II摘要本文介紹了基于STC89C52單片機的智慧課堂助手的硬件結(jié)構(gòu)，軟硬件設(shè)計方法。該設(shè)計包括六個模塊：電源、復(fù)位電路、時鐘芯片、A/D轉(zhuǎn)換、單片機主控制部分和LCD液晶顯示器。系統(tǒng)以STC89C52單片機為主控制器，記錄時間，可以時、分、秒進行計時。數(shù)據(jù)的顯示采用1602液晶顯示模塊，可以在LCD1602上同時顯示時、分、秒和課堂進度，顯示課堂所剩時間，顯示為時和分。課堂時間到時自動重新設(shè)置上課時間。在課堂范圍內(nèi)，具備自動顯示小組討論時間，并倒計時。此智慧課堂助手具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點，具有廣闊的市場前景。此智慧課堂助手的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在任何環(huán)境和條件下都能保持原狀；此智慧課堂助手可以抗拒大的壓強，在運用時為確保實時時間提供了保障；此智慧課堂助手不易發(fā)生延時，受自然環(huán)境的影響小。關(guān)鍵詞：單片機；時鐘芯片；軟件程序；1602液晶顯示器AbstractThispaperintroducesthehardwarestructureandsoftwaredesignmethodofintelligentclassroomassistantbasedonSTC89C52microcontroller.Thedesignincludessixmodules:powersupply,resetcircuit,clockchip,A/Dconversion,MCUmaincontrolsectionandLCDdisplay.ThesystemwithSTC89C52single-chipmicrocomputerasthemaincontroller,recordingthetime,canbetimed,minutes,seconds.Thedatadisplayadoptsthe1602LCDmodule,whichcandisplaythetime,minutes,secondsandclassprogressontheLCD1602atthesametime,displaytheremainingtimeoftheclass,anddisplaythetimeandminutes.Classtimewillberesetautomatically.Withinthescopeoftheclass,thereisanautomaticdisplayofgroupdiscussiontimeandcountdown.Thissmartclassroomassistanthasmanyadvantagessuchaseasyreading,intuitivedisplay,variousfunctions,simplecircuit,lowcostandsoon,andhasabroadmarketprospect.Thestructureofthesmartclassroomassistantisstableandcanbemaintainedinanyenvironmentandconditions.Thissmartclassroomassistantcanresistlargepressure,inusetoensurereal-timetimetoprovideaguarantee;Thisintelligentclassroomassistantisnotpronetodelayandislessaffectedbythenaturalenvironment.Keywords：MCU；theclockchip；asoftwareprogram；LCD1602第1章緒論1.1課題背景智能教室是一種基于動態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析和云計算，網(wǎng)絡(luò)和終端應(yīng)用程序的新型信息講座模型。這是一個基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論并依靠新一代信息技術(shù)（例如Internet

