基于51单片机的教学打铃控制器的设计论文正文.docx
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基于51单片机的教学打铃控制器的设计论文正文
毕业设计（论文）任务书
题目：
基于51单片机的教学打铃控制器的设计
系名信息工程系
专业自动化
学号6010202392
学生姓名赵金奇
指导教师扈书亮
职称讲师
2013年12月10日
一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。
）
工作基础：
了解基于DS1302实时时钟的基本命令格式，能熟练使用51系列单片机。
研究条件：
利用DS1302实现时间、日期的计量，利用数码管实现信息的显示，利用51单片机实现时间日期的获取，并可接受来自键盘的按键信息，完成时间、日期的设定，通过当期时间日期与设定时间日期的比对，实现打铃控制。
设定信息将存储在存储芯片中。
应用环境：
可编程的定时器的控制器的设定应用。
工作目的：
熟练掌握51单片机的C编程。
熟练掌握DS1302/AT24C02的编程方法。
熟练掌握PROTEUS仿真技术。
二、参考文献
[1]单片机的C语言应用程序设计，马忠梅，北京航空航天大学出版社，2007.
[2]基于FM1702射频识别读写器的设计与实现,邢海霞，索明何.嵌入式计算机,2007.
[3]新概念51单片机C语言教程,郭天祥，电子工业出版社，2008.
[4]C程序设计（第三版），谭浩强，清华大学出版社，2007.
[5]The8051MicrocontrollerandEmbeddedSystems,MuhammadAliMazidietc.
三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。
）
1、完成DS1302的时间获取与设定。
2、完成基于AT24C02的数据存储。
3、完成当前时间/日期信息的显示以及设定信息的显示。
4、能够进行时间日期的比对控制。
指导教师（签字）
年月日
审题小组组长（签字）
年月日
本科生毕业设计（论文）开题报告
课题名称
基于51单片机的教学打铃控制器的设计
系名称
信息工程系
专业名称
自动化
学生姓名
赵金奇
指导教师
扈书亮
一、课题来源及意义
近年来随着电子技术和微型计算机的迅速发展，单片机的档次不断提高，其应用领域也在不断的扩大。
已在工业控制﹑尖端科学、智能仪器仪表、日用家电、汽车电子系统、办公自动化设备、个人信息终端及通信产品中得到广泛应用，成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。
单片机比通用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。
事实上单片机是世界上数量最多的计算机。
现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。
手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。
而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。
汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作。
当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未有的速度被单片机智能控制系统所取代。
单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说智能控制与自动控制的核心就是单片机。
现代社会发展速度越来越快，随之人们的时间观念也逐渐加强，在学校日常生活中师生也都需要一个准确的时间提醒来帮助自己更好地完成相关工作。
本课题将利用DS1302获取当前时间、日期,数码管实现相应信息的显示，用51单片机实现对DS1302的控制，完成时间日期的获取，并可接受来键盘的按键信息，完成时间、日期的设定，通过当期时间日期与设定时间日期的比对，实现打铃控制，并设定信息将存储在存储芯片中。
二、研究目标
1、熟练掌握51单片机的C编程。
2、熟练掌握DS1302∕AT24C02的编程方法。
3、完成基于51单片机的教学打铃控制器的程序设计并能够进行系统调试。
三、研究内容
整体系统设计框图
本次设计主要包括单片机模块、DS1302模块、数码管显示器模块、继电器模块四个部分。
通过内部定时产生中断，从而驱动电铃打铃。
本设计采用5V供电，属于小功率稳压电源，所以可以采用三端稳压芯片。
使用其设计的是线性开关、线性稳压电路，具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、纹波电压小等优点。
AT89C51具有体积小、功耗小。
含有中断、定时∕计数器。
且I∕O接口数相对较多，价钱也相对比较便宜。
四、研究方法与手段
利用DS1302实现时间、日期的计量，利用数码管实现信息的显示，利用51单片机实现时间日期的获取，并可接受来自键盘的按键信息，完成时间、日期的设定，通过当期时间日期与设定时间日期的比对，实现打铃控制，完成该系统的C51程序设计，并在此基础上完成基于PROTEUS7的系统仿真，实现系统联调，完成设计中所要求的功能。
五、进度安排
1、2013.12.10—2014.03.14查找资料，通过书籍和视频学习使用AT89C51单片机编程的基本方法，了解DS1302系统的基本概念，完成开题报告。
2、2014.03.15—2014.03.29掌握AT89C51单片机编程的基本方法和液晶显示控制器的控制方法。
3、2014.03.30—2014.04.20编写程序，完成单片机基于DS1302处理。
4、2014.04.21—2014.05.25完成基于51单片机的教学打铃控制器的设计，并进行检验和总结。
5、2014.05.26—2014.06.05撰写论文，准备答辩。
六、主要参考文献
[1]陈凯秦实宏等.《基于GSM模块的收发控制系统设计》[J].武汉工程大学学报.2011年 .
