基于单片机校园时间控制系统毕业论文.doc

基于单片机的校园时间控制系统iv摘 要随着电子技术的迅速发展，特别是是随着大规模集成电路的出现，单片机技术的应用产品已经走向了各个领域。人类生活发生了根本性的改变。校园时间控制系统主要是介绍利用单片机设计一个时间控制系统。首先，对系统进行了深入理解，包括系统的可行性、实用性等，然后确定方案，对方案的进行论证。方案确定后，进行硬件设计，描述硬件的工作原理，用altium designel 6.9绘制原理图。校园时间控制系统除了具备基本时钟功能外，即可以实时显示年月日信息，还有对上下课打铃、教学楼照明、学生宿舍灯控制。该控制系统主要采用stc89c52单片机来实现控制部分，ds1302时钟芯片来提供时钟信息，用led1602来实时显示时间，系统还有输入键盘，用于修改时钟时间。本系统机构简单，工作稳定，廉价，控制时间精确以及体积小等优点，非常适合学校使用。关键词：单片机 stc89c52 ds1302 led1602abstractwith the rapid development of electronic technology, especially with the advent of the lsi, the applicstcion of scm technology products has gone to the various fields. has undergone a fundamental change in human life.campus time control system is to introduce the use of a single-chip design-time control system. first, the system carried out in-depth understanding, including the feasibility, practicality, and then determine the program, the program to demonstrstce. the plan was finalized, the hardware design, describes the hardware works, draw a schemstcic diagram of altium designel 6.9.campus time control systems have the basic clock function, real-time real-month, day, rang the bell on the class, the teaching building lighting, student dormitories, light control.the control system using stc89c52 to control part of the ds1302 clock chip to provide the clock informstcion from time to time to use led1602 display time, the system input keyboard, is used to modify the clock time. the system organizstcion is simple, stable, inexpensive, precise control time and the advantages of small size, very suitable for use in schools.key words：single-chip stc89c52 ds1302 led1602目录摘 要iabstractii第1章 绪论11.1研究的目的和意义11.2国内外概况21.3本文的内容及结构3第2章 系统总体设计方案42.1系统的性能和要求42.2系统框图62.3方案选择62.3.1电源模块62.3.2单片机选择72.3.3显示模块72.3.4时钟模块82.4本章小结8第3章 硬件电路设计93.1系统硬件概述93.2单片机控制电路设计93.2.1stc89c52简介93.2.2单片机控制模块设计113.3时钟电路设计133.3.1ds1302简介133.3.2数据的读写153.4显示电路设计163.4.11602基本简介163.4.21602与单片机接口163.4.31602的指令说明及时序183.5电铃电路设计213.5.1isd1820语音芯片简介213.5.2isd1820工作原理233.6电灯控制243.7本章小结25第4章软件电路设计264.1主程序软件设计264.2时钟系统软件设计274.3显示系统软件设计284.4本章小结29第5章系统测试305.1硬件测试305.2软件测试30结 论32致 谢33参考文献34附录135contentsabstract(chinese)iabstractiichapter 1 introduction11.1 purpose and significance of this research11.2 general situation at home and abroad21.3 the content and structure of this article3 chapter 2 the design of the project42.1 system performance and requirements42.2 system block diagram62.3 program to select62.3.1 power supply module selection62.3.2 microcontroller to select72.3.3 display module selection72.3.4 clock module options82.4 summary8 chapter 3 the design of the hardware circuit93.1 an overview of the system hardware93.2 mcu control circuit design93.2.1 stc89c52 profile93.2.2 mcu control module design113.3 clock circuit design133.3.1 a brief introduction of ds1302133.3.2 read and write data153.4 clock circuit design163.4.1 a brief introduction of 1602163.4.2 1602interface with mcu163.4.3 1602 instructions and timing183.5 bell circuit