前言1.1選題來源現(xiàn)在社會(huì)已經(jīng)到了一個(gè)創(chuàng)新數(shù)見不鮮的時(shí)代,特別要注意的是在電子技術(shù)領(lǐng)域中采用智能控制。傳統(tǒng)的由分立元件和邏輯電路組成的控制系統(tǒng)，正以史無前例的速度被傳統(tǒng)的單片式微控制器所逐漸代替。單片機(jī)因其具有體積小、功能強(qiáng)、造價(jià)低等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用?？傮w而言,實(shí)現(xiàn)智能化控制和自動(dòng)化管理的核心便是單片機(jī)[1]。這種單片機(jī)也許可以把它簡稱為一個(gè)單片式微控器,它不僅僅指的是一種能夠直接地完成特定邏輯運(yùn)算作用的單片機(jī)芯料,而是將一個(gè)計(jì)算機(jī)或者一個(gè)子系統(tǒng)直接集成起來并放置在一個(gè)單片機(jī)的芯料上。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西并將他們變得智能化了，我們只需要在外接端口上接一點(diǎn)簡單的接口電路，中樞內(nèi)容只是由人工的編寫程序并輸入來完成。1.2研究現(xiàn)狀隨著數(shù)字集成化及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今的趨勢。為此，我們設(shè)計(jì)了一款無線式的時(shí)間顯示/自動(dòng)打鈴系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的電子鐘和自動(dòng)打鈴系統(tǒng)相互組合在一起,從而使我們能夠有效地解決傳統(tǒng)打鈴器性能簡單、可靠性低等問題。該系列產(chǎn)品以單片機(jī)為核心來管理和控制每一個(gè)模塊，隨時(shí)可以自主對實(shí)際的作息時(shí)間表及其上的作息時(shí)刻表進(jìn)行調(diào)整,用戶也就可以非常方便地任意調(diào)整自己的作息時(shí)刻。該產(chǎn)品以網(wǎng)絡(luò)取代了實(shí)線傳輸，從而徹底解除走線所受到的地形影響并且大大降低了其成本，來有效地管理學(xué)校的日常工作和時(shí)間。本次設(shè)計(jì)還具有電子鐘的時(shí)間設(shè)定、顯示功能，是集時(shí)間、顯示和響鈴為一體的多功能響鈴計(jì)時(shí)系統(tǒng)。1.3主要研究內(nèi)容這個(gè)系統(tǒng)是由一個(gè)硬件單元組成的部分與一個(gè)軟件單元所組成的。硬件設(shè)計(jì)包括原理圖、元器件、線路圖，然后對這些部分分別做了一次測試以及調(diào)試，并且使它們都能夠滿足所需要的功能硬件電路是一種基于結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,該技術(shù)可以有效地確保所需要的設(shè)計(jì)電路在規(guī)范性、簡單性上得到實(shí)現(xiàn)。硬件電路設(shè)計(jì)主要是單片機(jī)以及與其配套的外接芯片。硬件電路的設(shè)計(jì)包括輸入輸出口設(shè)計(jì)，畫出電路圖并且在仿真軟件上進(jìn)行模擬和調(diào)試，然后根據(jù)電路仿真圖進(jìn)行焊接，做成實(shí)物之后，將編程好的程序燒錄至單片機(jī)中，再對實(shí)物進(jìn)行調(diào)試，直至符合課題要求。軟件設(shè)計(jì)首先要在硬件設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各部分的功能設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，畫出各部分流程圖，利用C語言進(jìn)行程序編寫等。最后對軟件部分進(jìn)行調(diào)試，達(dá)到所需的功能要求。設(shè)計(jì)要求具體為按時(shí)打鈴、顯示時(shí)分秒等7種日歷信息、時(shí)鐘顯示、可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)交互功能等。課題設(shè)計(jì)的功能如下：a、時(shí)鐘功能：能顯示年、月、日、時(shí)、分、秒b、鍵盤功能：能校正時(shí)鐘日歷信息c、打鈴功能：按指定時(shí)間打鈴即播放音樂該控制系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、時(shí)鐘模塊和時(shí)間顯示模塊等組成。