基于PIC16F877A微控制器構(gòu)建的數(shù)字鬧鐘

始于1950年的數(shù)字革命將所有現(xiàn)有的機(jī)械和模擬電子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字計(jì)算機(jī)。由于數(shù)字電子產(chǎn)品的增長(zhǎng)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，今天一個(gè)人幾乎不可能抗拒使用任何電子設(shè)備。從叫醒你的鬧鐘和為你提供早餐的烤面包機(jī)開(kāi)始，一切都是數(shù)字電子產(chǎn)品的貢獻(xiàn)?？紤]到所有這些，對(duì)我們自己的東西進(jìn)行編程真的很令人興奮，這些東西可以完成簡(jiǎn)單而有用的任務(wù)，比如我們將在這個(gè)項(xiàng)目中使用PIC 微控制器構(gòu)建的鬧鐘。

該鬧鐘將有一個(gè) 16x2 LCD 顯示屏，將顯示當(dāng)前時(shí)間和設(shè)置時(shí)間。我們將在需要時(shí)使用幾個(gè)按鈕來(lái)設(shè)置鬧鐘時(shí)間。使用DS3231RTC模塊可以跟蹤當(dāng)前時(shí)間，我們將使用IIC通信從RTC模塊獲取這些值。我們已經(jīng)了解了 RTC 模塊以及如何將其與 PIC 接口。因此，建議通讀該教程，我們將跳過(guò)該教程中涵蓋的大部分信息。

所需材料：

面包板 – 2Nos

PIC16F877A

5V 電源 - 電源模塊

20兆赫晶體

33pf 電容器 – 2 常開(kāi)

DS3231 RTC 模塊

16*2液晶顯示模塊

10K 鍋

10k 和 1K 電阻

按鈕 – 5 否

蜂鳴器

連接線(xiàn)

先決條件：

本項(xiàng)目要求您了解一些有關(guān)PIC微控制器以及如何對(duì)其進(jìn)行編程的基礎(chǔ)知識(shí)。我們將在這個(gè)項(xiàng)目中使用GPIO，LCD顯示器和RTC模塊。因此，最好事先學(xué)習(xí)如何使用這些模塊。

電路圖：

這個(gè)基于PIC的鬧鐘項(xiàng)目的電路圖如下所示，該項(xiàng)目是使用proteus軟件創(chuàng)建的。該項(xiàng)目還將用于進(jìn)一步的仿真。

五個(gè)按鈕將作為輸入，用于將鬧鐘設(shè)置為所需時(shí)間。因此，所有按鈕的一端接地，另一端連接到PORTB引腳，這些引腳上將使用內(nèi)部上拉電阻，以避免引腳浮動(dòng)。蜂鳴器將充當(dāng)輸出，并在警報(bào)被觸發(fā)并連接到 PORT S 引腳時(shí)給我們發(fā)出嗶嗶聲。當(dāng)前時(shí)間始終由DS3231RTC模塊跟蹤，PIC通過(guò)I2C總線(xiàn)從該模塊接收數(shù)據(jù)，因此RTC模塊的SCL和SDA引腳連接到PIC控制器的SCL和SDA引腳。LCD顯示器連接到PIC的PORTD，用于顯示當(dāng)前時(shí)間和設(shè)定時(shí)間。在此處了解有關(guān)DS3231 RTC模塊與PIC配合使用的更多信息。

整個(gè)電路可以構(gòu)建在面包板上。由于有幾十根電線(xiàn)要連接，所以請(qǐng)耐心等待并確保連接正確。完成連接后，我的硬件設(shè)置如下所示

我使用面包板模塊和 12V 適配器為模塊供電。這是我的+5V電源電壓源。此外，我還必須使用兩個(gè)面包板來(lái)保持電路清潔。如果您希望制作更強(qiáng)大的項(xiàng)目，您還可以將整個(gè)電路焊接到性能板上。

鬧鐘編程：

此鬧鐘項(xiàng)目的完整PIC程序可以在此頁(yè)面底部找到。該項(xiàng)目還需要三個(gè)庫(kù)來(lái)使用LCD，I2C和RTC和PIC。

