基于单片机电子打铃器定时控制系统设计与制作.pdf

目目录录一、设计思路.31.设计的思路和采取的技术方案.31.1 设计的思路.31.2 采取的技术方案.32.工具要求和技术规范.32.1 工具要求.32.2 技术规范.3二、设计过程与说明.41.设计过程.41.1 设计前期调研.41.2 设计方案.41.3 设计要求.42.电子打铃器定时控制系统硬件电路设计.52.1 时钟电路设计.52.2 显示电路设计.52.3 按键电路设计.62.4 闹钟电路设计.62.5 系统总功能实现.73.电子打铃器定时控制系统软件设计.83.1 系统软件设计.83.2 显示程序设计.94.设计过程中碰到的问题以及解决方法.9三、设计成果简介.101.作品特点.101.1 技术指标.101.2 性能特点.101.3 创新之处.101.4 实用性.102.对于毕业设计的归纳和总结.103.提出建议，改进意见.114.设计成果.114.1 实物图.114.2PCB 图.124.3 总原理图.134.4 仿真图.144.5 程序调试图.144.6 部分程序代码.14五、参考文献.213一、一、设计思路设计思路1.1.设计的思路和采取的技术方案设计的思路和采取的技术方案1.11.1 设计的思路设计的思路打铃器是一种目前广泛应用于企业和学校单位的设备。就以对学校单位而言，自动打铃器是为了对广大师生的作息时间更好的管理，它是一种学校必备的电子设备。随着集成技术和电子计算机技术的发展，单片机成为当今的主流。所以，该系统以满足系统应充分考虑系统环境的前提下进行操作的整体设计，选择的结构应选择可以实现的，使用的设备，旨在适当的设置，使用简单，方便，性能稳定，功耗低，价格低廉。1.21.2 采取的技术方案采取的技术方案(1)查阅资料：根据任务书给出的任务条例，查阅相关资料，了解基于单片机的电子打铃器定时控制系统的设计与制作实现与设计方法、学习巩固相关专业知识、拟出自己的方案。(2)制定方案设计硬件上：阅读 STC89C52 参考手册、学习 STC89C52 的外部硬件资源、设计 STC89C52 最小系统外围电路，OLCD 显示电路。软件上：熟悉使用 KEIL 编程工具、掌握 STC89C52 中断、定时器、串口的编程，选择材料，检查元器件是否损坏，组装硬件模块，在对硬件和软件进行调试，对出现的故障进行分析并解决。(3)完成电子打铃器定时控制系统所有功能，并对其进行反复测试与验证。(4)拍摄运行图片或视频，编写设计说明书。2.工具要求和技术规范工具要求和技术规范2.12.1 工具要求工具要求（1）Altium Designer 20；（2）Keil uVision5；（3）Protues 8；（4）电烙铁；（5）数字式万用表。2.22.2 技术规范技术规范（1）GB/T 4728 电子产品调试与检测标准；（2）GB/T 50951-1985 电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法；（3）GB/T 12856-1991 程序设计语言；（4）步进电机应用技术。4二、设计过程与说明二、设计过程与说明1.1.设计过程设计过程1.11.1 设计前期调研设计前期调研本设计由液晶显示模块、蜂鸣器模块、时间处理模块和调整设置模块四个模块组成。系统以 STC89C52 单片机为控制器，以串行时钟日历芯片 DS1302 记录日历和时间，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能。数据显示采用 LCD1602 液晶显示模块，可以在 LCD 上同时显示年、月、日、星期、时、分、秒，还具有时间校准等功能。可以设置 20 组上下课（班）打铃时间，到时间蜂鸣器就会鸣响半分钟。此设计具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，具有广阔的市场前景。1.21.2 设计方案设计方案采用以 STC89C52 为核心的单片机控制方案。选用单片机 STC89S52 作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的 IO 端口，及其控制的准确性，实现基本的定时控制功能。