+思維模式，大數(shù)據(jù)和云計算）而創(chuàng)建的智能高效教室。其實質(zhì)是基于動態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析和云，網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序的數(shù)字實現(xiàn)，決策的實時交互，評估反饋，三個方向的智能資源推送，統(tǒng)一通信和語義構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境。通過聰明的教與學(xué)，促進所有學(xué)生在個人成長和智力發(fā)展上的成就。在決策，評估反饋，溝通與互動以及資源推動教育方面，對傳統(tǒng)課堂培訓(xùn)的內(nèi)容和方法進行了數(shù)據(jù)化，智能化和全面改革，為智慧的教與學(xué)提供先進的技術(shù)支持。1.2研究課題的目的及意義1.2.1研究課題的目的傳統(tǒng)課堂教學(xué)的現(xiàn)狀傳統(tǒng)課堂氛圍更加頑固。為了建立自己的聲望并讓學(xué)生遵循課堂紀律，老師常常不考慮學(xué)生，拉近了教師和學(xué)生之間的距離，給了自己優(yōu)越感。教師通常只注重知識的單向傳遞，而沒有激發(fā)學(xué)生的興趣，課堂氣氛沉悶而機械。由于缺乏學(xué)生作為學(xué)習(xí)的對象，因此教師所采用的教學(xué)方法和教學(xué)方法相對單一，黑板常被用來教授知識和講解練習(xí)。這種單向教學(xué)方法不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生只是被動地理解，打動和練習(xí)，學(xué)習(xí)效果不是很好。這種循序漸進的教學(xué)方法僅專注于知識的傳遞。它沒有訓(xùn)練學(xué)生的動手能力和綜合的大腦發(fā)育能力，與素質(zhì)教育有一定差距。市場上的智慧課堂助手并不多，目前市面上流行的智慧課堂助手不是價格昂貴性價比不高，就是計時不精確，誤差大。一種性價比高、計時精確的智慧課堂助手的市場需求極大，開發(fā)這種高效、廉價的系統(tǒng)尤為重要。1.2.2研究課題的意義在傳統(tǒng)教室中，當(dāng)老師問一個問題而學(xué)生單獨回答時，老師不能很好地掌握全班知識，只能判斷總體情況。由于沒有準確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，因此未來的學(xué)習(xí)計劃不夠準確，無法說明未來的數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息。智慧課堂助手是以智能化取代以前的人工操作，從可靠性與性價比出發(fā)，進行研究。研究該課題不僅能鞏固大學(xué)四年中學(xué)習(xí)的相關(guān)理論知識，而且能培養(yǎng)采集參考資料、解決實際問題的能力。1.3課題研究內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)1.3.1課題研究內(nèi)容智慧課堂助手是基于單片機，可以顯示當(dāng)前時間，顯示時，分，秒。還可以顯示課堂進度，顯示課堂所剩時間，顯示為時和分。課堂時間到時自動重新設(shè)置上課時間。在課堂范圍內(nèi)，具備自動顯示小組討論時間，并倒計時。1.3.2技術(shù)指標(biāo)本設(shè)計可以顯示當(dāng)前時間，顯示格式為時，分，秒。同時可以顯示課堂進度，顯示課堂所剩時間，顯示格式為時和分。課堂時間到時自動重新設(shè)置上課時間。在課堂范圍內(nèi)，具備自動顯示小組討論時間，并倒計時。第2章方案的論證與設(shè)計2.1系統(tǒng)方案論證2.1.1單片機電路方案設(shè)計選擇單片機作為控制系統(tǒng)的核心是該設(shè)計的重點之一。該系統(tǒng)是面向市場的設(shè)計，因此在選擇系統(tǒng)的關(guān)鍵控制芯片之前必須考慮性價比。其次，功耗也是構(gòu)建系統(tǒng)時要考慮的因素?；谝陨蟽牲c，本設(shè)計提出了以下主要控制芯片選擇解決方案：

