自動打鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 <<綜合課程設(shè)計(jì)>>自動打鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：自動打鈴系統(tǒng)專 業(yè)：電子信息工程年 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 聯(lián)系電話： 指導(dǎo)老師： 完成日期： 2013年12月30日2自動打鈴系統(tǒng)摘要在現(xiàn)如今快節(jié)奏的生活中，人們對于時(shí)間的要求越來越苛刻，很多時(shí)候需要對時(shí)間規(guī)劃，然后到時(shí)間點(diǎn)就要有時(shí)間提醒，這就必須用到時(shí)中提醒裝置，亦可稱為打鈴裝置。打鈴裝置有很多種，比如手機(jī)的打鈴系統(tǒng)，鬧鐘的機(jī)械打鈴系統(tǒng)，廣播打鈴系統(tǒng)等等，但是日常生活中見得最多的還是校園的自動打鈴系統(tǒng)。在學(xué)校生活中，每天上課都離不開打鈴系統(tǒng)的使用。打鈴器可以為上下課的學(xué)生和老師們提供時(shí)間提醒，有利于師生對上課和學(xué)

2、習(xí)的合理安排。同事也可以作為一個(gè)提醒學(xué)生作息時(shí)間的時(shí)間表，讓老師和學(xué)生都有一個(gè)規(guī)律科學(xué)的時(shí)間安排。因此，打鈴系統(tǒng)的核心部分也是時(shí)鐘部分，為系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)。 本設(shè)計(jì)主要是針對適用于校園打鈴系統(tǒng)要求的，其介紹了一種基于單片機(jī)的自動打鈴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為控制器，以DS1302時(shí)鐘芯片為系統(tǒng)提供時(shí)間，并在1602液晶顯示器上顯示，通過按鍵可以設(shè)定定時(shí)打鈴時(shí)間和打鈴間隔。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語言來完成，C語言語法簡潔，使用方便，用于完成軟件設(shè)計(jì)非常方便。關(guān)鍵詞：打鈴器、STC89C52單片機(jī)、DS1302、LCD1602ABSTRACT In today's fast

3、-paced life, people are more and more requirements, in many cases need time to plan, and then to point in time will have time to remind, which must be used to remind device, also known as Bell equipment. Bell devices there are many, such as phone ringing system, the mechanical Bell alarm clock syste

4、m, broadcast the Bell System, and so on, but in everyday life up to the school bell system automatically. In school life, are inseparable from the Bell system used in class every day. Bell can provide reminder of students and teachers to and from school, reasonable arrangements conducive to teachers

5、 and students on school and learning. Colleagues can be used as an alert student hours schedule, so that teachers and students have a timeline of the laws of science. Accordingly, Bell clock in the core part of the system, provide a time reference for the system. Designed primarily for the Bell Syst

6、em requirements apply to the campus, and introduces an automatic Bell system based on single-chip design methods, systems with STC89C52 single-chip controller, DS1302 provides the system time clock chip, in 1602 and displayed on the LCD by pressing the set ringing and ringing in intervals of time on

7、 a regular basis. System software design using the c language to complete, c language syntax is simple, easy to use, is very convenient for completing a software design.Key Words: t Bell, DS1302, collector, STC89C52 single-chip LCD1602目錄摘要IABSTRACTII1.1設(shè)計(jì)要求11.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證11.2.1 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證11

8、.2.3 時(shí)鐘芯片的選擇方案和論證：21.3 電路設(shè)計(jì)最終方案決定22主要元件介紹32.1 STC89C52以及最小系統(tǒng)介紹32.1.1 STC89C52主要功能及PDIP封裝32.1.2 STC89C52引腳介紹32.1.3 STC89C52最小系統(tǒng)52.2 DS1302時(shí)鐘芯片以及時(shí)鐘集成模塊介紹62.2.1 DS1302概述62.2.2 DS1302引腳介紹72.2.3 DS1302使用方法72.2.4 時(shí)鐘集成模塊內(nèi)部原理圖102. 3 1602字符液晶以及顯示模塊介紹112.3.1 1602液晶概述112.3.2 1602引腳介紹112.3.3 1602字符液晶使用方法122.3.4

