I基于單片機(jī)的校園自動(dòng)電鈴控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)今社會(huì)正處于高速發(fā)展的階段，時(shí)間問題是我們不能忽視的一個(gè)重要的問題，我們的作息時(shí)間安排都需要鈴聲來提醒。不管是校園還是企業(yè)，都有一套自己的作息時(shí)間，以前的鈴聲控制是靠人工來完成的，但隨著社會(huì)的發(fā)展，自動(dòng)控制的出現(xiàn)解放了人們的雙手。目前來說，傳統(tǒng)的自動(dòng)電鈴存在精度差、走時(shí)不準(zhǔn)、打鈴有時(shí)會(huì)出現(xiàn)時(shí)間不同步等問題，針對(duì)這些問題，設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)的校園自動(dòng)電鈴該系統(tǒng)由單片機(jī)、時(shí)鐘芯片、1602等基礎(chǔ)原件組成。通過對(duì)定時(shí)器進(jìn)行一個(gè)循環(huán)的連續(xù)計(jì)數(shù)，可以使我們獲取3種時(shí)間信息，并且創(chuàng)建一個(gè)時(shí)鐘。下一步就進(jìn)行定時(shí)和自動(dòng)打鈴，當(dāng)有分進(jìn)位標(biāo)志被主程序檢測(cè)到時(shí)，便會(huì)自動(dòng)開始比較當(dāng)下的時(shí)刻是否與所有已經(jīng)在設(shè)定的時(shí)刻表上的分進(jìn)位時(shí)間相同。如果相同，就會(huì)開始自動(dòng)打鈴；如果不同，則返回到主程序再次進(jìn)行一個(gè)循環(huán)。從而使我們可以實(shí)現(xiàn)響鈴功關(guān)鍵詞：DS1302;單片機(jī)；液晶顯示屏；自動(dòng)控制；定時(shí)電路 1 11.2研究現(xiàn)狀 1 1 22.1設(shè)計(jì)要求 22.2設(shè)計(jì)方案的選擇 32.2.1方案一：數(shù)字式電路的設(shè)計(jì) 32.2.2方案二：基于單片機(jī)的設(shè)計(jì) 32.2.3方案確定 32.3基本方案 32.3.1課題概述 32.3.2硬件選擇 3Ⅱ2.4總體框圖 3 43.1基本原理 43.2主要元器件參數(shù)及功能簡(jiǎn)介 43.2.1主控制器 43.2.2時(shí)鐘芯片 63.3單元電路設(shè)計(jì) 63.3.1顯示電路設(shè)計(jì) 63.3.2鍵盤電路設(shè)計(jì) 73.3.3響鈴電路設(shè)計(jì) 7 84.1基本原理概述 84.1.1中斷程序設(shè)計(jì) 84.1.2顯示程序的設(shè)計(jì) 84.1.3按鍵程序的設(shè)計(jì) 4.1.4程序清單 4.2流程圖 94.2.1主程序流程圖 4.2.2定時(shí)中斷流程圖 1 1前言1.1選題來源采用智能控制。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□上接一點(diǎn)簡(jiǎn)單的接□電路，中樞內(nèi)容只是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(shì)。為此，我們?cè)O(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(duì)實(shí)際的作息時(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1.3主要研究?jī)?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(duì)這些部分分別做了一次測(cè)試以及調(diào)試，并且使以有效地確保所需要的設(shè)計(jì)電路在規(guī)范性、簡(jiǎn)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(duì)實(shí)物進(jìn)行調(diào)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(duì)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2a、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2設(shè)計(jì)方案的論證要求設(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：表2-1青島工學(xué)院時(shí)間作息表?序號(hào)時(shí)段節(jié)序時(shí)間上午上午第二節(jié)?上午上午第四節(jié)?下午第五節(jié)?下午第六節(jié)?下午第七節(jié)?下午第八節(jié)?晚上第十節(jié)?晚上3利用門電路元件進(jìn)行組合設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)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。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)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)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4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所示蜂鳴器鍵盤電路單片機(jī)晶振電路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(jiǎn)介主控制器采用的時(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(chǎng)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□具有看門狗功能3個(gè)16位定時(shí)器。即定時(shí)器TO、T1、T2539P0.0/28P2.7/27P2.6/26P2.5/25P2.4/24P2.3/23P2.2/22P2.121P2.09工25647383.2.2時(shí)鐘芯片供當(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。DS1302引腳圖如圖3-2所示1234765圖3-2DS1302時(shí)鐘芯片6圖如圖3-4所示：P1P1A78912373.3.2鍵盤電路設(shè)計(jì)00-圖3-5按鍵電路圖3.3.3響鈴電路設(shè)計(jì)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)引腳則與電阻器串圖3-6響鈴電路?84軟件設(shè)計(jì)以及流程圖開機(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□、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)TO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。{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:*******************1cd1602寫命4函***********************/掃/***********************1cd1602寫數(shù)據(jù)函數(shù)**********9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，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(duì)按鍵程序設(shè)計(jì)部分如圖4-3所示：********************獨(dú)立按鍵程序**********ucharkey_can;//********************獨(dú)立按鍵程序**********{{//對(duì)應(yīng)的按鍵IO口輸出為1}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(qǐng)見附錄B,LCD顯示器的詳細(xì)程序請(qǐng)見附錄C,時(shí)間芯片的具體程序請(qǐng)見附錄D。4.2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(cè)，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，則直接返回到判開始開始初始化正常走時(shí)狀是打鈴時(shí)間比較打鈴判斷、執(zhí)行顯示按鍵檢測(cè)否按下是獲取鍵值按鍵處理斷是否正常走時(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。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(chǎng)，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(duì)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(duì)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(duì)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(qǐng)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(duì)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(duì)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)間的累積通過對(duì)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nP↓24傘亨1e4超r4 一一圖5-1系統(tǒng)組成模擬圖和實(shí)物圖總結(jié)與展望本次對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)以上