自动打铃系统设计.docx
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自动打铃系统设计
<<综合课程设计>>
自动打铃系统设计报告
题目:
自动打铃系统
专业:
电子信息工程
年级:
学号:
学生:
联系:
指导老师:
完成日期:
2013年12月30日
自动打铃系统
摘要
在现如今快节奏的生活中,人们对于时间的要求越来越苛刻,很多时候需要对时间规划,然后到时间点就要有时间提醒,这就必须用到时中提醒装置,亦可称为打铃装置。
打铃装置有很多种,比如手机的打铃系统,闹钟的机械打铃系统,广播打铃系统等等,但是日常生活中见得最多的还是校园的自动打铃系统。
在学校生活中,每天上课都离不开打铃系统的使用。
打铃器可以为上下课的学生和老师们提供时间提醒,有利于师生对上课和学习的合理安排。
同事也可以作为一个提醒学生作息时间的时间表,让老师和学生都有一个规律科学的时间安排。
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,其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STC89C52单片机为控制器,以DS1302时钟芯片为系统提供时间,并在1602液晶显示器上显示,通过按键可以设定定时打铃时间和打铃间隔。
系统软件设计采用C语言来完成,C语言语法简洁,使用方便,用于完成软件设计非常方便。
关键词:
打铃器、STC89C52单片机、DS1302、LCD1602
ABSTRACT
Intoday'sfast-pacedlife,peoplearemoreandmorerequirements,inmanycasesneedtimetoplan,andthentopointintimewillhavetimetoremind,whichmustbeusedtoreminddevice,alsoknownasBellequipment.Belldevicestherearemany,suchasphoneringingsystem,themechanicalBellalarmclocksystem,broadcasttheBellSystem,andsoon,butineverydaylifeuptotheschoolbellsystemautomatically.Inschoollife,areinseparablefromtheBellsystemusedinclasseveryday.Bellcanprovidereminderofstudentsandteacherstoandfromschool,reasonablearrangementsconducivetoteachersandstudentsonschoolandlearning.Colleaguescanbeusedasanalertstudenthoursschedule,sothatteachersandstudentshaveatimelineofthelawsofscience.Accordingly,Bellclockinthecorepartofthesystem,provideatimereferenceforthesystem.DesignedprimarilyfortheBellSystemrequirementsapplytothecampus,andintroducesanautomaticBellsystembasedonsingle-chipdesignmethods,systemswithSTC89C52single-chipcontroller,DS1302providesthesystemtimeclockchip,in1602anddisplayedontheLCDbypressingthesetringingandringinginintervalsoftimeonaregularbasis.Systemsoftwaredesignusingtheclanguagetocomplete,clanguagesyntaxissimple,easytouse,isveryconvenientforcompletingasoftwaredesign.
KeyWords:
tBell,DS1302,collector,STC89C52single-chipLCD1602
1设计要求与方案论证
1.1设计要求
1.打铃的时间可设置
2.系统具有多种工作模式
3.可以通过按键选择系统的工作模式
4.其他扩展功能
1.2系统基本方案选择和论证
1.2.1单片机芯片的选择方案和论证
方案一:
采用STC89C52芯片作为硬件核心。
STC89C52部具有8KBROM存储空间,512字节数据存储空间,带有2K字节的EEPROM存储空间,与MCS-51系列单片机完全兼容,STC89C52可以通过串口下载。
方案二:
采用AT89S52。
AT89S52片具有8K字节程序存储空间,256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间,也与MCS-51系列单片机完全兼容,具有在线编程可擦除技术。
两种单片机都完全能够满足设计需要,STC89C52相对ATS89C52价格便宜,且抗干扰能力强。
考虑到成本因素,因此选用STC89C52。
1.2.2显示模块选择方案和论证:
方案一:
采用点阵式数码管显示。
点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成,对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且也相对较高,所以不用此种作为显示。
方案二:
采用LED数码管动态扫描。
LED数码管价格便宜,对于显示数字最合适,但功耗较大,且显示容量不够,所以也不用此种方案。
方案三:
采用LCD液晶显示屏。
液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,显示多样,清晰可见,且价格适中,所以采用了LCD数码管作为显示。
1.2.3时钟芯片的选择方案和论证:
方案一:
直接采用单片机定时计数器提供秒信号,使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。
采用此种方案虽然减少芯片的使用,节约成本,但是,实现的时间误差较大。
所以不采用此方案。
方案二:
采用DS1302时钟芯片实现时钟,DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片,可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数,而且精度高,工作电压2.5V~5.5V围,2.5V时耗电小于300nA.