9、 LCD顯示模塊原理圖153系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)163.1 電路設(shè)計(jì)框圖163.2 系統(tǒng)硬件概述164系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)174.1程序流程框圖175系統(tǒng)測試與總結(jié)185.1 系統(tǒng)測試185.2 總結(jié)19參考文獻(xiàn)20附錄一：21附錄二：22III 1設(shè)計(jì)要求與方案論證1.1設(shè)計(jì)要求1. 打鈴的時(shí)間可設(shè)置2. 系統(tǒng)具有多種工作模式3. 可以通過按鍵選擇系統(tǒng)的工作模式4. 其他擴(kuò)展功能1.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 1.2.1 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證方案一: 采用STC89C52芯片作為硬件核心。STC89C52內(nèi)部具有8KB ROM 存儲空間,512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間，帶有2K字節(jié)的EEPROM存儲空間，與

10、MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,STC89C52可以通過串口下載。方案二: 采用AT89S52。AT89S52片內(nèi)具有8K字節(jié)程序存儲空間，256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲空間沒有EEPROM存儲空間，也與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，具有在線編程可擦除技術(shù)。兩種單片機(jī)都完全能夠滿足設(shè)計(jì)需要，STC89C52相對ATS89C52價(jià)格便宜，且抗干擾能力強(qiáng)?？紤]到成本因素，因此選用STC89C52。 1.2.2 顯示模塊選擇方案和論證：方案一： 采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示。點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi),且也相對較高,所以不用此種作為顯示。方案二：采用L

11、ED數(shù)碼管動態(tài)掃描。LED數(shù)碼管價(jià)格便宜,對于顯示數(shù)字最合適,但功耗較大，且顯示容量不夠，所以也不用此種方案。方案三： 采用LCD液晶顯示屏。液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,可顯示大量文字，顯示多樣,清晰可見,且價(jià)格適中，所以采用了LCD數(shù)碼管作為顯示。1.2.3 時(shí)鐘芯片的選擇方案和論證：方案一： 直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大。所以不采用此方案。方案二： 采用DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘，DS1302芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動對秒、分、時(shí)、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)

12、行計(jì)數(shù)，而且精度高,工作電壓2.5V5.5V范圍內(nèi)，2.5V時(shí)耗電小于300nA. 1.3 電路設(shè)計(jì)最終方案決定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用STC89C52單片機(jī)作為主控制系統(tǒng);采用DS1302作為時(shí)鐘芯片;采用1602 LCD液晶作為顯示器件。232主要元件介紹2.1 STC89C52以及最小系統(tǒng)介紹2.1.1 STC89C52主要功能及PDIP封裝STC89C52是由深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機(jī)。STC89C52主要功能如表2-1-1所示，其PDIP封裝如圖2-1-1所示表2-1-1：STC89C52主要功能主要功能特性兼容MC

13、S51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能2.1.2 STC89C52引腳介紹1.主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線2.外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端3.控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高

14、電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。4.可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.

15、0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7圖2-1-1：STC89C52 PDIP封裝圖2.1.3 STC89C52最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)是指能進(jìn)行正常工作的最簡單電路。STC89C52最小應(yīng)用系統(tǒng)電路如圖3所示。它包含五個(gè)電路部分：電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、片內(nèi)外程序存儲器選擇電路、輸入/輸出接口電路。其中電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路是 保證單片機(jī)系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的三部分電路，缺一不可。電源電路 芯片引腳VCC一般接上直流穩(wěn)壓電源+5V，引腳GND接電源+5V的負(fù)極，電源電壓范圍在45.5之間，可保證單片機(jī)系統(tǒng)能正常工作。時(shí)鐘電路 單片機(jī)

16、引腳18和引腳19外接晶振及電容， STC89C52芯片的工作頻率可在233MHz范圍之間選，單片機(jī)工作頻率取決于晶振XT的頻率，通常選用11.0592MHz晶振。兩個(gè)小電容通常取值3pF，以保證振蕩器電路的穩(wěn)定性及快速性。復(fù)位電路 一般若在引腳RST上保持24個(gè)工作主頻周期的高電平，單片機(jī)就可以完成復(fù)位，但為了保證系統(tǒng)可靠地復(fù)位，復(fù)位電路應(yīng)使引腳RST保持10ms以上的高電平。如圖復(fù)位電路帶有上電自動復(fù)位功能，當(dāng)電路上電時(shí)，由于C1電容兩端電壓值不能突變，電源+5V會通過電容向RST提供充電電流，因此在RST引腳上產(chǎn)生一高電平，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。隨著電容C1充電，它兩端電壓上升使得RST