在進(jìn)入主程序之前，我們必須定義使用更有意義的名稱(chēng)使用的引腳。這樣，在編程過(guò)程中就很容易使用它們。我們程序中定義的引腳如下所示

//Define the LCD pins

#define RS RD2 //Reset pin of LCD

#define EN RD3 //Enable pin of LCD

#define D4 RD4 //Data bit 0 of LCD

#define D5 RD5 //Data bit 1 of LCD

#define D6 RD6 //Data bit 2 of LCD

#define D7 RD7 //Data bit 3 of LCD

//Define Buttons

#define MB RB1 //The middle button

#define LB RB0 //Left button

#define RB RB2 //Right button

#define UB RB3 //Upper Button

#define BB RB4 //Bottom button

//Define Buzz

#define BUZZ RD1 //Buzzer is connected to RD1

在 main 函數(shù)中，我們首先聲明輸入和輸出引腳。在我們的項(xiàng)目中，PORTB 用于按鈕，這是一個(gè)輸入設(shè)備，因此我們將它們的引腳設(shè)置為輸入，PORTD 用于 LCD 和蜂鳴器，因此我們將它們的引腳設(shè)置為輸出。此外，引腳不應(yīng)懸空，I/O引腳應(yīng)始終連接到地或+5V電壓。在我們的例子中，對(duì)于按鈕，當(dāng)按鈕未按下時(shí)，引腳不會(huì)連接到任何東西，因此我們使用內(nèi)部上拉電阻器，該電阻器在不使用時(shí)將引腳設(shè)置為高電平。這是使用控制寄存器完成的，如下所示

TRISD = 0x00; //Make Port D pins as outptu for LCD interfacing

TRISB = 0xFF; //Switchs are declared as input pins

OPTION_REG = 0b00000000; //Enable pull up Resistor on port B for switchs

BUZZ = 0; //Turn of buzzer

由于我們有與主程序鏈接的LCD和I2C頭文件，因此我們可以通過(guò)調(diào)用一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)來(lái)開(kāi)始LCD初始化。I2C初始化也可以這樣做。在這里，我們以 100kHz 開(kāi)始 I2C 通信，因?yàn)?RTC 模塊以 100kHz 工作。

Lcd_Start(); // Initialize LCD module

I2C_Initialize(100); //Initialize I2C Master with 100KHz clock

下面的函數(shù)用于在RTC模塊上設(shè)置時(shí)間和日期，一旦設(shè)置了時(shí)間和日期，請(qǐng)刪除此行。否則，每次啟動(dòng)程序時(shí)，都會(huì)一次又一次地設(shè)置時(shí)間和日期

//Remove the below line once time and date is set for the first time.

Set_Time_Date(); //set time and date on the RTC module

為了指示程序正在啟動(dòng)，我們顯示一個(gè)小的介紹屏幕，其中顯示項(xiàng)目名稱(chēng)和網(wǎng)站名稱(chēng)，如下所示

//Give an intro message on the LCD

Lcd_Clear();

Lcd_Set_Cursor(1,1);

Lcd_Print_String("Alarm Clock");

Lcd_Set_Cursor(2,1);

Lcd_Print_String(" -Circuit Digest");

__delay_ms(1500);

接下來(lái)在 while 循環(huán)中，我們需要從 RTC 模塊讀取當(dāng)前時(shí)間和日期，這可以通過(guò)調(diào)用以下函數(shù)來(lái)完成。

Update_Current_Date_Time(); //Read the current date and time from RTC module

調(diào)用上述函數(shù)將使用當(dāng)前值更新變量 sec、min 和 hour。為了在LCD屏幕上顯示它們，我們必須使用以下代碼將它們拆分為單個(gè)字符。

//Split the into char to display on lcd

char sec_0 = sec % 10;

char sec_1 = (sec / 10);

char min_0 = min % 10;

char min_1 = min / 10;

char hour_0 = hour % 10;

char hour_1 = hour / 10;

接下來(lái)，我們更新LCD屏幕上的值。當(dāng)前時(shí)間將顯示在第一行，必須觸發(fā)警報(bào)的設(shè)置時(shí)間顯示在第二行。執(zhí)行相同操作的代碼如下所示。

//Display the Current Time on the LCD screen

Lcd_Clear();

Lcd_Set_Cursor(1, 1);

Lcd_Print_String("TIME: ");

Lcd_Print_Char(hour_1 + '0');

Lcd_Print_Char(hour_0 + '0');

Lcd_Print_Char(':');

Lcd_Print_Char(min_1 + '0');

Lcd_Print_Char(min_0 + '0');

Lcd_Print_Char(':');

Lcd_Print_Char(sec_1 + '0');

Lcd_Print_Char(sec_0 + '0');

//Display the Date on the LCD screen

Lcd_Set_Cursor(2, 1);