方案一：51系列芯片作為硬件核心，AT89C51單片機作為代表，快閃記憶體，4KB內(nèi)存空間就在里面，它可以工作在3V超低電壓。方案二：AVR單片機作為硬件核心，它是一款先進的低端單片機。它使用方便，具有自己的10位A/D，和很少的外部干擾。同時，它還有許多其他的優(yōu)點。內(nèi)置硬件乘法器，加速乘法運算；I/O端口引腳的數(shù)量高達32個。雖然AVR單片機無論是在資源上還是在運行速度上都比51單片機強大很多，但由于對性價比要求比較高，同時出于功耗的考慮，所以選擇51單片機作為主控芯片。同時出于現(xiàn)有資源與程序容量的考慮，本設(shè)計采用STC89C52單片機作為主控芯片。2.1.2時鐘電路方案設(shè)計在設(shè)計時鐘電路時，常用以下幾種實時時鐘芯片，例如DS12887、DS1216、DS1643、DS1302。時鐘芯片的主要功能基本一致，只是在有多少個引腳、怎么安裝備用電池、計時精度和擴展功能等方面略有不同。本設(shè)計對于實時時鐘模塊提出了以下幾種實現(xiàn)方法：方案一：使用單片機定時計數(shù)器設(shè)計時鐘電路。直接提供秒信號，利用程序?qū)δ?、月、日、周、時、分、秒進行計數(shù)。雖然不使用時鐘芯片，減少了成本，但是實時時間的延時長、誤差大。方案二：使用時鐘芯片DS12887設(shè)計時鐘電路，并使用DS1302作為核心時鐘芯片配置數(shù)字時鐘電路。該電路不僅可以提供準確的時間，還增加了很多其他功能。它可以在斷電時保存用戶自行設(shè)置的參數(shù)、故障狀態(tài)參數(shù)等重要參數(shù)。方案三：使用串行接口時鐘芯片DS1302設(shè)計時鐘電路，并使用DS1302作為核心時鐘芯片配置數(shù)字時鐘電路。該電路不僅可以提供準確的時間，而且可以節(jié)省接口資源。另外，鋰電池在斷電后也不會失落時間和數(shù)據(jù)信息。通過以上三種設(shè)計方案的對比，可以看出方案三結(jié)構(gòu)簡單、時間準確、綜合性能優(yōu)異。因此，選擇第三個設(shè)計解決方案。2.1.3顯示電路方案設(shè)計智能教室助手需要顯示模塊提供實時的時間時間，同時需要顯示，體現(xiàn)智能教室助手控制系統(tǒng)良好的可控性和可操作性。因此，顯示部分是本次設(shè)計的重點之一。常用的顯示方法有LED顯示、LCD顯示等。本設(shè)計對于顯示模塊提出了以下幾種實現(xiàn)方法：方案一：使用LED數(shù)字管進行動態(tài)掃描。LED既經(jīng)濟又適合于數(shù)字顯示器。當(dāng)使用動態(tài)掃描方法連接到單片機時，使用了單片機的端口線，但是連接時間短。

方案二：采用點陣數(shù)碼管顯示。點矩陣數(shù)碼管適用于顯示文本，但顯示次數(shù)太多，價格相對較高。方案三：采用LCD，顯示功能強大，可以顯示大量的文字和圖形，顯示方式多樣清晰，且其控制方便，顯示程序簡單，省了很多麻煩。通過以上三種方案的比較，可以看出LCD在此設(shè)計中具有很大的優(yōu)勢。因此，選擇LCD字符類型LCD作為顯示模塊。雖然只能顯示兩行，但是體積小，容易控制，成本低，并且兩行字符類型顯示完全可以滿足本設(shè)計的需要。目前，市場上大部分的液晶字符是LCD1602。LCD1602液晶是一種非常常見且易于使用的特征液晶。它可以顯示2行16個字符或32個字符在每一行，與可調(diào)對比度和黃綠背光。本設(shè)計使用LCD1602顯示時間等。2.2系統(tǒng)方案確定及系統(tǒng)框圖2.2.1系統(tǒng)方案確定該系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，并具有11.0592MHZ的晶體振蕩器，因此單片機的運行速度是合理的。啟動電容器30pF對振蕩器的頻率，振蕩器的穩(wěn)定性和啟動速度具有更適當(dāng)?shù)挠绊?。該設(shè)計主要包括電源，復(fù)位電路，時鐘芯片，A/D轉(zhuǎn)換，單片機主控制部分和LCD液晶顯示部分。2.2.2系統(tǒng)框圖電路方框圖如圖2-1所示，采用單片機作為整機的控制單元，通過LCD1602來顯示。為了能夠使系統(tǒng)具備可以顯示課堂進度，顯示課堂所剩時間，顯示格式為時和分。采用軟件編程的方法來實現(xiàn)功能，使電路硬件更加簡潔。電源電源單片機最小系統(tǒng)顯示電路復(fù)位電路顯示電路復(fù)位電路A/D變換時鐘芯片A/D變換時鐘芯片圖2-1整機方框圖本章小結(jié)本章主要介紹這次畢業(yè)設(shè)計的方案選擇，對三種方案的分析，最終確定以單片機為核心的數(shù)控穩(wěn)壓源，并對所選方案設(shè)計及原理給予分析。在下一章節(jié)當(dāng)中，將對該課題中各單元電路的具體設(shè)計方案、元器件的選擇作進一步論述。第3章單元電路設(shè)計3.1單片機系統(tǒng)3.1.1單片機外圍電路STC89C52是一款低功耗，高性能CMOS

