闹钟。

使用方法

(1)在计算机的WinXP系统下把SD卡格式化成FAT文件系统。

(2)先复制字体到SD卡内,这样才能在液晶上显示中文。

(3)在根目录下新建提醒.txt文本文件。

(4)在文件内写入一行内容,如下:****-02-13″明天是情人节”,这样每年的2月13号,电子钟会提醒你明天是情人节了。

大家会发现,这款电子钟没有农历的显示,如果要显示农历怎么办呢?如果朋友的生日是按农历来算的怎么办呢?其实也挺简单的,通过在文件中写入公历和农历的对应时间关系即可。如:2010-02-13″农历2009-12-30″。注意:*号是通配符,表示任意的意思。例如:2010-**-**”虎年”,表示2010年的任意日期,都会显示虎年。

字库的制作及使用

这是本次制作的知识要点之一。GB2312是中国国家标准简体中文字符集,全称《信息交换用汉字编码字符集·基本集》,又称GB0,由中国国家标准总局发布,1981年5月1日实施。GB2312编码通行于中国大陆,新加坡等也采用此编码。中国大陆绝大多数中文系统和国际化的软件都支持GB2312。

GB2312标准共收录6763个汉字,其中一级汉字3755个,二级汉字3008个;同时收录了包括拉丁字母、希腊字母、日文平假名及片假名字母、俄语西里尔字母在内的682个字符。GB2312的出现,基本满足了汉字的计算机处理需要。GB2312中对所收汉字进行了分区处理,每区含有94个汉字/符号。这种表示方式也称为区位码。

01~09区为特殊符号。

16~55区为一级汉字,按拼音排序。

56~87区为二级汉字,按部首/笔画排序。

10~15区及88-94区则未有编码。

举例来说,啊字是GB2312之中的个汉字,它的区位码是1601。

在电脑上的TXT文本文件中,每个汉字及符号以两个字节来表示。个字节称为高位字节,第二个字节称为低位字节。为了和原有的ASCII码兼容,高位字节使用了0xA1~0xF7(把01~87区的区号加上0xA0),低位字节使用了0xA1~0xFE(把01-94加上0xA0)。由于一级汉字从16区起始,汉字区的高位字节的范围是0xB0~0xF7,低位字节的范围是0xA1~0xFE,占用的码位是72×94=6768。其中,有5个空位是D7FA~D7FE。例如,啊字在文件中会以两个字节0xB0(个字节)0xA1(第二个字节)储存。

制作步骤

1 按图在洞洞板上安插好各个元件,并插上已经烧录好程序的芯片。

单片机实例分享,自定义提醒闹钟插图4

2 根据电路原理图,依次连接导线

单片机实例分享,自定义提醒闹钟插图5

3 将各个组件准备好了后,可以组装起来。

单片机实例分享,自定义提醒闹钟插图6

4 后插上USB电源,可正常工作了。

单片机实例分享,自定义提醒闹钟插图7

DIY的过程不仅仅是制作过程,还是一个让作品更美好的过程,为此,我又开始了这个自定义提醒闹钟的美化过程。

单片机实例分享,自定义提醒闹钟插图8

将钢丝弯曲成如图的形状,在钢丝上拧上螺丝,在万用板上也拧上螺丝。

单片机实例分享,自定义提醒闹钟插图9

用内六角扳手、普通扳手拧紧螺丝。

单片机实例分享,自定义提醒闹钟插图10

那么如何定位字库中的点阵数据呢?文件编码的区码范围是从0xA1(十六进制)开始,对应区位码中区码的区,第二个字节为汉字的位码,范围也是从0xA1(十六进制)开始,对应某区中的个位码。是说,将汉字编码减去0xA0A0得到该汉字的区位码。例如,汉字啊的机内码是十六进制的0xB0A1,其中前两位0xB0表示编码的区码,后两位0xA1表示编码的位码。所以啊的区位码为0xB0A1-0xA0A0=0x1001,将区码和位码分别转换为十进制16和01,得到汉字啊位于第16区的第1个字的位置,那么点阵数据在文件中的位置为第32×[(16-1)×94+(1-1)]=45120以后的32个字节。这是啊的显示点阵需要的字节数据了。其中,32为16×16点阵的取模字节数,表示32字节大小。单片机通过取这连续的32个字节,送到LCD的相应位置,能正确显示汉字、图形符号了。