1.3电路设计最终方案决定
综上各方案所述,对此次作品的方案选定:
采用STC89C52单片机作为主控制系统;采用DS1302作为时钟芯片;采用1602LCD液晶作为显示器件。
2主要元件介绍
2.1STC89C52以及最小系统介绍
2.1.1STC89C52主要功能及PDIP封装
STC89C52是由宏晶科技公司生产的与工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容的单片机。
STC89C52主要功能如表2-1-1所示,其PDIP封装如图2-1-1所示
表2-1-1:
STC89C52主要功能
主要功能特性
兼容MCS51指令系统
8K可反复擦写FlashROM
32个双向I/O口
256x8bit部RAM
3个16位可编程定时/计数器中断
时钟频率0-24MHz
2个串行中断
可编程UART串行通道
2个外部中断源
共6个中断源
2个读写中断口线
3级加密位
低功耗空闲和掉电模式
软件设置睡眠和唤醒功能
2.1.2STC89C52引脚介绍
1.主电源引脚(2根)
VCC(Pin40):
电源输入,接+5V电源
GND(Pin20):
接地线
2.外接晶振引脚(2根)
XTAL1(Pin19):
片振荡电路的输入端
XTAL2(Pin20):
片振荡电路的输出端
3.控制引脚(4根)
RST/VPP(Pin9):
复位引脚,引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG(Pin30):
地址锁存允许信号
PSEN(Pin29):
外部存储器读选通信号
EA/VPP(Pin31):
程序存储器的外部选通,接低电平从外部程序存储器读指令,如果接高电平则从部程序存储器读指令。
4.可编程输入/输出引脚(32根)
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口,分别位P0、P1、P2、P3口,每个口有8位(8根引脚),共32根。
P0口(Pin39~Pin32):
8位双向I/O口线,名称为P0.0~P0.7
P1口(Pin1~Pin8):
8位准双向I/O口线,名称为P1.0~P1.7
P2口(Pin21~Pin28):
8位准双向I/O口线,名称为P2.0~P2.7
P3口(Pin10~Pin17):
8位准双向I/O口线,名称为P3.0~P3.7
图2-1-1:
STC89C52PDIP封装图
2.1.3STC89C52最小系统
最小系统是指能进行正常工作的最简单电路。
STC89C52最小应用系统电路如图3所示。
它包含五个电路部分:
电源电路、时钟电路、复位电路、片外程序存储器选择电路、输入/输出接口电路。
其中电源电路、时钟电路、复位电路是保证单片机系统能够正常工作的最基本的三部分电路,缺一不可。
电源电路芯片引脚VCC一般接上直流稳压电源+5V,引脚GND接电源+5V的负极,电源电压围在4~5.5之间,可保证单片机系统能正常工作。
时钟电路单片机引脚18和引脚19外接晶振及电容,STC89C52芯片的工作频率可在2~33MHz围之间选,单片机工作频率取决于晶振XT的频率,通常选用11.0592MHz晶振。
两个小电容通常取值3pF,以保证振荡器电路的稳定性及快速性。
复位电路一般若在引脚RST上保持24个工作主频周期的高电平,单片机就可以完成复位,但为了保证系统可靠地复位,复位电路应使引脚RST保持10ms以上的高电平。
如图复位电路带有上电自动复位功能,当电路上电时,由于C1电容两端电压值不能突变,电源+5V会通过电容向RST提供充电电流,因此在RST引脚上产生一高电平,使单片机进入复位状态。
随着电容C1充电,它两端电压上升使得RST电位下降,最终使单片机退出复位状态。
正常运行时,可按复位按钮对单片机复位
图:
2-1-2:
STC89C52最小系统
2.2DS1302时钟芯片以及时钟集成模块介绍
2.2.1DS1302概述
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片,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。
采用双电源供电(主电源和备用电源),同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。
采用三线接口与CPU进行同步通信
图2-2-3:
DS1302封装图
2.2.2DS1302引脚介绍
各引脚功能为:
Vcc:
主电源;Vcc2:
备用电源。
当Vcc2>Vcc1+0.2V时,由Vcc2向DS1302供电;当Vcc2时,由Vcc1向DS1302供电。
SCLK:
串行时钟输入端,控制数据的输入与输出
I/O:
三线接口时的双向数据线
CE:
输入信号,在读、写数据期间必须为高
2.2.3DS1302使用方法
(1)时钟芯片DS1302的工作原理:
DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化,先把SCLK端置“0”,接着把RST端置“1”,最后才给予SCLK脉冲;读/写时序如图5所示。
表2为DS1302的控制字,此控制字的位7必须置1,若为0则不能把对DS1302进行读写数据。
对于位6,若对程序进行读/写时RAM=1,对时间进行读/写时,CK=0。
位1至位5指操作单元的地址。
位0是读/写操作位,进行读操作时,该位为1;该位为0则表示进行的是写操作。
控制字节总是从最低位开始输入/输出的。
表6为DS1302的日历、时间寄存器容:
“CH”是时钟暂停标志位,当该位为1时,时钟振荡器停止,DS1302处于低功耗状态;当该位为0时,时钟开始运行。