17、電位下降，最終使單片機(jī)退出復(fù)位狀態(tài)。正常運(yùn)行時(shí)，可按復(fù)位按鈕對單片機(jī)復(fù)位圖:2-1-2：STC89C52最小系統(tǒng)2.2 DS1302時(shí)鐘芯片以及時(shí)鐘集成模塊介紹2.2.1 DS1302概述DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），同時(shí)提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信圖2-2-3：DS1302封裝圖2.2.2 DS1302引腳介紹各引腳功能為：Vcc：主電源；Vcc2:備用電源。當(dāng)Vcc

18、2>Vcc1+0.2V時(shí)，由Vcc2向DS1302供電；當(dāng)Vcc2<Vcc1時(shí)，由Vcc1向DS1302供電。SCLK：串行時(shí)鐘輸入端，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出I/O：三線接口時(shí)的雙向數(shù)據(jù)線 CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間必須為高2.2.3 DS1302使用方法(1) 時(shí)鐘芯片DS1302的工作原理： DS1302在每次進(jìn)行讀、寫程序前都必須初始化，先把SCLK端置 “0”，接著把RST端置“1”，最后才給予SCLK脈沖；讀/寫時(shí)序如圖5所示。表2為DS1302的控制字，此控制字的位7必須置1，若為0則不能把對DS1302進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)。對于位6，若對程序進(jìn)行讀/寫時(shí)RAM=1，對時(shí)間

19、進(jìn)行讀/寫時(shí)，CK=0。位1至位5指操作單元的地址。位0是讀/寫操作位，進(jìn)行讀操作時(shí)，該位為1；該位為0則表示進(jìn)行的是寫操作。控制字節(jié)總是從最低位開始輸入/輸出的。表6為DS1302的日歷、時(shí)間寄存器內(nèi)容：“CH”是時(shí)鐘暫停標(biāo)志位，當(dāng)該位為1時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位為0時(shí)，時(shí)鐘開始運(yùn)行?！癢P”是寫保護(hù)位，在任何的對時(shí)鐘和RAM的寫操作之前，WP必須為0。當(dāng)“WP”為1時(shí)，寫保護(hù)位防止對任一寄存器的寫操作。(2) DS1302的控制字節(jié)DS1302的控制字如表所示。控制字節(jié)最高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果0，則表

20、示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5至位1指示操作單元的地址；最低有效位（位0）如為0表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始傳輸表2-1-2：DS1302控制字1RAMA4A3A2A1A0RDCKWR (3) 數(shù)據(jù)輸入輸出（I/O）在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。其讀寫時(shí)序如圖2-2-4示圖2-2-4：DS1302讀寫時(shí)序（4）DS1302寄存器DS1302中與時(shí)間、日期有關(guān)的寄存

21、器共有12個(gè)，其中7個(gè)存放數(shù)據(jù)的格式為BCD碼格式，其讀寫地址如下表2-1-3所示表2-1-3：DS1302時(shí)鐘寄存器讀寄存器寫寄存器Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7范圍81H80HCH10秒秒00-5983H82H10分分00-5985H84H12010時(shí)時(shí)0-2324AM/PM1-1287H86H10日日1-3189H88H10月月1-128BH8AH00000周1-78DH8CH10年年00-998FH8EHWP0000000第一行秒寄存器，CH為時(shí)鐘暫停標(biāo)志位，該位為1時(shí)時(shí)鐘停止，該位為0時(shí)時(shí)鐘運(yùn)行第二行分寄存器，bit0bit6表示分鐘數(shù)，因采用BCD

22、編碼，所以低四位最大能表示的數(shù)字為9，計(jì)數(shù)滿向高三位進(jìn)1。第三行時(shí)寄存器，12/24用來定義DS1302小時(shí)的運(yùn)行模式，12小時(shí)模式下bit5為1表示PM下午，bit5為0表示AM上午第八行控制寄存器，bit7是寫保護(hù)位WP，當(dāng)WP為1時(shí)，寫保護(hù)位可防止對任一寄存器的寫操作，在任何的對時(shí)鐘和RAM的寫操作之前，WP位必須為0 此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命

