作息时间系统设计本科论文.docx

1、作息时间系统设计本科论文石家庄铁道学院毕业设计作息时间系统设计The System Design of Work and Rest Time 毕业设计成绩单学生姓名学号班级电0402-2班专业自动化毕业设计题目作息时间系统设计指导教师姓名指导教师职称教授评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长签字：年 月 日毕业设计任务书题目作息时间系统设计学生姓名学号班级电0402-2班专业自动化承担指导任务单位电气与电子工程分院导师姓名导师职称教授一、主要内容(1)设计一个由单片机控制的作息时间系统(2)硬件电路设计(3)软件设计二、基本要求(1)所设计的作息时间系统必须具备基本时钟

2、、星期、日、月、年的功能。(2)能够自动识别闰年、闰月及每月的天数。(3)能实现多点、多路定时控制。(4)能够通过简单的几个按键随时调整时间。三、主要技术指标(1)全日历计时。(2)12/24小时转换。(3)大、小月，闰年，周自动追踪。四、应收集的资料及参考文献(1)单片机原理及应用实例。(2)常用时钟芯片的原理及应用实例。(3)模拟电路、数字电路及电路设计等相关资料。(4)熟悉Protel 99 SE的使用方法。五、进度计划第 1 周-第 2周：熟悉设计任务书、查阅有关技术资料，构思设计方案，细化设计目标。第 3 周-第 7周：硬件电路设计制作及调试。第 8 周-第 12周：编写作息时间系统

3、程序，并调试通过。第 13 周-第 14周：完善系统，提出改进意见，编写设计说明书，答辩。教研室主任签字时间2008年02月26日毕业设计开题报告题目作息时间系统设计学生姓名雷龙斌学号20041674班级电0402-2班专业自动化一、研究背景学校以及一些企事业单位通常使用传统的电铃声作为上下课、上下班的时间信号。且不说人工打铃的繁琐，铃声的单调和乏味，光是那突然骤响的刺耳铃声就常常激起周围居民的不满。多年来，中国各地从大学到小学乃至幼儿园，从城市到农村，从冬到夏，那特有的铃声响遍了大江南北，成了学校的特色和“专利”。正是这种铃声.让一些学生产生了厌烦情绪，甚至一些学生把铃声看成是考试的代名词，

4、以至于一听到这种声音就产生紧张、恐惧心理。有教育专家建议，学校教育理应彰显“人”的个性，并从“小”处做起。推进素质教育，于细微之处加强对学生的人文关怀，起到润物无声的育人目的。为此，我开发了“作息时间控制系统”来管理学校日常作息时间，播放自起床、早操、上下课直到晚熄灯等信号音乐，并且还可以控制电视、路灯、室内照明等电气设备。从此屏弃那传统的铃声，代之以现代化优美、怡人的环境音乐，让学生在一次次的铃声音乐中受到美的熏陶，体验音乐的魅力，形成愉悦的心境。既激活学生的艺术细胞，又达到优化育人环境，陶冶学生情操的效果。无形之中推进了素质教育，营造良好的校园氛围。二、国内外研究现状现今，高精度的计时工具

5、大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，LED显示器代替指针显示，减小了计时误差。这种电子钟具备显示时、分、秒的功能，还可以对时、分、秒进行校对，片选的灵活性好。随着科学技术的迅速发展，电子时钟正迅速取代纸质日历、年历和一般机械电子时钟，以其走时准确、功能多样、外观时尚、使用方便，深受消费者的青睐。三、方案该设计主要是以单片机和时钟芯片为核心，辅以必要的外围电路，构成一个作息时间控制器，并且以单片机的基本语言汇编语言来进行软件设计，使指令的执行速度快，节省存储

6、空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。四、预期效果所设计出的作息时间系统能很好地满足学校及企事业单位日常工作的需要,可以通过简单的几个按键任意设置时间，还可以控制打铃器以及广播等设备，还能实时显示时间等。力求使该系统体积最小，结构简单，且功能较多，操作简单，造价低，能满足多种场合使用。指导教师签字时 间2008年03月10日摘 要我所设计的作息时间系统除具备基本时钟功能外，还可以实时显示年、月、日信息，并且可以自动识别闰年、闰月及每月的天数。另外还可以根据学校、工厂等单位的作息时间表按时打铃、播放音乐、广播体操和其他节目等。该系统设有3个按钮，可

