单片机自动打铃系统设计论文.docx

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1、单片机自动打铃系统设计论文目录第一部分设计任务与调研(1)1、设计任务(1)1.1设计内容与构造(1)1.2方案比拟与选择(1)1.2.1系统方案选择(1)第二部分设计讲明(3)1系统硬件电路(3)2单片机电路(3)2.1单片机最小系统电路(3)图2-1最小单片机系统电路(4)3.1时钟电路(4)3.1.1DS1307简介(4)3.2时钟电路设计(6)3.3按键电路(6)3.4显示电路(7)3.5打铃电路(8)4系统软件设计(9)4.1软件设计流程图(9)4.2读取DS1307时间程序设计(10)4.3显示程序设计(11)4.4按键设定程序设计(13)第三部分设计成果(15)1、主电路图(15

2、)见附录一(15)2、源程序(15)见附录二(15)3、实物(15)第四部分总结(17)第五部分致谢(18)第六部分参考文献(19)附录(20)附录一：电路图(20)附录二：源程序(21)第一部分设计任务与调研1、设计任务设计一个能够实现上下班的自动打铃模拟系统，熟悉单片机的控制功用和系统原理应用。对系统设计与实用编程有进一步强化。了解设计产品的要求和产品工作要求、分析电路流程、分析电路设计程序流程、分析转换开关的工作原理、绘制电路图编译测试电路程序、测试电路程序工作能否正常、完善测试电路程序。1.1设计内容与构造本设计是以AT89S51单片机为核心的一款自动打铃系统，以时钟芯片来实现计时功能

3、，然后单片机负责将时间送入显示电路显示，整个系统不是很复杂，其设计主要包括单片机控制模块、时钟电路和显示电路三个模块的设计，在设计前本人在学校图书馆看了很多关于单片机方面的书，也在网上查了不少资料，也查阅过跟此设计类似的论文或者期刊，得到了不少启发和经历，对本人的设计工作有很大的帮助，能很好的把握设计的整体方向和细节，设计的构造如下：一、系统的设计方案，根据系统所要实现的功能，确定设计的基本方案。二、系统的硬件设计，主要介绍了硬件的电路图，各模块电路的设计，硬件元器件的构造，特点，引脚功能等。三、系统软件部分的设计，主要是对系统的主程序的构造图和流程图的讲解。四、系统的调试，主要是介绍下系统硬

4、件和软件调试经过中的问题和解决方案，还有调试步骤的细节问题的讲明。1.2方案比拟与选择1.2.1系统方案选择方案一：采用数字电路来搭建，利用555时基电路构成振荡器产生100Hz频率的振荡电路，再通过分频器得到1Hz频率，即产生1秒计时时间，显示部分通过锁存器和驱动芯片将计时时间送入数码管显示。设计框图如图2-1所示。这种方案电路构造比拟复杂，芯片使用比拟多，灵敏性不高，而且准确度不够准确，不利于系统的扩展。而且这种电路中需要使用独立式的数码管，每一个数码管都需要连接一个数据锁存器和数码管驱动芯片，连接线比拟多，制作的经过中很容易出错。图2-1方案一设计框图方案二：采用AT89S51单片机作为

5、系统控制单元，通过时钟芯片来实现计时功能，单片机负责将时间送入显示电路显示。设计框图如图2-2所示。这种方案电路设计简单，时间准确，使用方便。而且单片机的强大功能使得系统方便扩展，有利于提高智能性。图2-2方案二设计框图本设计系统框图如图2-3所示。系统以AT89S51单片机为控制器，通过DS1307来为系统提供标准时间，单片机读取DS1307时间后送液晶显示器显示，通过按键来设置打铃时间。当打铃时间到时，系统实现蜂鸣器和LED灯声光提示。系统设计框图如下：第二部分设计讲明1系统硬件电路根据系统设计框图，本设计硬件电路主要由时钟电路、按键设定电路、单片机电路、显示电路和打铃电路组成，电路原理图