Lcd_Print_String("Alarm: ");

Lcd_Print_Char(alarm_val[0] + '0');

Lcd_Print_Char(alarm_val[1] + '0');

Lcd_Print_Char(':');

Lcd_Print_Char(alarm_val[2] + '0');

Lcd_Print_Char(alarm_val[3] + '0');

現(xiàn)在，我們已經(jīng)在LCD上顯示了時(shí)間和設(shè)置時(shí)間，我們必須檢查用戶(hù)是否正在嘗試設(shè)置鬧鐘時(shí)間。為此，用戶(hù)必須按下中間按鈕，因此我們將檢查是否按下中間按鈕并切換變量以進(jìn)入警報(bào)設(shè)置模式。將再次按下相同的按鈕以確認(rèn)已設(shè)置值，在這種情況下，我們必須退出警報(bào)設(shè)置模式。因此，我們使用下面的代碼行來(lái)更改變量set_alarm的狀態(tài)。

//Use middle button to check if alarm has to be set

if (MB == 0 && set_alarm == 0) { //If middle button is pressed and alarm is not turned on

while (!MB); //Wait till button is released

set_alarm = 1; //start setting alarm value

}

if (MB == 0 && set_alarm == 1) { //If middle button is pressed and alarm is not turned off

while (!MB); //Wait till button is released

set_alarm = 0; //stop setting alarm value

}

如果用戶(hù)按下了中間按鈕，則表示他正在嘗試設(shè)置鬧鐘時(shí)間。在這種情況下，程序使用上面的代碼進(jìn)入警報(bào)設(shè)置模式。在警報(bào)設(shè)置模式下，如果用戶(hù)按下左或右按鈕，則意味著我們必須向左或向右移動(dòng)光標(biāo)。為此，我們只需遞增遞減光標(biāo)必須放置的位置值

if (LB == 0) { //If left button is pressed

while (!LB); //Wait till button is released

pos--; //Then move the cursor to left

}

if (RB == 0) { //If right button is pressed

while (!RB); //Wait till button is released

pos++; //Move cursor to right

}

在將按鈕與微控制器或微處理器一起使用時(shí)，有一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題需要解決。此問(wèn)題稱(chēng)為開(kāi)關(guān)彈跳。也就是說(shuō)，當(dāng)按下按鈕時(shí)，它可能會(huì)給MCU / MPU發(fā)出嘈雜的脈沖，這可能會(huì)偽造MCU的多個(gè)條目。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)在開(kāi)關(guān)上增加一個(gè)電容或在檢測(cè)到按鈕按下后立即使用延遲功能來(lái)解決。這種類(lèi)型的解決方案稱(chēng)為去抖動(dòng)。在這里，我們使用了一個(gè)while循環(huán)來(lái)將程序固定到位，直到按鈕被釋放。這不是最好的去抖動(dòng)解決方案，但對(duì)我們來(lái)說(shuō)，它會(huì)很好地工作。

while (!RB);

與左右按鈕類(lèi)似，我們也有上下按鈕，可用于增加或減少鬧鐘時(shí)間的值。執(zhí)行相同操作的代碼如下所示。請(qǐng)注意，設(shè)置的警報(bào)時(shí)間的每個(gè)字符都由數(shù)組的索引值尋址。這是我們可以輕松訪問(wèn)必須更改其值的所需字符。

if (UB == 0) { //If upper button is pressed

while (!UB); //Wait till button is released

alarm_val[(pos - 8)]++; //Increase that particular char value

}

if (BB == 0) { //If lower button is pressed

while (!UB); //Wait till button is released

alarm_val[(pos - 8)]--; //Decrease that particular char value

}

設(shè)置鬧鐘時(shí)間后，用戶(hù)將再次短按中間按鈕。然后我們可以開(kāi)始將當(dāng)前時(shí)間與設(shè)置的時(shí)間進(jìn)行比較。通過(guò)檢查當(dāng)前時(shí)間的每個(gè)字符是否等于設(shè)置時(shí)間的字符來(lái)進(jìn)行比較。如果值相等，那么我們通過(guò)設(shè)置 trigger_alarm 變量來(lái)觸發(fā)警報(bào)，否則我們只是比較直到它相等。