“WP”
是写保护位,在任何的对时钟和RAM的写操作之前,WP必须为0。
当“WP”为1时,写保护位防止对任一寄存器的写操作。
(2)DS1302的控制字节
DS1302的控制字如表所示。
控制字节最高有效位(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传输
表2-1-2:
DS1302控制字
1
RAM
A4
A3
A2
A1
A0
RD
CK
WR
(3)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。
其读写时序如图2-2-4示
图2-2-4:
DS1302读写时序
(4)DS1302寄存器
DS1302中与时间、日期有关的寄存器共有12个,其中7个存放数据的格式为BCD码格式,其读写地址如下表2-1-3所示
表2-1-3:
DS1302时钟寄存器
读寄存器
写寄存器
Bit7
Bit7
Bit7
Bit7
Bit7
Bit7
Bit7
Bit7
围
81H
80H
CH
10秒
秒
00--59
83H
82H
10分
分
00--59
85H
84H
12
0
10
时
时
0--23
24
AM/PM
1--12
87H
86H
10日
日
1--31
89H
88H
10月
月
1--12
8BH
8AH
0
0
0
0
0
周
1--7
8DH
8CH
10年
年
00--99
8FH
8EH
WP
0
0
0
0
0
0
0
――
第一行秒寄存器,CH为时钟暂停标志位,该位为1时时钟停止,该位为0时时钟运行
第二行分寄存器,bit0~bit6表示分钟数,因采用BCD编码,所以低四位最大能表示的数字为9,计数满向高三位进1。
第三行时寄存器,12/24用来定义DS1302小时的运行模式,12小时模式下bit5为1表示PM下午,bit5为0表示AM上午
第八行控制寄存器,bit7是写保护位WP,当WP为1时,写保护位可防止对任一寄存器的写操作,在任何的对时钟和RAM的写操作之前,WP位必须为0
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)。
2.2.4时钟集成模块部原理图
图2-2-5:
DS1302部原理图
2.31602字符液晶以及显示模块介绍
2.3.11602液晶概述
工业字符型液晶,1602是指显示的容为16*2,即能够同时显示两行,每行16个字符。
常见的1602字符液晶有两种,一种显示的是绿色背光黑色字体,另一种显示蓝色背光白色字体,目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的,控制原理是完全相同的。
本课题所用1602液晶模块,显示屏是蓝色背光白色字体。
如图2.3.1所示
图2-2-6:
1602字符液晶
2.3.21602引脚介绍
表2-1-4:
1602字符液晶引脚说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
GND
电源地
2
VCC
电源正极
3
VO
液晶显示对比度调节端
4
RS
数据/命令选择端
5
R/W
读写选择
6
E
使能信号
7
D0
数据口
8
D1
数据口
9
D2
数据口
10
D3
数据口
11
D4
数据口
12
D5
数据口
13
D6
数据口
14
D7
数据口
15
BLA
背光电源正
16
BLK
背光电源负
各个引脚具体功能说明:
第1脚:
GND为地电源。
第2脚:
VCC接5V正电源。
第3脚:
VO为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对比度过高时会产生重影,使用一个1K的电位器调整对比度。
第4脚:
RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器,低电平时选择指令寄存器。
第5脚:
R/W为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。
第6脚:
E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。
第7~14脚:
DB0~DB7为8位双向数据线。
第15~16脚:
背光灯电源。
2.3.31602字符液晶使用方法
(1)基本操作时序
操作
输入
输出
读状态
RS=L,RW=H,E=H
D0~D7=状态字
写指令
RS=L,RW=L,D0~D7=指令码,E=高脉冲
无
读数据
RS=H,RW=H,E=H
D0~D7=数据
写数据
RS=H,RW=L,D0~D7=数据,E=高脉冲
无
图2-2.7:
1602液晶读时序图
图2-2-8:
1602液晶写时序图
(2)RAM
1602液晶控制器芯片部带有80个8位的RAM缓冲区,其地址和屏幕的对应关系如图2-2-9示
图2-2-9
(3)1602字符液晶字库
1602液晶模块部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形,如下表所示,这些字符有:
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H),显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”。
表2-1-5
高位
低位
0000
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1010
1011
1100
1101
1110
1111
XXXX0000
⑴
0
P
\
p
-
タ
ミ
α
P
XXXX0001
⑵
!