7、以随时调整当前时间，以保证时间与标准时间相吻合，且采用DS1302高性能时钟芯片，从而保证了时钟显示的精度和可靠性。整个系统采用市电通过电源适配器供电，由于DS1302时钟芯片有备用电池供电功能，所以当市电停电时，不但整个控制系统所有数据不会丢失，而且可以照常运行，这样再次上电后就不用再调整时间了。为了使该系统体积尽量最小，我在设计时采用了AT89C2051单片机，该单片机可直接驱动LED数码显示器。考虑到整个系统显示位数较多(14位)，为了保证显示的亮度，显示部分采用了静态显示。还有，为了便于使用者操作，整个系统采用了一些人性化的设计，比如指示灯的添加等。纵观整个系统，结构简单、体积小、可靠

8、性高、操作简单、扩展性强，而且价格低廉，非常适合学校、工厂和机关等单位使用。关键词：作息时间 单片机 时钟芯片 继电器AbstractThe system of work and rest time what I have designed can display a real-time of year, month and day ,and may automatically identify a leap year,a leap month and the number of the days per month in addition to a basic clock function.

9、 This system may hit the bell on time according to the schools or factories daily schedule, play music and broadcasting gymnastics and other programs and so on.The system has three buttons so that you can adjust the current time at any moment to ensure that the current time coincides with the standa

10、rd time,in addition to using the high-performance clock chip DS1302,which has ensured a clock display of precision and high reliability.The entire system uses the city electricity to supply power through the power source adapter.As the DS1302 clock chip has the power supply function of backup batter

11、y,all datas of the entire control system will not be losed and the system run as usual when the city electricity was cut so that the system will not need the adjustment of time when the city electricity comes next time.In order to cause this system volume to be as smallest as possible,AT89C2051 SCM

12、was used in the design which can directly drive the LED digital display.Moreover considering the display digits of the overall system are many (14 digits) and in order to guarantee the brightness of show,I has adopted the static demonstration in the show part. Also,in order to facilitate users,the e

13、ntire system has used some user-friendly design,such as the addition of indicating lights etc.The whole system has simple structure,small size,high reliability,simple operation, high expansibility and low prices so that it is ideal for schools,factories and departments.Key words:Work and Rest time S

14、CM Clock chip Relay第1章 绪论1.1 课题研究的目的及意义学校以及一些企事业单位通常使用传统的电铃声作为上下课、上下班的作息时间信号。且不说人工打铃的繁琐，铃声的单调和乏味，光是那突然骤响的刺耳铃声就常常激起周围居民的不满。多年来，中国各地从大学到小学乃至幼儿园，从城市到农村，从冬到夏，那特有的铃声响遍了大江南北，成了学校的特色和“专利”。正是这种铃声让一些学生产生了厌烦情绪，甚至一些学生把铃声看成是考试的代名词，以至于一听到这种声音就产生紧张、恐惧心理。有教育专家建议，学校教育理应彰显“人”的个性，并从“小”处做起，推进素质教育，于细微之处加强对学生的人文关怀，起到润物无

15、声的育人目的。为此，我开发了“作息时间单片机控制系统”。以音乐代替铃声，管理学校日常作息时间。播放自起床、早操、上下课直到晚熄灯等信号音乐，可做到自动开机、自动播放、自动关机的无人值守全自动运行，并且还可以控制电视、路灯、室内照明等电气设备。从此屏弃那传统的铃声，代之以现代化优美、怡人的环境音乐，让学生在一次次的铃声音乐中受到美的熏陶，体验音乐的魅力，形成愉悦的心境。既激活学生的艺术细胞，又达到优化育人环境，陶冶学生情操的效果。无形之中推进了素质教育，营造良好的校园氛围。1.2 国内外研究现状现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走