在单片机的外围电路外接输入键盘及 1602 液晶用于构造人机交互界面以设置各个参数。图 2-1 电子打铃器定时控制系统框图1.31.3 设计要求设计要求（1）查阅 STC89C52 单片机的技术手册，熟悉单片机的编程资源；（2）熟悉 Keil uVision4 软件开发平台和 Proteus 软件仿真平台；（3）熟悉 Altium Designer 的使用；（4）熟悉 LCD 显示屏与触摸屏的原理与程序编写；（5）熟悉数据结构相关知识；STC89C52电源模块蜂鸣器模块独立按键时钟模块显示模块最小系统5（6）熟悉电烙铁、万用表、示波器等仪器的使用；（7）拍摄电子打铃器运行图片或视频，编写设计说明书；（8）进行答辩，并将所设计的作品（图片或视频）和设计说明书上传到毕业设计管理平台。2.2.电子打铃器定时控制系统硬件电路设计电子打铃器定时控制系统硬件电路设计2.12.1 时钟电路设计时钟电路设计图 2-2 为 DS1302 的接口电路，其中 Vcc1 为后备电源，Vcc2 为主电源。VCC1 在单电源与电池供电的系统中提供低电源并提供低功率的电池备份。VCC2 在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式中 VCC1 连接到备份电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。图 2-2 DS1302 与 MCU 接口电路2.22.2 显示电路设计显示电路设计用 LCD 液晶显示，可以显示所有字符及自定义字符，并能同时显示多组数据、汉字，字符清晰。由于自身具有控制器，不但可以减轻主单片机的负担，而且可以实现菜单驱动方式的显示效果，达到友好的人机介面。LCD 显示能解决 LED 只能显示数字等几个简单字符的缺点，性能好，效果多，控制方便，显示方式多，且能耗也较少。图 2-3 显示电路原理图62.32.3 按键电路设计按键电路设计此系统要用到 6 个按键进行，一个按键可用于系统手动复位，其他的四个采用了独立的按键，这一种的接法查询非常简单，程序处理过程中是非常的简单，在这过程中省了 CPU资源很多，由此可以看出按键电路如图 2-4 所示，这 6 个独立按键分别和 STC89C52 的P3.0P3.5 接口相连成的。图 2-4 按键电路2.42.4 闹钟电路设计闹钟电路设计蜂鸣器主要应用在电子器件方面，一般主要的作用就是播放器的发声器件，没有它的作用，所有播放器的硬件就不能发声，它就相当于一个小型的音响，它还作用到计算机方面，比如笔记本一般都自带蜂鸣器，然而台式的电脑上面一般都没有，可以通过购买音响就可以放出声音，然而音响主要的结构就是蜂鸣器。报警器也是通过蜂鸣器的功能而制作的，通过蜂鸣器所放出的声音提醒，有着防盗的作用。7图 2-5 蜂鸣器电路2.52.5 系统总功能实现系统总功能实现系统在正常工作时，LCD 液晶上第一行显示时分秒，第二行显示年月日和星期，如果想要对时间进行调整，可以通过调整设置模块来实现。系统原理图如图 2-6。图 2-6 系统原理图83.3.电子打铃器定时控制系统软件设计电子打铃器定时控制系统软件设计3.1 系统软件设计系统软件设计开始系统初始化是否有键按下是否到达定时时间蜂鸣器吸合NYN执行按键程序Y图 2-7 主程序流程图在本次毕业设计中，主程序主要是在单片机的控制下，建立人机操作界面，对设定时间进行储存分析，驱动液晶显示出相关信息，并通过对比分析定时时间与时钟，控制蜂鸣器的通断，从而达到控制打铃的通、断电。在这个过程中，单片机首先进行初始化，包括设置单片机各个端口的方向，各个变量的初始化，液晶显示初始化、蜂鸣器断开以及单片机振荡频率的校准等。整个系统软件设计的流程图如图 2-7 所示。93.23.2 显示程序设计显示程序设计LCD1602 液晶显示屏的驱动包括初始化操作、写指令、写程序、显示模块、的设定等操作。图 2-8 显示程序流程图4.设计过程中碰到的问题以及解决方法设计过程中碰到的问题以及解决方法问题（1）：LCD 液晶屏幕出现花屏清情况。问题（2）：独立按键没有滤波，造成识别错误问题。问题（3）：按键按下的时候系统没有响应。