2設(shè)計(jì)方案的論證2.1設(shè)計(jì)要求要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以用來顯現(xiàn)時(shí)間、設(shè)定時(shí)間、定時(shí)響鈴。根據(jù)課題要求，電路設(shè)計(jì)可以分為時(shí)間設(shè)置電路，計(jì)時(shí)電路，顯示電路和定時(shí)打鈴控制電路四個(gè)部分[3]。以青島工學(xué)院為例，青島工學(xué)院打鈴信息如表2-1所示：2.2設(shè)計(jì)方案的選擇2.2.1方案一：數(shù)字式電路的設(shè)計(jì)利用門電路元件進(jìn)行組合設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)對電鈴的控制。然后是關(guān)于脈沖信號(hào)的輸出以及進(jìn)位輸出的選擇，前者由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器來實(shí)現(xiàn)，后者則是利用74160N設(shè)置六進(jìn)制與十進(jìn)制來實(shí)現(xiàn)。至于時(shí)間信息的顯示，則由數(shù)碼管顯示器來完成。2.2.2方案二：基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器里的3個(gè)字節(jié)，分別存儲(chǔ)時(shí)鐘的三種時(shí)間信息。使用計(jì)時(shí)器和軟件實(shí)現(xiàn)1秒定時(shí)器中斷。如果沒有中斷，內(nèi)存的第二批值將增加1個(gè)；第二批值達(dá)到60個(gè)，將被刪除，第二批值將增加1個(gè)；如果分?jǐn)?shù)達(dá)到60，分節(jié)就會(huì)被刪除，小時(shí)節(jié)就會(huì)增加1個(gè)；小時(shí)值達(dá)到24時(shí)，時(shí)間節(jié)就會(huì)被刪除，然后返回初始狀態(tài)，開始循環(huán)。實(shí)時(shí)設(shè)定時(shí)間后，就會(huì)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，當(dāng)主函數(shù)感應(yīng)到當(dāng)前時(shí)間與已設(shè)定的響鈴時(shí)間相同時(shí)，便開始響鈴，持續(xù)20秒鐘。2.2.3方案確定第一個(gè)方案只能根據(jù)預(yù)設(shè)的信息來實(shí)現(xiàn)響鈴，功能比較單一，課題的要求卻是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)響鈴，與設(shè)計(jì)初衷不符。方案二的設(shè)計(jì)可以完全符合課題要求，功能也比較豐富，還具有時(shí)間顯示，并且在修改上較于方案一有了很大的提升，并不需要將整個(gè)程序推到重寫，只需在軟件上修改部分程序即可，十分方便。綜合考慮，并且根據(jù)課題需求，此次的設(shè)計(jì)選擇第二個(gè)方案。2.3基本方案2.3.1課題概述自動(dòng)電鈴裝置適合企業(yè)和學(xué)校等地的作息時(shí)間管控，由于該設(shè)計(jì)是基于校園的作息時(shí)間來設(shè)定的，所以不僅模擬了時(shí)鐘顯示時(shí)間信息，還根據(jù)學(xué)校的作息來按時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)響鈴控制。此次設(shè)計(jì)將采用4個(gè)按鍵，作為調(diào)節(jié)三類時(shí)間信息以及強(qiáng)制啟動(dòng)電鈴，以至于該系統(tǒng)可以保證始終與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相吻合。2.3.2硬件選擇根據(jù)課題的內(nèi)容要求，以及需要實(shí)現(xiàn)的功能，經(jīng)多方面考慮，系統(tǒng)硬件將采用89C52低功耗單片機(jī)，響鈴設(shè)備則由蜂鳴器來擔(dān)任。2.4總體框圖根據(jù)課題的要求，經(jīng)過詳細(xì)構(gòu)思之后，本次設(shè)計(jì)將以單片機(jī)為中心，由鍵盤控制時(shí)間的更改以及手動(dòng)響鈴，DS1302來為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間，響鈴輸出則由蜂鳴器來擔(dān)任，顯示則用LCD顯示。