8位微控制器，具有8k字節(jié)的系統(tǒng)可編程閃存。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但是經(jīng)過大量改進，該芯片具有傳統(tǒng)51微控制器所沒有的功能。在單芯片微型計算機中，STC89C52具有智能8位CPU和系統(tǒng)可編程閃存。這使STC89C52成為許多嵌入式控制應(yīng)用程序非常靈活和高效的解決方案。STC89C52可以簡化為0Hz的靜態(tài)邏輯操作，支持兩種軟件選擇的節(jié)電模式。在空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口和中斷繼續(xù)工作。在關(guān)機保護模式下，保存RAM內(nèi)容，凍結(jié)振蕩器，停止MCU上的所有工作，直到下一次中斷或硬件復(fù)位。最大工作頻率為35MHz，可選6T/12T。單片機最小系統(tǒng)是指用起碼的元件和單片機工作的系統(tǒng)。在52單片機中，單片機、晶體振蕩電路、復(fù)位電路構(gòu)成了最小系統(tǒng)。單片機接口電路主要用于連接計算機等外部設(shè)備。3.1.2時鐘電路設(shè)計達拉斯發(fā)行的具有充電功能的低功耗實時時鐘電路是DS1302實時時鐘電路，主要功能是串行數(shù)據(jù)傳輸，可為斷電保護電源提供可編程充電，并且可以將其關(guān)閉。使用常規(guī)的32.768KMZ晶體振蕩器。DS1302是達拉斯的高性能低功耗RAM實時時鐘電路。2.5V至5.5V的工作電壓采用三向接口，用于與CPU同步通信。在突發(fā)模式下，您可以傳輸時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)的多個字節(jié)。DS1302具有31×8RAM寄存器和數(shù)據(jù)存儲，但它是DS1202的升級版，并且與DS1202兼容，但是您可以在主/備用電源上增加一個雙電源引腳，以便以低功率為備用電源充電。

在DS1302引腳布局中，VCC1是備用電源，VCC2是主電源。它還可以在主電源關(guān)閉的情況下保持時鐘運行。DS1302由較大的VCC1或VCC2驅(qū)動。如果VCC2大于VCC1+0.2V，則VCC2為DS1302供電。如果VCC2小于VCC1，則DS1302由VCC1供電。X1和X2是振蕩器和32.768MHZ晶體振蕩器。RST是復(fù)位/芯片選擇線，它將RST輸入驅(qū)動器設(shè)置為高電平以開始所有數(shù)據(jù)傳輸。RST輸入具有兩個功能。首先，RST打開控制邏輯，使您可以將地址/命令序列發(fā)送到移位寄存器，其次，RST提供了一種停止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒āＨ绻鸕ST是高功率事件，則所有數(shù)據(jù)傳輸都將開始，從而使DS1302能夠正常工作。在傳輸期間將RST設(shè)置為低電平會終止數(shù)據(jù)傳輸，并使I/O引腳變?yōu)楦咦杩埂ST上電時應(yīng)保持低電平，直到VCC大于或等于2.5V。只有當(dāng)SCLK較低時，才能將其設(shè)置為高水平。I/O是串行數(shù)據(jù)輸入和輸出的雙端（雙向），而SCLK始終是輸入端子。

3.2顯示電路設(shè)計3.2.1LCD1602主要技術(shù)參數(shù)字符液晶顯示模塊是一種點陣LCD，專門用于顯示字母，數(shù)字，標(biāo)記等。此設(shè)計使用藍色的1602液晶顯示器。表3-1LCD1602主要技術(shù)參數(shù)顯示容量16×2個字符芯片工作電壓4.5~5.5V工作電流2.0mA（5.0V）模塊最佳的工作電壓5.0V字符尺寸2.95mm×4.35mm（寬×高）3.2.2LCD1602引腳功能說明LCD1602顯示器使用標(biāo)準的14針（無背光）或16針（有背光）接口，每個針的功能如下所述。表3-2LCD1602引腳功能說明引腳符號功能引腳1VSS地電源引腳2VDD5V正電源引腳3VL液晶顯示器對比度調(diào)整端引腳4RS寄存器選擇腳引腳5R/W寄存器選擇腳引腳6E使能端引腳7~14D0~D78位雙向數(shù)據(jù)線引腳15背光源正極本章小結(jié)本章介紹了設(shè)計中各單元電路的具體設(shè)計方法及其功能，此電路由單片機STC89C52、LCD1602液晶顯示電路、復(fù)位電路、時鐘電路組成。每個單元電路都是不可缺少的，這些單元電路構(gòu)成了一個完整的電路。