//IF alarm is set Check if the set value is equal to current value

if (set_alarm == 0 && alarm_val[0] == hour_1 && alarm_val[1] == hour_0 && alarm_val[2] == min_1 && alarm_val[3] == min_0)

trigger_alarm = 1; //Turn on trigger if value match

如果設(shè)置了警報(bào)，我們必須發(fā)出蜂鳴器以提醒用戶(hù)警報(bào)。這可以通過(guò)簡(jiǎn)單地定期切換蜂鳴器來(lái)完成，如下所示。

if (trigger_alarm) { //If alarm is triggered

//Beep the buzzer

BUZZ = 1;

__delay_ms(500);

BUZZ = 0;

__delay_ms(500);

}

模擬：

該程序也可以使用變形蟲(chóng)軟件進(jìn)行模擬。只需重新創(chuàng)建上面顯示的電路，并將十六進(jìn)制文件加載到 PIC 中即可。

模擬期間拍攝的屏幕截圖如下所示

當(dāng)您嘗試向項(xiàng)目添加新功能時(shí)，模擬變得非常有用。您 還 可以 使用 I2C 調(diào)試 器 模 塊 來(lái) 檢查 哪些 數(shù)據(jù) 通過(guò) I2C 總 線(xiàn) 進(jìn)出。您可以嘗試按下按鈕并設(shè)置鬧鐘時(shí)間。當(dāng)設(shè)定的時(shí)間等于當(dāng)前時(shí)間時(shí)，蜂鳴器將變高。

使用PIC16F877A的數(shù)字鬧鐘工作：

在試驗(yàn)板上構(gòu)建電路，從下載鏈接獲取代碼并使用MplabX和XC8編譯器進(jìn)行編譯。

編譯后，使用PicKit3編程器將程序上傳到您的硬件。電路圖中還顯示了將拾取器編程器連接到PIC IC的連接。程序上傳后，您應(yīng)該會(huì)看到介紹屏幕，然后顯示時(shí)間，然后您可以使用按鈕設(shè)置鬧鐘時(shí)間。通電時(shí)的硬件設(shè)置如下所示。

當(dāng)鬧鐘時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間匹配時(shí)，蜂鳴器將開(kāi)始發(fā)出蜂鳴聲以提醒用戶(hù)。完整的工作可以在下面的視頻中找到。該項(xiàng)目有很多選擇可以構(gòu)建。RTC 模塊可以跟蹤任何時(shí)間和日期，因此您可以在所需的任何時(shí)間/日期執(zhí)行計(jì)劃任務(wù)。您還可以連接風(fēng)扇或燈等交流電器，并在需要時(shí)安排其打開(kāi)或關(guān)閉。

/*

* Program: Alarm Clock Using PIC

* Author: B.Aswinth Raj

* More info: www.circuitdigest.com

* Created on 11 May, 2018, 3:02 PM

*/

#pragma config FOSC = HS // Oscillator Selection bits (HS oscillator)

#pragma config WDTE = OFF // Watchdog Timer Enable bit (WDT disabled)

#pragma config PWRTE = ON // Power-up Timer Enable bit (PWRT enabled)

#pragma config BOREN = ON // Brown-out Reset Enable bit (BOR enabled)

#pragma config LVP = OFF // Low-Voltage (Single-Supply) In-Circuit Serial Programming Enable bit (RB3 is digital I/O, HV on MCLR must be used for programming)

#pragma config CPD = OFF // Data EEPROM Memory Code Protection bit (Data EEPROM code protection off)

#pragma config WRT = OFF // Flash Program Memory Write Enable bits (Write protection off; all program memory may be written to by EECON control)

#pragma config CP = OFF // Flash Program Memory Code Protection bit (Code protection off)


#define _XTAL_FREQ 20000000 //We are running on 20MHz crystal


//Define the LCD pins

#define RS RD2 //Reset pin of LCD

#define EN RD3 //Enable pin of LCD

#define D4 RD4 //Data bit 0 of LCD

#define D5 RD5 //Data bit 1 of LCD

#define D6 RD6 //Data bit 2 of LCD

#define D7 RD7 //Data bit 3 of LCD


//Define Buttons

#define MB RB1 //The middle button

#define LB RB0 //Left button

#define RB RB2 //Right button

#define UB RB3 //Upper Button

#define BB RB4 //Bottom button


//Define Buzz

#define BUZZ RD1 //Buzzer is connected to RD1


/*Set the current value of date and time below*/

int sec = 00;

int min = 55;

int hour = 10;

int date = 06;

int month = 05;

int year = 18;