解决方法（1）：通过查阅代码发现写操作的时候忘记清屏所以造成花屏现象。解决方法（2）：软件滤波，当检测到按键输入，延时一段时间等待稳定，在读一次是否真的是有按键触发。解决方法（3）：通过万用表测量显示电路硬件发现有输出，检查程序发现输入引脚配置成了输出。10三、设计成果简介三、设计成果简介1.作品特点作品特点1.1 技术指标技术指标表 3-1 技术指标项目说明工作电压（V）4.75.3V,典型值：5V工作电流（mA）400600mA,典型值：500mACpu 类型STC89C52工作环境温度(C)：-20601.2 性能特点性能特点（1）有定时自动打铃模式和手动打铃模式；（2）零待机功耗；（3）可以快速启动，准确定时控制打铃，可靠性高，易于操控。1.3 创新之处创新之处此设计具有读取方便、功能多样可以定时打铃、电路简洁、成本低廉、6 个按键就可以实现所有的定时打铃功能，并且可以设置 20 组上下课打铃时间，全部信息可以通过液晶显示出来，显示直观、界面友好。1.4 实用性实用性打铃器是一种目前广泛应用于企业和学校单位的设备。就以对学校单位而言，自动打铃器是为了对广大师生的作息时间更好的管理，它是一种学校必备的电子设备，该系统使用简单，方便，性能稳定，功耗低，价格低廉。本设计还具有普通的数字钟时间设定、显示功能，是集时间设置、显示和打铃一体的多功能打铃计时系统，通过简单的设置，可以适合任何学校、企事业单位。2.2.对于毕业设计的归纳和总结对于毕业设计的归纳和总结在这里本毕业设计已经完成，本设计首先对整个系统的硬件部分进行选型讨论分析，在软件方面中我通过电脑的网络对学校作息时间控制方面的资料做出许多的了解，让我学会了对程序进行分模块化处理和设计，做出的学校作息时间控制具有读取数据显示直观、功能强大、电路简洁明很多特点，如在电路焊接过程当中，我总是喜欢用较多的锡丝结果导致电源直接的锡丝过多互相连通，一不小心就烧伤到自己，还有的时候出现短路现象，这样让我心烦不想做下去，因为我是一个很不耐烦的人，焊接对于我来说刚接触，但是如果你想要电路通畅无阻的话一定要焊接到很好，对于焊接还要给老师看毕竟这是毕业设计的一部分，想到这里我心急如焚，但是没有人能帮你，然后我静下来想想烦恼是解决不了一切问题的，只有自己静下心来想出解决的办法，才能找出问题的根本完成好焊接，然后我就打电话询问大学11时候教焊接的老师，老师细心讲解焊接的过程，让我顿时懂得了焊接了许多知识，然后通过电脑网络的观看视频，让我最快的速度学会了焊接，这次焊接让我懂得了，虽然电路工程量大，但是不能心急，一个个慢慢来不能急于求了、成本低等很多的优点。通过这次毕业设计我学习到许多的东西，这些东西是在学校学不来的东西，那就是毅力。在编程过程中我遇到很多的麻烦，许多编程的东西都忘记，这让我在编程的过程中非常的苦恼，代码敲到一半就不知道怎么编下去了，就要进行翻书，有时翻书还找不到自己想要的知识点，有时在编程的过程中一度没有任何思路，完全不知道怎么编下去，在整个过程中写写停停，让我几次想放弃，在我学习的道路上从没有碰到过这么困难的问题，我想我不能再这样下去了，所以我鼓起勇气打电话向同学沟通还有和老师的交流，在与他们沟通的过程中，让我对我所想编的程序有一个总体的框架和概念，对不懂的知识在网上进行查找，这让我更加有信心能编出程序来，终于功夫不负有心人让我编出我自己想要的程序，这时回首望来我感觉非常的欣喜，对之前的苦恼和烦躁一扫而过，现在的我满满的都是成就感，虽然在整个过程中自己想放弃，到最后自己还是坚持下来了，也练就了我的耐心，做什么事都要有耐心。总之，此次毕业设计使我的能力得到了全方位的提高，为以后的工作吸取经验教训。3.提出建议，改进意见提出建议，改进意见外观相对太简陋，可以对外观进行相应的优化。可以设置的定时铃声只有 20 组还是太少了，可以多设计一点。现阶段设计的电子打铃器的还是不够好的，如果可以使其在手机上面使用 APP 控制其定时打铃将会更加的方便与便捷。4.