[2]田思源姚玉霞等.《智能化楼宇安防自动监控报警系统的研究》[J].
[3]马士宝张国玉等.《基于GSM模块的无线报警系统设计》[J].长春理工大学学报.2009年.
[4]刘松赵忠等.《基于GSM的远程家庭智能监控系统设计[J].产品设计与实现.2009年.
[5]刘海成 AVR单片机原理及测控工程应用[M].北京航空航天大学出版社，2008年.
[6]周明德.《微型计算机硬件软件及应用》[M].清华大学出版社.1982年.
[7]宋宏运.《单片微机计算机原理及应用》[M].重庆大学出版社.1990.
[8]何立民.《单片机应用系统设计》[M].北京航空航天大学出版社.1990年.
[9]王福瑞等.《单片机测控系统设计大全》[M].北京航空航天大学出版社.2002年.
[10]康华光 电子技术基础（模拟部分）[M].北京:
高等教育出版社,2006年.
[11]阎石 数字电子技术基础（第五版）[M].北京:
高等教育出版社,2006年.
[12]谭浩强.C程序设计[M].北京:
清华大学出版社.2005年.
[13]谢维成，杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计（第2版）[M].北京清华大学出版社,2009.
[14]ISD4004 Series Single-Chip Voice Record/Playback Device Data Book,Winbond Inc.2000.
[15]TanKMC,MaxionRA.Determiningtheoperationallimitsofananomaly-basedintrusiondetector.IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications.2003.
选题是否合适：
是□否□
课题能否实现：
能□不能□
指导教师（签字）
年月日
选题是否合适：
是□否□
课题能否实现：
能□不能□
审题小组组长（签字）
年月日
毕业设计（论文）说明书
题目：
基于51单片机的教学打铃控制器的设计
系名信息工程系
专业自动化
学号6010202392
姓名赵金奇
指导教师扈书亮
2014年6月6日
摘 要
现在，生活节奏加快，人们对时间的规划也越来越重视，这就要用时钟提醒装置，即打铃装置。
在校园生活中，用到最多的还是校园的自动打铃装置。
每天都离不开打铃系统的使用，它不仅可以为学生和老师提供一个上下课的时间提醒，还可以提醒学生形成一个良好的作息时间表，科学合理的规划学习生活。
因此，打铃系统的核心部分也是时钟部分，为系统提供时间基准。
本设计主要是针对适用于校园打铃系统要求的，介绍了一种基于单片机的自动打铃系统的设计方法。
系统以AT89C51单片机为控制器，以DS1302时钟芯片为系统提供时间，并在显示设备上显示，通过按键可以设定定时打铃时间和打铃时间间隔。
系统软件设计采用C51语言来完成，使用方便，用于完成软件设计非常方便。
关键字：
打铃器；AT89C51单片机；DS1302；显示器
ABSTRACT
Now,theacceleratedpaceoflife,peoplehavetimetoplanmoreandmoreattention,whichusetutorsinsizedevicethatrangthebelldevice.Mostusedineverydaylifeorcampusautomaticbelldevice.Inschoollife,areinseparablefromdailyusetofightbellsystem,itcannotprovideatimetoremindtheclass,butalsotoremindthestudentstoformagoodworkschedule,rationalplanningoflifesciencelearningforstudentsandteachers.Thus,thecoreofthebellsystemclockisalsopartofthesystemtoprovideatimereference.
Thispaperismainlyappliedtothecampusforthebellsystemrequirements,describestheautomaticbellsystemdesignapproachbasedonasinglechip.SystemisAT89S51microcontrollercontrollerDS1302clockchiptoprovidetimeforthesystem,andontheLCDdisplay,bypressingabuttonyoucansetthetimerrangthebellandrangthebelltimeinterval.SystemsoftwaredesignusingClanguagetoaccomplish,Easytouse,veryconvenientforthecompletionofsoftwaredesign.