16、时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，LED显示器代替指针显示时间，减小了计时误差。这种电子钟具备显示时、分、秒的功能，还可以对时、分、秒进行校对，片选的灵活性好。随着科学技术的迅速发展，电子时钟正迅速取代纸质日历、年历和一般机械电子时钟。电子时钟走时准确、功能多样、外观时尚、使用方便，深受消费者的青睐且其产品琳琅满目，但它们的核心部分都有两个共同点，一是采用高性能时钟芯片；二是大都采用单片机控制。现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。1.3 论

17、文研究内容及创新点1.3.1 主要内容该论文主要研究如何根据学校、工厂等单位的作息时间表而实现准时打铃，播放音乐和广播体操以及其他节目等。1.3.2 创新点以往的作息时间控制系统只具备基本时钟(显示当前时间的小时及分钟)功能，而且采用数字电路实现，致使电路非常复杂，计时精度不高，且不能随季节的变化以及天气的变化而自动调整控制，功能简单。而我设计的系统除了具备基本时钟功能之外，还可以显示年、月、日、星期等信息，并且采用单片机控制并配合时钟芯片，既保证了系统结构简单，又保证了控制时间的精度和可靠性，且通过外扩电路还可以实现多种功能。一年到头无需人工调整，即可实现按时打铃、播放广播、点亮路灯等控制。

18、价格便宜，非常适合学校、工厂、机关等单位使用。第2章 核心芯片简介2.1 AT89C2051简介AT89C2051是美国ATMEL公司生产的一种低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大。2.1.1 AT89C2051芯片的引脚及特点图2-1 AT89C2051芯片引脚图AT89C2051芯片引脚如图2-1所示。引脚功能说明：(1)Vcc：电源电压(

19、2)GND：地(3)P1口：P1口是一组8位双向I/O口，P1.2P1.7提供内部上拉电阻，P1.0和P1.1内部无上拉电阻，主要是考虑它们分别是内部精密比较器的同相输入端(AIN0)和反相输入端(AIN1)，如果需要应在外部接上拉电阻。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并可直接驱动LED。当P1口引脚写入“1”时可作输入端，当引脚P1.2P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而输出电流。P1口还在Flash闪速编程及程序校验时接收代码数据。(4)P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O口。P3.6没有引出，它作为一个通用I/O口但不可访问，

20、但可作为固定输入片内比较器的输出信号，P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口还用于实现AT89C2051特殊的功能，如表2-1所示：表2-1 P3口功能特性口引脚功能特性P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外中断0）P3.3/INT1（外中断1）P3.4T0（定时/计数器0外部输入）P3.5T1（定时.计数器1外部输入）P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。(5)RST：复位输入。RST引脚一旦变成两个机器周期以上

21、高电平，所有的I/O都将复位到“1”(高电平)状态，当振荡器正在工作时，持续两个机器周期以上的高电平便可完成复位，每个机器周期为12个振荡时钟周期。(6)XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。(7)XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。(8)振荡器特征：XTAL1、XTAL2为片内振荡器反相放大器的输入和输出端，如图2-2所示。可采用石英晶体或陶瓷振荡器组成时钟振荡器，如需从外部输入时钟信号驱动AT89C2051，时钟信号从XTAL1输入，XTAL2应悬空。由于输入到内部电路是经过一个2分频触发器，所以输入的外部时钟信号无需特殊要求，但它必须符合电平的最大和最小值及时序规范1。

22、图2-2 AT89C2051内部振荡电路与外部时钟驱动电路2.1.2 AT89C2051的主要性能参数主要性能参数：(1)与MCS-51产品指令系统完全兼容(2)2k字节可重擦写闪速存储器(3)1000次擦写周期(4)2.76V的工作电压范围(5)全静态操作：0Hz24MHz(6)两级加密程序存储器(7)128*8字节内部RAM(8)15个可编程I/O口线(9)两个16位定时/计数器(10)6个中断源(11)可编程串行UART通道(12)可直接驱动LED的输出端口(13)内置一个模拟比较器(14)低功耗空闲和掉电模式功能特性概述：AT89C2051提供以下标准功能：2k字节Flash闪速存储器