设计成果设计成果4.1 实物图实物图图 3-1 电子打铃器定时控制系统实物图实物操作视频：https:/ 图图图 3-2 电子打铃器 PCB 图134.3 总原理图总原理图图 3-3 电子打铃器总原理图144.4 仿真图仿真图图 3-4 电子打铃器仿真图4.5 程序调试图程序调试图图 3-5 电子打铃器程序调试图4.6 部分程序代码部分程序代码/程序头函数#include 15/显示函数#include#include#include#include/宏定义#define uint unsigned int#define uchar unsigned charvoid jiemian_1();void write1602(uchar a_b,uchar a_c,uchar a_d);/用于显示修改界面char shi,fen,miao,xingqi,nian,yue,ri;ucharxdataxingq207=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0;/用于存储 20 组星期数据charxdatashij204=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,;/存储 20 组起始和终止时间uchar mode,flag;/分别是温度上限温度下限 起始时间 终止时间uchar a_a;int k_1,k_2;/分别是温度上限温度下限 起始时间 终止时间/管脚声明sbit jdq=P36;/继电器/按键sbit Key1=P30;/设置sbit Key2=P31;/加sbit Key3=P32;/减16sbit Key4=P33;/确定sbit Key5=P34;/页面下翻sbit Key8=P35;/页面上翻/*把数据保存到单片机内部 eeprom 中*/void write_eeprom()uchar i,j;SectorErase(0 x2c00);/清空SectorErase(0 x2e00);for(i=0;i20;i+)for(j=0;j4;j+)byte_write(0 x2c00+i*4+j,shijij);/写入开启和关闭时间数据for(i=0;i20;i+)for(j=0;j7;j+)byte_write(0 x2e00+i*7+j,xingqij);/写入星期数据byte_write(0 x2060,a_a);byte_write(0 x2c81,mode);/*把数据从单片机内部 eeprom 中读出来*/void read_eeprom()uchar i,j;for(i=0;i20;i+)for(j=0;j4;j+)shijij=byte_read(0 x2c00+i*4+j);/读取开启关闭时间数据for(i=0;i20;i+)for(j=0;j7;j+)xingqij=byte_read(0 x2e00+i*7+j);/读取星期数据a_a=byte_read(0 x2060);mode=byte_read(0 x2c81);17/*开机自检 eeprom 初始化*/void init_eeprom()a_a=byte_read(0 x2060);if(a_a!=1)/新的单片机初始单片机内问 eeproma_a=1;write_eeprom();/保存数据void delay(uint z)/延时函数uint i,j;for(i=0;iz;i+)for(j=0;j121;j+);void key()/键盘扫描函数uchar i;if(Key8=0)/页面上翻delay(5);/延时消除抖动if(Key8=0)k_2-;/用于指示当前界面=1 为时间界面=2 第一组数据修改=3 第二组数据修改。=21 第 20 组数据修改if(k_221)k_2=1;k_1=0;switch(k_2)/选择显示界面case 1:jiemian_1();/当前时间界面write_com(0 x0f);write_com(0 x81);19break;case 2:write1602(k_2-1,k_2-2,k_2-2);/修改数据界面write_com(0 x86);break;default:write1602(k_2-1,k_2-2,k_2-2);write_com(0 x86);break;while(Key5=0);/等待松手21五、参考文献五、参考文献1 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