Keywords:
Belling；AT89S51microcontroller；DS1302；Display
目 录
第一章 绪论
1.1 课题背景与来源
当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未有的速度被单片机智能控制系统所取代。
单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。
目前，一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。
学习单片机的最有效的方法就是理论与实践并重，本文用AT89C51单片机设计的一个自动打铃系统。
单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有20多年了。
由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列的优点。
目前已经渗入到人们生活和工作的方方面面，单片机的应用领域已经从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。
近年来，随着电子技术和微机计算机的迅速发展，单片机的档次不断提高，其应用领域也在不断的扩大，已在工业控制、尖端科学、智能仪器仪表、日用家电、汽车电子系统、办公自动化设备、个人信息终端及通信产品中得到了广泛的应用，成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。
1.2 课题意义
在日常生活中我们是常用到定时控制，如扩印过程的曝光定时等等。
早期常用的一些时间控制单元都是用模拟电路设计制作的，其定时准确性和精度都不是很理想，现在基本上都是基于数字电子技术的新一代产品，随着单片机性价比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛。
大则可以构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的功能，小则可以用于家电控制，甚至可以用于儿童电子玩具。
它具有功能强大、体积小、质量轻、灵活好用等一系列特点。
配以适当的接口芯片，可以构成各种各样、功能各异的微电子产品。
随着电子技术突飞猛进的发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。
这些具有人们所需要的智能化特性产品减轻了人们的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供可能。
根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能定时打铃器，它有基本的定时打铃功能，还有时间功能，方便使用者能随时掌握时间，方便人们的生活。
1.3 课题设计内容
系统主要由主控模块，时钟模块，显示模块，键盘接口模块等4部分组成。
通过内部定时产生中断，从而驱动电铃打铃。
本设计采用5V电源，属于中小功率稳压电源，所以可以采用三端稳压芯片。
用其设计的是线性开关、线性稳压电路，具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、纹波电压小等优点。
AT89C51具有体积小、功耗小。
含有中断、定时∕计数器。
且I/O接口数相对较多，价钱也相对比较便宜。
利用DS1302实现时间、日期的计量，利用数码管实现信息的显示，利用51单片机实现时间日期的获取，并可接受来键盘的按键信息，完成时间、日期的设定，通过当期时间日期与设定时间日期的比对，实现打铃控制，完成该系统的C51程序设计，并在此基础上完成基于PROTEUS7的系统仿真，实现系统联调，完成设计中所要求的功能。
1.4 本章小结
本章主要介绍了课题的背景和意义，对单片机的优点及结构做了简要叙述，也对本系统的应用和概况进行了说明。
第二章 系统的硬件设计
2.1 系统设计方案
（1）设计能正常工作的一个单片机最小硬件系统，外围电路包括设置键盘，数码管显示屏；
（2）进行软件设计，利用单片机系统时钟先设计一个高精度的内部时钟系统，最小精确时间为期1秒；
（3）在秒计数器的基础上设计一个24小时时钟，并设计若干定时功能；
（4）设计打铃执行机构，完成自动打铃功能。
图2-1 系统设计框图
2.2 MCS-51单片机
2.2.1 AT89C51单片机性能
AT89C51是一种带4K字节FLASH可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能的8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将8位CPU和FLASH存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
引脚说明：
VCC：
供电电压。
P0口：
P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
P3口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
AT89C51各部分引脚图如下：
图2-2 AT89C51引脚说明
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR中的8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
为使该模块化自动打铃系统具有更加方便和灵活性，对系统的硬件做了精心设计。
硬件电路包括七段式数码管驱动模块、蜂鸣器驱动模块、按健控制模块等三大模块。
2.2.2 单片机最小系统电路
单片机最小系统由晶振电路和复位电路组成。
电路如下所示。
晶振电路用于产生单片机工作时所需的时钟信号，单片机的指令必须在时钟信号下按照时序进行。
晶振电路通常用两种设计方式：
内部振荡方式和外部振荡方式。
内部震荡方式是在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接一个晶振振荡器，与单片机内部的振荡器组成时钟信号；外部振荡方式是在外部将已有脉冲信号引入单片机内，一般用于使单片机的时钟与外部信号保持同步。
本设计选用内部振荡方式，在XTAL1和XTAL2引脚之间连一个12MHz的晶振，再分别外接30p的对地电容。
单片机在启动是需要复位，使系统各器件处于初始状态。
复位引脚为RST，当系统上电后晶振电路稳定后，RST引脚有一个高电平且持续两个机器周期以上，单片机系统就能实现复位功能。
手动复位是在RST引脚设置按键，当案件按下时，RST引脚会有高电平，即可实现复位功能；上电复位是在RST引脚连接一个电解电容接至电源，再接一个电阻接地，系统上电时，电容充电，只要电容上的上升时间不超过1ms，就可以实现复位功能。
图2-3 单片机最小系统
2.3 时钟电路设计
2.3.1 时钟芯片DS1302的结构及工作原理
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2.5V～5.5V。
采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。
DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。
DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。
2.3.2 引脚功能及结构
DS1302的引脚排列,其中VCC1为后备电源，VCC2为主电源。
在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。
DS1302由VCC1或VCC2两者中的较大者供电。
当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电。
当Vcc2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。
X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。
RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。
RST输入有两种功能：
首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。
当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。
如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。
上电运行时，在VCC>2.0V之前，RST必须保持低电平。
只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。
I/O为串行数据输入输出端（双向），后面有详细说明。
SCLK为时钟输入端。
下图为DS1302的引脚功能图：
图2-4 DS1302引脚说明
2.3.3 DS1302的控制字
DS1302的控制字如表2-1所示。
控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。
表2-1 DS1302的控制字
1
RAM
CK
A4
A3
A2
A1
A0
RAM
K
2.3.4 数据输入输出（I/O）
在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。
同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。
2.3.5 DS1302的寄存器
DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表2-1。
此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。
时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。
DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：
一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。
2.3.6 时钟电路设计
图2-5 DS1302时钟电路
DS1302存在时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点。
DS1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。
这种记录对长时间的连续测控系统结果的
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