教学打铃系统的设计.docx
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教学打铃系统的设计
教学打铃器
柳州运输职业技术学院
指导老师：
梁德坚万选明
项目队员：
卢为宇钟静来
摘要
本系统主要以SPCE061A单片机作为控制核心，用DS1337C时钟芯片来计算当前时间。
并通过LCD来显示当前时间和日期，以及设置打铃的数据。
设置的数据用FLASH来存储，以达到掉电后数据不丢失的目的。
本打铃器最多可以设置30路打铃时间，每天循环可设定双休日或单休日不打铃。
掉电后时间能保持当前时间和所设置好的数据，不用每次掉电后都要设置当前时间和设置的数据。
关键字：
SPCE061ADS1337C时钟芯片FLASH
1、系统设计
1.1任务
设计一个可设置多路打铃时间点的教学打铃器。
1.2要求
（1）可以实时显示当前时间。
（2）可以用键盘设定多个预定打铃时间。
（3）掉电后时间能与当前时间同步。
（4）预定打铃时间点的数据掉电后不丢失。
2、方案设计与论证
本项目设计的是一个教学打铃器，根题目的要求，我们设计了以下几个方案并进行论证。
2.1控制部分
方案一：
采用AT89S51单片机实现，此单片机软件编程自由度大，不但可用编程实现各种控制算法和逻辑控制，而且价格也很便宜。
但是AT89S51存储容量太小需外接存放器来存储数据。
如果系统增加语音播放功能，还需外接语音芯片，对外围电路来说，比较复杂，且软件实现也较麻烦。
另外，51单片机需要用仿真器来实现软硬件调试，较为繁琐。
方案二：
采用SPCE061A单片机实现，此单片机内置32KFLASH，不需外接存储芯片。
而且具有很强大的语音功能，如果本系统要加语音功能的话也很方便。
另外，比较方便的是该芯片内置在线仿真、编程接口，可以方便实现在线调试，这大大加快了系统的开发与调试。
综上所述，由于本系统要求存储的数据量比较多，通过比较我们选择方案二。
2.2时钟部分
方案一：
采用单片机内部功能来实现。
主要是通过中断来进行时间计算，通过变量之间来换算，以达到计时的目的。
但是，一旦单片机断电的话，时间就不能保持当前时间，再次上电又得重新设置时间。
还有一个很严重的问题就是，走时精确的误差大于30秒。
对时间要求精确度高的器件来说，即使给单片机提供掉电保护装置使单片永不断电来确保时间不间断，但是时间误差太大做出来的打铃器也不实用。
方案二：
采用DS1337I2C时钟芯片来实现。
DS1337串行实时时钟是低功耗时钟/日历芯片,具有两个可编程日历闹钟与一路可编程方波输出。
地址与数据通过I2C总线串行传送。
时钟/日历可以提供秒、分、小时、星期、日、月、年信息。
对于少于31天的月份,到每月的最后一天会自动进行调整，包括闰年调整。
该时钟可以通过AM/PM指标器工作在24小时模式或12小时模式。
精确度很高，很适合于作时钟器件。
综上所述，由于本系统要求时间精确度高，所以我们选择方案二。
2.3显示部分
方案一：
采用LED来实现。
LED亮度高看起比较醒目，而且价格便宜。
但是LED显示比较单调，一般只能显示数字，对于汉字很显示出来。
根据本设计的要求很难实现。
方案二：
采用MzL05-12864LCD来实现。
LCD能显示的内容很丰富，在LCD上显示多级菜单，用户通过键盘输入设定信息只要通过编程就可以显示不同的代码。
而且让人看起来很直观。
对于本系统的要求能够很容易的实现。
综上所述，由于本系统要显示的内容比较多，所以我们选方案二。
3、系统硬件电路设计
3.1设计思路
根据题目要求系统可划分为以下几个基础模块，如图3-1：
图3-1系统方框图
3.2各模块电路设计
3.2.1键盘电路
六个按键分别接IOB0~IOB5
图3-2键盘原理图
3.2.2电源和继电器控制电路图及说明
电源主要采用LM7805和LM7824来做稳压，其中+5V用来为单片机供电，另外一路+24V用来做电铃电源。
继电器采用5V的，通过单片机的IO口用来控制继电器的吸合，以达到控制电铃响或停的目的。
图3-3电源原理图
3.2.3DS1337时钟芯片电路图及说明
DS1337C是两线的I2C总线时钟芯片，内罢晶振。
其中4-13脚为空脚，要接地。
VCC用3V的CR2032纽扣电池，主要是为DS1337C单独供电，为了在单片机断电时时间还在继续跳动保持着当前时间。
值得注意的是DS1337C一定要与单片机共地否则不能读出
（a）原理图
（b）封装图
图3-4DS1337C原理图和封装图
4、软件设计
4．1I2C总路线的编程
4．1.1I2C总线工作原理
I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。
在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。
各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。
CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。
这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。
I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：
开始信号、结束信号和应答信号。
①开始信号：
SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
②结束信号：
SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
③应答信号：
接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。
CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。
若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
通信时序图4-1。
图4-1I2C总线通信时序图
4.1.2I2C总线的数据传输
发送到SDA线上的每个字节必须为8位。
每次传输可以发送的字节数量不受限制。
每个字节后必须跟一个响应位首先传输的是数据的最高位（MSB）。
如果从机要完成一些其他功能后（例如一个内部中断服务程序）才能接收或发送下一个完整的数据字节，可以使时钟线SCL保持低电平迫使主机进入等待状态。
当从机准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL后，数据传输继续。
数据传输时序图4-2。
图4-2I2C总线的数据传输
4．1.3读写操作
数据的传输遵循图4-3所示的格式。
在起始条件（S）后，发送了一个从机地址。
这个地址共有7位，紧接着的第8位是数据方向位（R/W）‘0’表示发送（写），‘1’表示请求数据（读）。
图4-3完整的数据传输
4.2程序结构图
图4-3程序方框图
4.2.1主程序流程图
图4-4主程序方框图
4.2.2中断流程图
5、测试结果
对本设计教学打铃器测试看是否完成设计所要求如表5-1、5-2所示：
表5-1
实际
LCD显示结果
是否一致
设定测试项
日历
2008年7月20日
2008年7月20日
一致
星期
星期日
星期日
一致
时间（时、分、秒）
15:
58:
28
15:
58:
28
一致
表5-2
设置时间点
到该打铃时间点是否响铃
开响铃
8:
30
响
9:
00
响
关响铃
8:
30
不响
9:
30
不响
从表5-1、5-2得到测试结果与实际一致。
6、总结
由于SPCE061A的时钟精度高，内置32KFLASH，而且具有一定的语音处理功能等，这些为我们实现本项目设计提供了非常有利的条件。
同时，经过测试表明本教学打铃器完成了所需要的要求。
7、结束语
我们的教学打铃器在完成设计要求的前提下，还可以扩充一些功能，只需要程序上的编写。
通过做这个项目我们对SPCE061有了进一步了解，同时对I2C总线和FLASH读写也有了一定的认识。
致谢：
柳州运输职业技术学院科技创新实验室
参考文献：
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北京航空航天大学出版社，2006.
[2]21IC中国电子网
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单片微型计算机原理与接口技术。
北京：
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[5]万方数据资源统一服务系统。
[6]RamonPallas-Areny，JohnG.Webster（美）.传感器和信号调节，第2版.张伦译.北京：
清华大学出版社，2003.
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