23、令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。2.2.4 時(shí)鐘集成模塊內(nèi)部原理圖 圖2-2-5：DS1302內(nèi)部原理圖2. 3 1602字符液晶以及顯示模塊介紹2.3.1 1602液晶概述工業(yè)字符型液晶，1602是指顯示的內(nèi)容為16*2，即能夠同時(shí)顯示兩行，每行16個(gè)字符。常見的1602字符液晶有兩種，一種顯示的是綠色背光黑色字體，另一種顯示藍(lán)色背光白色字體，目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的。本課題所用1602液晶模塊，

24、顯示屏是藍(lán)色背光白色字體。如圖2.3.1所示圖2-2-6：1602字符液晶2.3.2 1602引腳介紹表2-1-4：1602字符液晶引腳說明    編號符號引腳說明編號符號引腳說明1GND電源地2VCC電源正極3VO液晶顯示對比度調(diào)節(jié)端4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端5R/W讀寫選擇6E使能信號7D0數(shù)據(jù)口8D1數(shù)據(jù)口9D2數(shù)據(jù)口10D3數(shù)據(jù)口11D4數(shù)據(jù)口12D5數(shù)據(jù)口13D6數(shù)據(jù)口14D7數(shù)據(jù)口15BLA背光電源正16BLK背光電源負(fù)各個(gè)引腳具體功能說明：第1腳：GND為地電源。第2腳：VCC接5V正電源。第3腳：VO為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地

25、電源時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會產(chǎn)生重影，使用一個(gè)1K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：DB0DB7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第1516腳：背光燈電源。2.3.3 1602字符液晶使用方法（1）基本操作時(shí)序操作輸入輸出讀狀態(tài)RSL，RWH，EHD0D7狀態(tài)字寫指令RSL，RWL，D0D7指令碼，E高脈沖無讀數(shù)據(jù)RSH，RWH，EHD0D7數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)RSH，RWL，D0D7數(shù)據(jù)，E高脈沖無圖2-2

26、.7：1602液晶讀時(shí)序圖圖2-2-8：1602液晶寫時(shí)序圖（2）RAM1602液晶控制器芯片內(nèi)部帶有80個(gè)8位的RAM緩沖區(qū)，其地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系如圖2-2-9示圖2-2-9（3）1602字符液晶字庫  1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如下表所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A” 。表2-1-5 高位低位0000001000110

27、100010101100111101010111100110111101111XXXX00000Pp-PXXXX0001!1AQaqäqXXXX0010“2BRbrXXXX0011#3CScsXXXX0100$4DTdtXXXX0101%5EUeuoXXXX0110&6FVfvXXXX01117GWgwXXXX1000(8HXhxfXXXXX1001)9IYiy-1yXXXX1010*：JZjz千XXXX1011+；Kk萬XXXX1100,<L¥l|XXXX1101-=Mm÷XXXX1110。>NnñXXXX1111/?O-o

28、6;2.3.4 LCD顯示模塊原理圖圖2-2-10 LCD顯示模塊原理圖3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 電路設(shè)計(jì)框圖圖3-1：硬件框圖3.2 系統(tǒng)硬件概述電路以STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)為控制核心，時(shí)鐘電路由高精度低功耗的DS1302提供，采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，輸入部分采用四個(gè)獨(dú)立式按鍵S1、S2、S3、S4、S5。1602液晶顯示部分，D0D7口與單片機(jī)P0口相連。具體電路連接，詳見附錄14系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1程序流程框圖圖3-2：主程序框圖5系統(tǒng)測試與總結(jié)5.1 系統(tǒng)測試 從開始準(zhǔn)備到寫完論文大概花了一周時(shí)間，原理圖和PCB制作花了一天時(shí)間，在這期間主要遇到的問題是Altium Designer軟件的使用,遇到問題主要到百度上查找答案，PCB做出之后緊接著就是焊接元器件，這部分由于粗心將電解電容正負(fù)極焊反，后面經(jīng)過萬用表不斷的測試才判斷出來，及時(shí)糾正過來，焊接與硬件調(diào)試大概花了半天時(shí)間。緊接著大部分的時(shí)間都花費(fèi)在硬件與軟件的結(jié)合調(diào)試上，在調(diào)試過程中使用自己在網(wǎng)上買的51單片機(jī)開發(fā)板上進(jìn)行一步一步的調(diào)試。由于是