/*Time and Date Set*/


/*Vars for Alarm clock*/

char set_alarm = 0;

char trigger_alarm = 0;

char pos = 8;

char jump = 0;


char alarm_h0 = 0;

char alarm_h1 = 0;

char alarm_m0 = 0;

char alarm_m1 = 0;

int alarm_val[4] = {0, 0, 0, 0};

/*End of var declaration*/


#include

#include "lcd.h" //Header for using LCD module

#include "PIC16F877a_I2C.h" // Header for using I2C protocal

#include "PIC16F877a_DS3231.h" //Header for using DS3231 RTC module


int main() {


TRISD = 0x00; //Make Port D pins as outptu for LCD interfacing

TRISB = 0xFF; //Switchs are declared as input pins

OPTION_REG = 0b00000000; //Enable pull up Resistor on port B for switchs

BUZZ = 0; //Turn of buzzer


Lcd_Start(); // Initialize LCD module


I2C_Initialize(100); //Initialize I2C Master with 100KHz clock


//Remove the below line once time and date is set for the first time.

Set_Time_Date(); //set time and date on the RTC module


//Give an intro message on the LCD

Lcd_Clear();

Lcd_Set_Cursor(1,1);

Lcd_Print_String("Alarm Clock");

Lcd_Set_Cursor(2,1);

Lcd_Print_String(" -Circuit Digest");

__delay_ms(1500);


while (1) {


Update_Current_Date_Time(); //Read the current date and time from RTC module


//Split the into char to display on lcd

char sec_0 = sec % 10;

char sec_1 = (sec / 10);

char min_0 = min % 10;

char min_1 = min / 10;

char hour_0 = hour % 10;

char hour_1 = hour / 10;



//Display the Current Time on the LCD screen

Lcd_Clear();

Lcd_Set_Cursor(1, 1);

Lcd_Print_String("TIME: ");

Lcd_Print_Char(hour_1 + '0');

Lcd_Print_Char(hour_0 + '0');

Lcd_Print_Char(':');

Lcd_Print_Char(min_1 + '0');

Lcd_Print_Char(min_0 + '0');

Lcd_Print_Char(':');

Lcd_Print_Char(sec_1 + '0');

Lcd_Print_Char(sec_0 + '0');





//Display the Date on the LCD screen

Lcd_Set_Cursor(2, 1);

Lcd_Print_String("Alarm: ");

Lcd_Print_Char(alarm_val[0] + '0');

Lcd_Print_Char(alarm_val[1] + '0');

Lcd_Print_Char(':');

Lcd_Print_Char(alarm_val[2] + '0');

Lcd_Print_Char(alarm_val[3] + '0');


__delay_ms(50);



//Use middle button to check if alarm has to be set

if (MB == 0 && set_alarm == 0) { //If middle button is pressed and alarm is not turned on

while (!MB); //Wait till button is released

set_alarm = 1; //start setting alarm value

}

if (MB == 0 && set_alarm == 1) { //If middle button is pressed and alarm is not turned off

while (!MB); //Wait till button is released

set_alarm = 0; //stop setting alarm value

}



//If alarm has to be navigate through each digit

if (set_alarm == 1) {

if (LB == 0) { //If left button is pressed

while (!LB); //Wait till button is released

pos--; //Then move the cursor to left

}

if (RB == 0) { //If right button is pressed

while (!RB); //Wait till button is released

pos++; //Move cursor to right

}


if (pos >= 10) //eliminate ":" symbol if cursor reaches there

{

jump = 1; //Jump over the ":" symbol

} else

jump = 0; //get back to normal movement



if (UB == 0) { //If upper button is pressed

while (!UB); //Wait till button is released

alarm_val[(pos - 8)]++; //Increase that particular char value

}

if (BB == 0) { //If lower button is pressed

while (!UB); //Wait till button is released

alarm_val[(pos - 8)]--; //Decrease that particular char value

}


Lcd_Set_Cursor(2, pos + jump);

Lcd_Print_Char(95); //Display "_" to indicate cursor position

}


//IF alarm is set Check if the set value is equal to current value

if (set_alarm == 0 && alarm_val[0] == hour_1 && alarm_val[1] == hour_0 && alarm_val[2] == min_1 && alarm_val[3] == min_0)

trigger_alarm = 1; //Turn on trigger if value match




if (trigger_alarm) { //If alarm is triggered

//Beep the buzzer

BUZZ = 1;

__delay_ms(500);

BUZZ = 0;

__delay_ms(500);

}


__delay_ms(200);//Update interval


}


return 0;

}