本次設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示3硬件電路的設(shè)計(jì)3.1基本原理該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由4個(gè)部分構(gòu)成，分別為主控部分、時(shí)鐘部分、顯示部分和鍵盤接口部分。當(dāng)實(shí)時(shí)時(shí)間和已設(shè)定的時(shí)間相同時(shí)，驅(qū)動(dòng)將會(huì)根據(jù)程序進(jìn)行動(dòng)作并開始打鈴，每次響鈴20秒鐘。3.2主要元器件參數(shù)及功能簡介3.2.1主控制器主控制器采用的時(shí)由宏晶科技公司全新公布的一款高效率、穩(wěn)定性強(qiáng)的單片機(jī)89C52，它的指令完全包容80C51單片機(jī)，有兩種時(shí)鐘周期可任選。目前市場應(yīng)用極為廣泛，其特點(diǎn)如下：用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)片上集成512字節(jié)RAM32個(gè)通用I/O口具有看門狗功能3個(gè)16位定時(shí)器。即定時(shí)器T0、T1、T2STC89C52RC引腳圖如圖3-1所示。3.2.2時(shí)鐘芯片=1\*GB3①性能時(shí)鐘芯片能夠和單片機(jī)之間進(jìn)行簡易地同步串行通訊。時(shí)鐘/ram的讀取和寫入數(shù)據(jù)是用字節(jié)或者是字符組相互連接的方法來進(jìn)行通訊。時(shí)鐘芯片在正常工作中的能量消耗很少,它可以把對于數(shù)據(jù)和時(shí)間的功率保證在極小范圍內(nèi),同時(shí)它還能夠提供當(dāng)年的時(shí)分秒等7鐘日歷的信息,以及當(dāng)年當(dāng)月日歷信息的自動(dòng)調(diào)整,也就是可以直接通過手動(dòng)操作來選擇當(dāng)年的時(shí)間顯示格式。=2\*GB3②引腳圖DS1302引腳圖如圖3-2所示3.2.3LCD1602液晶顯示器LCD1602是眼下普遍廣泛應(yīng)用的一種新型液晶顯示設(shè)備。它主要是由于將字符式液晶顯示屏(LCD)、控制驅(qū)動(dòng)主電路、可擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電路,以及少數(shù)的電阻、電容等元件和結(jié)構(gòu)材料等配合到PCB板上而設(shè)計(jì)形成的。LCD1602的輸出顯示寬度為32位。結(jié)果如圖3-3所示。3.3單元電路設(shè)計(jì)3.3.1顯示電路設(shè)計(jì)顯示模塊采用LCD顯示，顯示地內(nèi)容有時(shí)分秒等7種日歷信息，時(shí)間顯示的格式為24小時(shí)制，日歷格式則為年月日，星期則直接為1至7的數(shù)字顯示。電路模擬圖如圖3-4所示：3.3.2鍵盤電路設(shè)計(jì)鍵盤電路采用4個(gè)獨(dú)立按鍵來連接到單片機(jī)的P3.4-P3.7。K2按鍵為設(shè)置鍵，可以用來選定你要設(shè)置的內(nèi)容；K3按鍵為選擇鍵，用來選擇在設(shè)置鍵停下的這一頁中需要設(shè)置的數(shù)據(jù)；K4按鍵為增加鍵，顧名思義，用來增加數(shù)據(jù)；K5按鍵為減小鍵，用來減少數(shù)據(jù)，同時(shí)K5按鍵也是手動(dòng)打鈴按鍵，即直接按下K5按鍵，蜂鳴器直接開始鳴響。電路模擬圖如圖3-5所示：3.3.3響鈴電路設(shè)計(jì)響鈴電路由蜂鳴器，晶體管和電阻器3個(gè)元件構(gòu)成。蜂鳴器的兩個(gè)引腳分別和電源以及三極管的正極相連，三極管的接地端直接接地，另一個(gè)引腳則與電阻器串聯(lián)之后，接入單片機(jī)的P1.4端口。如圖3-6所示

4軟件設(shè)計(jì)以及流程圖4.1基本原理概述開機(jī)之后，主函數(shù)的初始動(dòng)作是使蜂鳴器鳴響一聲，接著便是I/O口、定時(shí)器、時(shí)鐘芯片、LCD先后開始初始化。當(dāng)LCD初始化顯示之后，開始初始化保存的數(shù)據(jù)，然后便開始調(diào)用子程序，進(jìn)行循環(huán)。4.1.1中斷程序設(shè)計(jì)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)T0定時(shí)100ms，即0.1s，10次中斷即為1秒，60秒為1分，60分為1小時(shí)，24小時(shí)為一天，如此循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。中斷函數(shù)如圖4-1所示。中斷程序的作用是當(dāng)設(shè)置鍵進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，保護(hù)當(dāng)前進(jìn)程，進(jìn)行按鍵處理程序的進(jìn)行。