后,使用字库生成工具,能生成自己需要的字库了。这样的工具软件在网上有许多,请自行选择。我使用未注册的汉字取模字库生成小工具,使用次数有一定的限制,但偶尔用于生成字库还是够用的。由于这款液晶显示数据是1列(8个点)为一个地址单位的,而不是1行(8个点)或点地址为单位。因此,取模时需使用纵向(列)取模方式取模,这样方便后期程序的编写。当然也可以直接选择@宋体这类字体。通过工具预览后,你会发现,这种字体旋转了90°。点击生成字库,在弹出的菜单中输入的路径和文件名。按确认后会生成需要的字库了,注意后缀名为.dot。程序读取经过旋转后的32字节字体数据,即点阵列数据,能显示一个汉字了。

存储整个字库数据是个难点,GB2312汉字库有200多字节的大小,单片机的FLASH可是没有足够的空间用来保存它。那么怎么办呢?其实,方法也挺多的。有一种实用、简单、方便的方法是外接FLASH存储芯片。如SST25VF020、AT45DB161等,它们都是串行接口,可以节省许多I/O,读取速度也够快,但增加了制作成本。还有一种方法,可以直接放在SD卡内,但程序会复杂很多。同时,显示字体的速度也没外接FLASH快。不过后我还是选择了第2种方法,以后的小制作中再试试第1种方法。

为了让电脑和单片机互相交换数据容易些,需要把SD卡格式化成FAT文件系统,然后单片机解读SD卡格式化后FAT文件系统,在此基础上再读取txt文件,后调用相应的字库数据在液晶屏上显示。具体如何实现,请读者朋友自行分析源代码。源代码可到本书配套光盘上下载。

编程说明

当我烧录完程序后,迫不及待地要运行这个电路了。把电子钟插上电源后,程序会先初始化硬件(液晶、SD卡和时钟芯片)。之后会读取单片机EEPROM里的闹钟信息,没有的话会新建初始化内容,并写入EEPROM。后,液晶会分4行显示时间、日期、星期和闹钟。当有提醒信息时,闹钟时间和提醒的内容会交替闪烁。在程序的循环体内,程序会定时读取SD卡内的TXT文件,如果TXT文件内定义的日期和时钟芯片的日期一致,那么单片机会读取文本文件内对应的显示内容,并在液晶的第4行显示。如果没有相等的日期,单片机会显示默认的字符串MADEBYZBJ,大家可以改成自己定义的字符串。

电子钟的右侧有4个按钮,但是本次制作只使用了上面2个按钮,另外2个按钮功能未用。这4个按钮的一端都连到了单片机的中断引脚,并把这个中断引脚设置为上拉,在程序中等待下降沿中断。按钮的另一端和单片机的4个普通I/O连接,这4个I/O设置为低电平。当按钮按下时,会引发下降沿中断,此时程序修改中断,引为低电平,并把4个普通I/O口上拉,再分别读取4个引脚的电平状态。如果,某个引脚读到低电平,可以判断对应的这个按钮按下了。后,等待按钮的释放,不断循环此过程。

当时钟在运行状态时,按第1个按钮,将会进入时钟设置状态,再次按下第1个按钮,会进入下一个设置选项,以此类推,直到退出后一个选项(注意闹钟关闭状态,不会进入闹钟设置选项),这样电子钟会退出设置状态,再次进入运行状态了。电子钟在设置状态下,设置的项目会反显,可以通过按第2个按钮,改变设置的数值。

当时钟在运行状态时,按下第2个按钮,闹钟将会开启或关闭,这取决于原来的状态。在液晶屏上会显示相应的闹钟状态信息。闹钟数据虽然保存在M8单片机的EEPROM中,但不会直接使用。当单片机上电运行时,会自动载入RAM中使用,这样是为了延长EEPROM的使用寿命。但当RAM中的闹钟数据改变时,修改的数据才会同步更新,写入EEPROM。程序会比较RAM中的闹钟时间和时钟芯片的时钟是否一致,当两者一致时,闹钟会嘀嘀地叫了。至于鸣叫多久,大家可以根据自己的需要修改程序中的设置。

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作者 nasiapp

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