23、，128字节内部RAM，15个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，内置一个精密比较器、片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C2051可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式：空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作；掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位2。2.2 DS1302简介DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的涓流充电时钟芯片，内部含有一个实时时钟/日历和一个31字节的用于临时性存放数据的静态RAM寄存

24、器，通过简单的SPI串行接口与单片机进行同步通信。实时时钟/日历电路可提供秒、分、时、星期、日、月、年的计时信息，具有闰年补偿功能，即每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。DS1302与单片机之间能简单地采用SPI同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：(1)RES(复位)，(2)I/O(数据线)，(3)SCLK(串行时钟)。时钟/RAM的读/写数据以一个字节或可采用突发方式一次传送多达31个字节的时钟信号或RAM数据的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。DS1302是DS1202的升级产品，与D

25、S1202兼容，增加了以下的特性：双电源管脚用于主电源和备份电源供应，Vcc1为可编程后备涓细电流充电电源，附加七个字节存储器。它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。下面将主要的性能指标作一综合：(1)实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、星期、日、月、年的能力，还有闰年调整的能力(2)31*8位暂存数据存储RAM(3)串行I/O口方式使得管脚数量最少(4)宽范围工作电压2.0 5.5V(5)工作电流：在低压2.0V时，小于300nA(6)读/写时钟或RAM数据时，有两种传送方式：单字节传送和多字节传送(字符组方式)(7)8引脚DIP封装或可选的8脚SOI

26、C封装(根据表面装配)(8)简单串行SPI三线接口方式(9)与TTL兼容(Vcc=5V)(10)可选工业级温度范围-40 oC+85 oC(11)与DS1202兼容(12)在DS1202基础上增加的特性：对Vcc1有可选的涓流充电能力双电源管脚用于主电源和备份电源供应备份电源管脚可由电池或大容量电容输入附加的7字节暂存存储器32.2.1 DS1302引脚功能与内部结构DS1302的引脚排列如图2-3所示，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Vcc10.2V时，Vcc2给DS13

27、02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Vcc2.5V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

28、(双向)。SCLK始终是输入端。管脚描述如下所示：管脚描述(1)X1，X2 32.768KHz晶振引脚(2脚，3脚)(2)GND 地(4脚)(3)RST 复位引脚(5脚)(4)I/O 数据输入/输出引脚(6脚)(5)SCLK 串行时钟(7脚)(6)Vcc1，Vcc2 电源供电引脚，Vcc1可接后备电池(8脚、1脚)(7)DS1302 串行时钟芯片，8脚DIP(8)DS1302S 串行时钟芯片，8脚SOIC (200mil)(9)DS1302Z 串行时钟芯片，8脚SOIC (150mil)管脚配置图2-3 DS1302时钟芯片引脚图2.2.2 DS1302的控制字DS1302的控制字如图2-4所

29、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表示要进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。2.2.3 DS1302的数据输入输出(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到高位7。2.2.4 DS1302内部寄存器DS1302由控制寄存器和年、月

30、、日、星期、时、分、秒工作寄存器等共12个寄存器组成，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据为BCD码形式。其日历、时间寄存器及其控制字见表2-2。表2-2 日历、时间寄存器及其控制字寄存器名称命令字取值范围各位内容写操作读操作76543210秒寄存器80H81H0059CH10SECSEC分寄存器82H83H0059010MINMIN时寄存器84H85H0112或002312/24010HRHRA/P日寄存器86H87H0128、29、30、310010DATEDATE月寄存器88H89H011200010MMONTH周寄存器8AH88H010700000DAY年寄存器8CH8DH009910YEARYEAR各寄存器的最后一位指明数据的读/写方式：为“0”时是读状态；为“1”时是写状态。各寄存器的地址如图2-5所示。图2-5 各寄存器的地址CH： 时钟停止位标志CH=0 振荡器工作允许CH=1 振荡器停止WP： 写保护位WP=0 寄存器数据能够写入WP=1 寄存器数据不能写入TCS： 涓流充电选择TCS=1010 使能涓流充电TCS=其它 禁止涓流充电寄存器2的第7位：12/24小时