圖4-1中斷函數(shù)4.1.2顯示程序的設(shè)計(jì)因?yàn)轱@示電路中采用的是LCD顯示器顯示，所以時(shí)鐘日期的顯示都由程序控制。由程序來控制LCD的寫命令函數(shù)與寫數(shù)據(jù)函數(shù)，部分LCD程序如下圖4-2：圖4-2LCD部分程序4.1.3按鍵程序的設(shè)計(jì)按鍵程序的設(shè)計(jì)分為按鍵判斷程序和按鍵處理程序兩部分。按鍵判斷程序采用的是延時(shí)去抖動(dòng)的方法，延時(shí)是通過調(diào)用子程序來實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)按鍵按下都要等待釋放后再返回。按鍵處理程序?yàn)榘存I式校時(shí)的，所以進(jìn)入按鍵處理程序后就關(guān)閉定時(shí)中斷，對于動(dòng)能鍵注意設(shè)置顯示標(biāo)志。按鍵程序設(shè)計(jì)部分如圖4-3所示：圖4-3按鍵程序設(shè)計(jì)4.1.4程序清單程序的設(shè)計(jì)主要分為3部分，即單片機(jī)程序、LCD顯示器的程序和時(shí)鐘芯片的程序。系統(tǒng)的主函數(shù)請見附錄B，LCD顯示器的詳細(xì)程序請見附錄C，時(shí)間芯片的具體程序請見附錄D。4.2流程圖4.2.1主程序流程圖系統(tǒng)開機(jī)運(yùn)行之后，先初始化，然后判斷是否為正常走時(shí)狀態(tài)，若正常，則進(jìn)行打鈴時(shí)間的比較，比較完成之后，系統(tǒng)進(jìn)行判斷是否執(zhí)行打鈴程序，然后在LCD顯示器上顯示；若不正常，則直接在LCD顯示器上顯示，LCD顯示器上顯示出結(jié)果之后進(jìn)行按鍵檢測，判斷是否有鍵按下，若有按鍵按下，則獲取鍵值進(jìn)行按鍵處理，然后返回判斷是否正常走時(shí)狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)；若沒有按鍵按下，則直接返回到判斷是否正常走時(shí)狀態(tài)，進(jìn)行循環(huán)。具體的系統(tǒng)主程序流程圖如圖4-1所示。4.2.2定時(shí)中斷流程圖當(dāng)系統(tǒng)需要定時(shí)中斷時(shí)，則啟動(dòng)定時(shí)中斷程序。啟動(dòng)定時(shí)中斷程序之后，先保護(hù)現(xiàn)場，若中斷時(shí)間為100ms單元內(nèi)，則直接跳轉(zhuǎn)到退出程序，若不是，則對100ms單元內(nèi)進(jìn)行清零，并轉(zhuǎn)移到秒單元內(nèi)進(jìn)行疊加；若中斷時(shí)間為秒單元內(nèi)，則直接跳轉(zhuǎn)到退出程序，若不是，則繼續(xù)疊加，并且對秒單元內(nèi)部進(jìn)行清零，并且轉(zhuǎn)移到分單元內(nèi)進(jìn)行疊加；若中斷時(shí)間為分單元內(nèi)，則直接跳轉(zhuǎn)到退出程序，若不是，則將分單元內(nèi)部清零，并且轉(zhuǎn)移到時(shí)單元內(nèi)進(jìn)行疊加；若中斷為時(shí)單元內(nèi)，則直接跳轉(zhuǎn)到退出程序，若不是，則對時(shí)單元內(nèi)部進(jìn)行清零，然后直接進(jìn)行退出程序處理。具體的系統(tǒng)中斷流程圖詳情請圖4-2.5系統(tǒng)調(diào)試通過前面的描述，硬件和軟件的設(shè)計(jì)已經(jīng)基本上完成了，然后開始著手準(zhǔn)備制作實(shí)物。下面就開始對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試與分析。硬件的部分由6個(gè)模塊以及單片機(jī)來組成，這6個(gè)模塊分別是復(fù)位、振蕩、按鍵、顯示、鬧鐘、實(shí)時(shí)時(shí)鐘。根據(jù)所畫的系統(tǒng)組成模擬圖，使用電烙鐵將各個(gè)元件焊接到一起，做成實(shí)物之后，然后通過單片機(jī)的外部接口將編程好的軟件部分輸入進(jìn)去，開始對實(shí)物進(jìn)行調(diào)試。系統(tǒng)組成模擬圖和實(shí)物圖如圖5-1所示先將實(shí)物通電，按下啟動(dòng)按鍵之后，顯示屏上顯示時(shí)間、日期、星期等內(nèi)容，當(dāng)現(xiàn)實(shí)時(shí)間與設(shè)定的響鈴時(shí)間一致時(shí)，蜂鳴器開始鳴響，響鈴持續(xù)20秒鐘。也可以通過手動(dòng)操作使蜂鳴器開始鳴響，響鈴時(shí)間同樣為20秒鐘。