6、见附录一所示。系统工作原理：系统时间由时钟芯片DS1307来提供，单片机通过P3口读取了DS1307的时间数据后，经过处理得到时间显示形式的时钟数据，并通过P2口送液晶显示器显示出来。再通过扫描P1口能否有按键按下，有按键按下时，通过液晶显示器显示来设置定时时间、打铃时间间隔，通过设定、移位、加数来实现。当到达打铃时间时，单片机引脚启动蜂鸣器和LED灯电路工作以声光形式实现打铃功能。2单片机电路2.1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。电路如图2-12-2所示。晶振电路用于产生单片机工作时所需要的时钟信号，单片机的指令必须在时钟信号下根据时序执行。晶振电路通常用两种设计方

7、式：内部振荡方式和外部振荡方式。内部振荡方式是在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接一个晶体振荡器，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的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引脚之间连接一个12MHz的晶振，再分别外接30p的对地电容。单片机在启动时需要复位，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2个机器周期以上，单片机系统就能够实现复位功能。复位一般有手动复位和上电复位功能。手动复位是在RST引脚设置按键，当按键按下时，RST引脚

8、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，只要电源的上升时间不超过1ms，就能够实现复位功能。本设计选用按键复位。当前位置：文档视界单片机自动打铃系统设计论文单片机自动打铃系统设计论文记年上线为2100年；56字节非易失性RAM；两线串行接口；可编程方波输出；自动掉电检测和切换电路；在电池备份形式下，功耗小于50nA；工业级工作温度：-40-80；8引脚DIP和SOIC封装。DS1307的引脚排列如图3-1所示，引脚讲明如下：X1、X2：接入32.768kHz的石英晶振；VBAT：+3V电源输入；GND：地；SDA：数

9、据线，输入输出数据，需要外接上拉电阻；SCL：时钟线，用来同步数据；SQW/OUT：方波信号输出端，可输出供选择的频率方波，1Hz、4KHz、8KHz、32KHz，需外接上拉电阻。VCC：+5V电源；图3-1DS1307引脚图3.2.2时钟电路设计时钟电路如图3-2所示。时钟芯片的SCL引脚和SDA引脚分别由单片机的P3.1和P3.2引脚控制，单片机只需根据DS1307的工作时序来控制DS1307即可实现时间的写入和读取，其中DS1307的时钟端与数据端需外接上拉电阻，本设计选用5针排阻来充当上拉电阻。图3-2时钟电路3.3按键电路键盘是单片机应用中常用的一种输入器件，键盘的按键有触点式和非触

10、点式之分，按接口原理有编码键盘和非编码键盘之分。编码键盘主要用硬件来实现对按键的识别，非编码键盘是由软件来实现键盘的定义与识别。常用的按键一般为触点式按键，根据按键所连接的单片机引脚的电平高低来判定其能否按下。按功能分，键盘有独立按键和矩阵按键之分，独立按键每一路按键就占用单片机的一个控制引脚，单片机直接获取其信息；矩阵按键将按键排成由行和列组成的行列式，通过确认按键的行号和列号来确定每一路按键，利用少的单片机引脚控制更多的按键。本设计中按键电路如图3-3所示，由单片机的P1口控制按键电路。本设计中按键用于设定定时时间、打铃时间间隔，所以只需4路按键即可实现所需功能，采用独立式按键即可。由于按

11、键是机械式触点，所以在断开或闭合时，一般都有抖动产生，固然这个抖动时间在我们看来非常短，但是单片机执行指令的速度为微秒级别，很容易会读取这个时间而将其判定为真正的工作状态，进而引起误判。因而，在设计中必须考虑到按键抖动的影响。常用的去抖动的方法有两种：硬件方法和软件方法。硬件方法一般是加电容或者RS触发器；软件方法是在单片机在检测引脚所连接的按键的工作状态时加一个延时程序再次确认，通过2次确实认就能够确保按键的工作状态不受机械抖动的影响了。图3-3按键电路3.4显示电路LCD1602为字符型液晶显示器，分为带背光和不带背光两种，主要技术参数：显示容量，162个字符；芯片工作电压，4.5V-5.