軟件程序設(shè)計4.1軟件控制系統(tǒng)設(shè)計為了實現(xiàn)特定的功能，單片機的設(shè)計不僅需要硬件電路的支持，還需要軟件電路的控制。在硬件電路設(shè)計完成后就需要對軟件電路進行設(shè)計了。軟件設(shè)計中最重要的是主程序的設(shè)計，它是軟件控制的主體，不僅負責(zé)控制各個模塊的工作，還負責(zé)為模塊之間提供聯(lián)系。軟件設(shè)計中剩下的就是對各個子程序進行設(shè)計，主要用于對信息進行接收和處理，以及根據(jù)單片機給出的信號進行工作。軟件的開發(fā)是在Keil4下進行的，包括源程序的編輯、編譯和連接，并最終生成可執(zhí)行的hex文件。Keil4具有強大的調(diào)試功能，所生成的程序代碼極小。Keil4編譯器是最常用的編譯器，因為它使用簡單，而在Keil4開發(fā)工具內(nèi)部有STC89C52單片機的選項，這樣對配置STC89C52編寫工程環(huán)境而言簡單和方便了很多。Keil4是用于8051單片機的集成開發(fā)環(huán)境，Keil4有很多優(yōu)點，嵌入式C/C++優(yōu)化的編寫可以將代碼自動優(yōu)化。目前，隨著單片機應(yīng)用的日漸復(fù)雜，對程序的可讀性、升級與維護的要求也越來越高，而這要求編程人員寫出易讀又安全可靠的指令代碼。而Keil4的編譯器可以將程序員編寫的代碼做到最優(yōu)化而且最緊湊，這樣的好處就是可以大量的節(jié)省單片機的存儲資源，做到最大限度降低程序復(fù)雜帶來的各種BUG。編譯后的軟件采用Keil4軟件進行編譯，整個系統(tǒng)的控制程序使用C51編程語言進行編譯，Keil4是一種常用于微控制器開發(fā)的編譯軟件，該軟件本身具有C語言編譯，微控制器軟件仿真和調(diào)試功能，使開發(fā)更有效率。4.2系統(tǒng)主程序設(shè)計本系統(tǒng)軟件設(shè)計由主程序、初始化程序、讀取時間程序、顯示程序組成。主程序流程圖如圖4-1所示。開始開始初始化初始化是否收到完整指令是否收到完整指令Y提取時間提取時間顯示當(dāng)前時間、課堂進度、課堂剩余時間、小組討論時間顯示當(dāng)前時間、課堂進度、課堂剩余時間、小組討論時間倒計時小組討論時間倒計時小組討論時間是否到課堂時間是否到課堂時間設(shè)置上課時間NY設(shè)置上課時間結(jié)束結(jié)束圖4-1主程序流程圖整個程序基于單片機STC89C52，并顯示在LCD1602上。在收到完整的指令語句后，才能正確的提取日期和時間，進而顯示在LCD1602上。如果沒有同時滿足這兩個條件，就不能顯示出正確的信息。本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)整個軟件部分的設(shè)計工作，因為軟件的設(shè)計是對硬件設(shè)計的支撐。軟件設(shè)計的主體包括讀取時間程序、顯示程序組成。對系統(tǒng)編程軟件進行了簡單的介紹，并且設(shè)計了主函數(shù)流程圖，然后根據(jù)流程圖編寫了相關(guān)程序。第5章整機電路工作原理及調(diào)試5.1整機電路工作原理該設(shè)計是由STC89C52單片機最小系統(tǒng)（由STC89C52單片機外部時鐘電路、復(fù)位電路和電源組成）、顯示電路等組成，具有可以顯示實時時間，顯示時，分，秒。還可以顯示課堂進度，顯示課堂所剩時間，顯示為時和分。課堂時間到時自動重新設(shè)置上課時間。在課堂范圍內(nèi)，具備自動顯示小組討論時間，并倒計時的功能。該系統(tǒng)主要包括四個模塊編程：單片機STC89C52的編程、液晶顯示屏LCD1602的編程、時鐘電路的編程、復(fù)位電路的編程。單片機STC89C52初始化，獲得信息，顯示在LCD1602上。整機電路原理圖見附錄3所示。5.2電路調(diào)試一般來說，系統(tǒng)調(diào)試是一項復(fù)雜而細致的工作，所以在調(diào)試的過程中，我們需要耐心，仔細的檢查和解決所有的問題。為了使整個系統(tǒng)正常工作，我們必須解決了所有的問題。整個系統(tǒng)的設(shè)計完成后，您需要執(zhí)行任務(wù)調(diào)試，消除軟件和硬件錯誤，檢查系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)定性，并確保系統(tǒng)符合設(shè)計要求。該系統(tǒng)的調(diào)試主要分為兩個階段：微控制