對于現(xiàn)實(shí)時(shí)間和設(shè)定的響鈴時(shí)間也可以通過手動(dòng)操作來調(diào)節(jié)，減少時(shí)間的累積誤差，操作也十分簡便。通過對實(shí)物調(diào)試，證明該系統(tǒng)已經(jīng)可以滿足校園自動(dòng)電鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。故，此次設(shè)計(jì)基本完成圖5-1系統(tǒng)組成模擬圖和實(shí)物圖總結(jié)與展望本次對于校園自動(dòng)電鈴控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本著高效率，高性價(jià)比的特點(diǎn)，此次的設(shè)計(jì)選擇了以單片機(jī)為控制中心，其他元件為輔佐的工作模式。通過對單片機(jī)的應(yīng)用，不僅系統(tǒng)的運(yùn)用了所學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)，還進(jìn)一步的探索了單片機(jī)的世界。通過對單片機(jī)的逐步了解，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了本次設(shè)計(jì)的不足之處。該設(shè)計(jì)只能實(shí)現(xiàn)單體獨(dú)棟控制打鈴，暫時(shí)無法實(shí)現(xiàn)群體控制響鈴。故此，在今后的設(shè)計(jì)過程中，可以通過分段開關(guān)以及并聯(lián)多個(gè)響鈴器來實(shí)現(xiàn)多端控制的效果。通過分段開關(guān)，可以對多棟教學(xué)樓包括宿舍樓進(jìn)行獨(dú)立控制。例如，A棟教學(xué)樓進(jìn)行考試，可以將A棟教學(xué)樓通過分段開關(guān)單獨(dú)分立出來，然后利用控制器將考試用的時(shí)間信息表單獨(dú)調(diào)出來，然后執(zhí)行這一套的程序，其他教學(xué)樓正常響鈴即可，由此可以實(shí)現(xiàn)對多棟教學(xué)樓響鈴的獨(dú)立控制本次設(shè)計(jì)由于條件限制，故響鈴裝置用的是蜂鳴器，響鈴比較單調(diào)。在后來的設(shè)計(jì)中，可以利用揚(yáng)聲器，播放音樂，實(shí)現(xiàn)響鈴的多樣化控制。還可以在播放完音樂之后，添加有關(guān)下一節(jié)課程信息的語音提示，可以更加有效的幫助同學(xué)們完成上課之前的準(zhǔn)備工作。目前來說，由于自身能力的不足，還不能對以上設(shè)想進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)，所以現(xiàn)在感覺有點(diǎn)遺憾。故此，只能對未來進(jìn)行展望，希望以后可以提高自身的能力，努力學(xué)習(xí)，增強(qiáng)個(gè)人能力，彌補(bǔ)自身的不足之處，并且將以上設(shè)想完美的設(shè)計(jì)出來，真正的以自身行動(dòng)來切實(shí)踐行“胸懷天下，造福人類”這一校訓(xùn)。

參考文獻(xiàn)[1]盧易楓.PLC控制三路搶答器系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2021(09):131-133.[2]鄧楠川,胡湘娟,陽泳.基于單片機(jī)的校園智能打鈴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作[J].電子世界,2015(19):127-128.[3]賴義漢,陳建新,鐘書杰,杭前鵬,沈華飛,李延可.基于單片機(jī)自動(dòng)校時(shí)打鈴控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].龍巖學(xué)院學(xué)報(bào),2017,35(02):46-50+57..[4]姜昆.基于單片機(jī)的自動(dòng)打鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測試,2010(6).[5]李旭鵬,董燚,許建華,張超.基于單片機(jī)的打鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子質(zhì)量,2010(02).[6]王梅紅.基于單片機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[J].四川兵工學(xué)報(bào),2012(02).[7]張志鵬,張茂煜.基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測試