12、5V；工作电流，2.0mA；模块最佳工作电压，5V；字符尺寸，2.954.35mm。LCD1602共有16个引脚，引脚讲明如下：1脚，VSS，电源地；2脚，VDD，电源正极，接+5V；3脚，VL，液晶显示偏压，接正电源时比照度较弱，接地时比照度最高；4脚，RS，数据/命令选择，高电平常选择数据寄存器，低电平常选择指令寄存器；5脚，R/W，读/写选择，高电平常进行读操作，低电平常进行写操作，当RS和R/W共同为低电平常能够写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平常能够读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平常能够写入数据；6脚，E，使能信号，当E端由高电平跳变为低电平常，液晶块执行命令；

13、7-14脚，D0-D7，8位双向数据线；15脚，BLA，背光源正极；16脚，BLK，背光源负极。本设计中显示电路如图3-4所示。单片机的P2口作为LCD1602的数据线端口，P3口控制LCD1602的使能端。单片机读取数据后，通过控制LCD1602的读写端、复位端和使能端将其设置为写入数据状态，再将数据通过P2口送入LCD1602实现显示功能。3-4显示电路图3.5打铃电路打铃电路一般用声音或音乐作为提醒，本设计选用蜂鸣器和LED灯实现声光双重打铃功能，电路如图3-5所示。打铃时间到时，单片机P3.3引脚置高，三极管9013导通，继而蜂鸣器和LED灯导通，实现蜂鸣和灯亮打铃功能。4系统软件设计

14、4.1软件设计流程图系统软件设计流程图如图4-1所示。图4-1软件设计流程图程序设计经过：首先要定义单片机的引脚，然后初始化器件，再利用DS1307的读写时序读取时间数据。再利用按键进入时间设定状态，设定完时间后单片机通过比拟时间能否到达设定的时间来确定能否到打铃时间，假如到达打铃时间，则控制蜂鸣器响LED开场初始化读取DS1307的时间时间送液晶显示设定定时时间判定能否到达打铃时间蜂鸣器响LED灯亮结束NY图3-5打铃电路灯亮。4.2读取DS1307时间程序设计DS1307中的时间寄存器地址编码为00H-07H，而具有掉电保护的RAM寄存器的地址编码为08H-3FH。当地址指针指向RAM的最

15、后一个地址3FH时，若进行多字节操作，则地址指针将会复位而指向00H，这样原来存在00H的数据将会丢失。DS1307的各类时间数据均以BCD码的格式存储在相应的时间寄存器中，详细分配如表4-1所示：表4-1DS1307寄存器分配00H01H02H03H04H05H06H07H秒分小时星期日期月年控制字单片机通过读取DS1307相应的寄存器字节，能够获取时钟和日历信息。时钟和日历信息以BCD码的形式存放在寄存器中，寄存器0的第7位为时钟停止位，振荡器停止工作。由于在初次上电时，所有寄存器的状态是不确定的，所以在初始化时必须将寄存器0中的第7位设为0。DS1307可运行在12/24小时形式下，并由

16、时间控制器中的相应位来进行控制。根据小时寄存器的第6位是0还是1，置为1时，是工作于12小时形式下，此时，小时寄存器的第5位为AM/PM标志。在24小时形式中，小时寄存器的第5位和第4位共同组成小时的十位数。时钟模块设计流程：单片机按如下顺序将数据写入到DS1307寄存器或内部RAM中：1、START信号2、写SLA+W(0xd0)字节，DS1307应答ACK；3、写1字节内存地址在下面第四步写入的第一字节将存入到DS1307内该地址处，DS1307应答；4、写数据可写多个字节，每一字节写入后DS1307内部地址计数器加一，DS1307应答；5、STOP信号单片机读取DS1307子程序流程图如图4-2所示：