1
A
Q
a
q
□
ア
チ
ム
ä
q
XXXX0010
⑶
“
2
B
R
b
r
┌
イ
ツ
メ
β
θ
XXXX0011
⑷
#
3
C
S
c
s
┘
ゥ
テ
モ
ε
∞
XXXX0100
⑸
$
4
D
T
d
t
\
ェ
ト
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μ
Ω
XXXX0101
⑹
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5
E
U
e
u
ロ
ォ
ナ
ュ
σ
o
XXXX0110
⑺
&
6
F
V
f
v
テ
カ
ニ
ョ
ρ
∑
XXXX0111
⑻
’
7
G
W
g
w
ア
キ
ヌ
ラ
ζ
ⅹ
XXXX1000
⑴
(
8
H
X
h
x
ィ
ク
ネ
リ
f
X
XXXX1001
⑵
)
9
I
Y
i
y
ウ
ケ
ノ
ル
-1
y
XXXX1010
⑶
*
:
J
Z
j
z
エ
コ
ハ
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/
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O
-
o
←
ツ
ソ
マ
ロ
ö
2.3.4LCD显示模块原理图
图2-2-10LCD显示模块原理图
3系统硬件设计
3.1电路设计框图
图3-1:
硬件框图
3.2系统硬件概述
电路以STC89C52单片机最小系统为控制核心,时钟电路由高精度低功耗的DS1302提供,采用三线接口与CPU进行同步通信,输入部分采用四个独立式按键S1、S2、S3、S4、S5。
1602液晶显示部分,D0-D7口与单片机P0口相连。
具体电路连接,详见附录1
4系统的软件设计
4.1程序流程框图
图3-2:
主程序框图
5系统测试与总结
5.1系统测试
从开始准备到写完论文大概花了一周时间,原理图和PCB制作花了一天时间,在这期间主要遇到的问题是AltiumDesigner软件的使用,遇到问题主要到XX上查找答案,PCB做出之后紧接着就是焊接元器件,这部分由于粗心将电解电容正负极焊反,后面经过万用表不断的测试才判断出来,及时纠正过来,焊接与硬件调试大概花了半天时间。
紧接着大部分的时间都花费在硬件与软件的结合调试上,在调试过程中使用自己在网上买的51单片机开发板上进行一步一步的调试。
由于是第一次做课程设计,同时也是第一次写这么综合的程序,所以在调试过程中遇到很多问题,一部分是关于DS1302与1602的硬件特点以及在硬件的基础之上驱动程序的调用,这里主要是网上找资料去学会调用与编写,主要是通过网上视频教学;另一部分是自己做的硬件存在很多误差,特别是电源供电部分,刚开始是用废弃的鼠标上的那个USB接口线插在电脑上供电,但由于电源介入硬件的是两个排针,所以很不稳定,1602上总乱码,或者5个按键随便一个按下都是复位,而且从电脑输出5V接到硬件系统后只有4.5V了,想了一下,最后拿出上学期期末自己做的电源将它调节到6V后,接入硬件系统就能达到5V。
5.2总结
通过本次论文设计,使我加深了对单片机的认识,并且熟悉了单片机系统的设计流程,收获丰硕。
功能上基本达标:
时钟与闹钟的显示,调时间和闹钟功能以及闹钟鸣叫功能。
时钟与闹钟显示功能,精确度完全可以满足日常生活显示时间的需要;调时间与闹钟功能,方便快捷。
硬件设施基本合乎要求,软件设计可以配合硬件实现其功能。
技术在不断进步,机械式时钟已经被淘汰,取而代之的是具有高度准确性和直观性且无机械装置,具有更长的使用寿命等优点的电子时钟。
电子时钟更具人性化,更能提高人们的生活质量,更受人们欢迎。
机械时代已经远去,电子时代已经到来。
做为新时代的我们,更应该提高自身能力,适应新时代的发展。
知识来自实践,多从生活中探寻所需