design213.5.1 a brief introduction of isd1820213.5.2 the working principle of isd1820233.6 the lamp control243.7 summary25 chapter 4 the design of software circuit264.1 the design of the main software264.2 the design of the clock software274.3 the design of the clock display284.4 summary29 chapter 5 system test305.1 hardware test305.2 software test30conclusion32acknowledgement33references34appendix 13535第1章 绪论本章阐述了单片机校园时间控制系统研究目的和意义、国内外的现状、发展方向以及全文的内容和结构。1.1研究的目的和意义20世纪末，随着电子技术的飞速发展，使得电子产品向着设备向小型化、智能化、微型化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、工作可靠、使用灵活等优势，显示出了很强的生命力1。因此单片机特别适合与控制有关的系统中，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特定的软件结合，以作完善。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。科技的进步带动了产品的智能化，单片机的应用更是加快了发展的步伐，它的应用范围日益广泛，小到小孩玩的玩具、人们常用的银行卡、手机，大到航天机器、机器等，人们的日常生活中都离不开单片机2。进入21世纪以来，开发推出单片机的公司很多，各种高性能单片机芯片市场也异常活跃，新技术的不断采用，更加使单片机的种类、性能以及应用领域不断扩大和提高。因其功耗低，超高型，低成本，功能完整，在国内越来越受到用户的重视和广泛使用。随着科技的进步和技术不断的提升，人们再也不用为大而复杂的模拟电路花费了巨大的精力，为繁多的元器件增加成本。而现在，只需要一块几厘米见方的单片机，写入简单的程序，就可以使以前的电路简单很多。在使用并掌握了单片机技术后，不管是在今后开发或是工作上，都会带来意想不到的惊喜。本设计采用是stc公司生产的单片机是stc89c52芯片为核心控制器件来控制作息时间，实现智能控制照明和上课铃声。系统由键盘、声音输出模块、电源转换模块和时钟模块等几部分组成。stc89c52单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程。整体性好，人性化强、可靠性高，实现了对时间控制的智能化，摆脱了传统由人来控制时间的长短的不便，是现代学校必不可少的设备。 校园作息时间控制系统主要用于学校，也可以用于一些以24小时为周期的开关量进行自动控制的企业或则公司。本系统可以控制上下课打铃及扩音设备的开与关、学校教学楼照明的定时开与关、学生宿舍灯的定时开关的控制。必要时也可通过手动控制电铃和教学楼和学生宿舍楼灯的控制。该控制系统是采用stc89c52单片机来实现对上述开关量的控制，利用时钟芯片来提供时钟信息，利用语音芯片实现响铃，用液晶可以实时显示时间、系统还设有输入键盘，用以校对时间，控制电铃，控制教室灯和宿舍灯，系统简单、工作稳定可靠、价廉、控制时间准确及系统体积小等优点。1.2国内外概况自从人类学会计时开始，计时方式由在木棍和骨头上刻标记，随着人类的智慧的发展，到后面使用计时工具不断的改进，由最开始的圭表、日晷、漏壶、浮子、漏箭、漏水浑天仪、停表刻漏、恒定水位漏 、大称式刻漏、多壶式受水水位刻漏、赤道式日晷、擒纵机构、莲花漏、多壶漫流刻漏、皇佑刻漏 、水运仪像台、地平式日晷、机械闹钟、秒表、沙漏、怀表、自摆钟、石英钟等3。现在，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。数字式电子钟用集成电路设计时，译码代替机械式传动，led显示器代替指针显示时间，减少了计时误差。这种电子时钟具备现实时、分、秒的功能，还可以对时、分、秒进行校对，片选的灵活性好。随着科学技术的发展，电子时钟正在迅速取代纸日历、年历和一般机械电子时钟。电子时钟走时准确、功能多样、外观时尚、使用方便。深受消费者的青睐且其产品琳琅满目。但是他们核心部分都只有两点，一是采用高性能时钟芯片；二是大都采用单片机控制。现在流行的串口时钟电路很多，如ds1302、ds12887、ds1307、pcf8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛的采用。学校打铃方式也是经过几个不同的阶段，由过去直接靠老师凭直觉宣布上下课，随着学生人数规模不断的壮大，逐渐使用人敲锣或则摇铃的方式来确定上下课。随着科技的发展，后面发展为了电铃方式，不仅省力，而且声音响亮。但是都是人工控制，即时间到了，然后人去按电铃开关，电铃发出“叮、叮、叮”的响声，这种人工控制方式不仅繁琐，而且单调无味。还有传统的点铃声作为上下课的作息时间信号，这种铃声单调乏味会让学生产生了厌烦的情绪，甚至一些学生把铃声看成是考试的代名词，以至于一听到这种声音就产生紧张、恐惧心理。现在摒弃传统的铃声，代之以现代化优美、怡人的环境音乐，让学生在一次次的铃声音乐中受到美的熏陶，体验音乐的魅力，形成愉悦的心境。既激活学生的艺术细胞，又达到优化育人环境，陶冶学生情操，营造良好的校园氛围。不管是人工控制电铃、教室灯、寝室灯或则其它，现在面临的问题越来越多，繁琐，需要专人看管，浪费劳动力，多花一个人的劳务费。偶尔还会出现不能及时到位，从而出现拖延时间的状况，扰乱正常的教学计划，这次设计的学校时间控制系统可以很好的解决这些难题。1.3本文的内容及结构本文共分五章，在第1章绪论中，简述单片机校园时间控制系统研究目的和意义、国内外概况。第2章主要是讲述系统方案的设计，根据系统设计的目标和性能要求，通过比较各个模块方案优缺点，最后确定系统的解决方案。第3章讲硬件电路的设计，因为硬件电路是保证整个系统正常工作的基础，开始讲系统最小控制单元，最小控制单元由单片机最小系统和键盘电路构成，接着介绍时钟芯片ds1302的优缺点、内部结构和用法，然后对lcd1602进行相关介绍和用法，最后介绍了电铃模块的主要isd1820芯片的相关资料和用法。第4章主要介绍软件电路的设计，包括主程序软件设计流程图、ds1302时钟流程图、lcd1602程序流程图。第5章主要是系统测试，系统测试包括硬件测试和软件测试。第2章 系统总体设计方案本章主要根据系统的性能要求，然后画出系统框图，根据系统框图给出不同的设计方案，经过对比分析，选择出最终的优化方案。根据系统的要求，主要给出了几个比较合理的方案，几个方案不管是从电路原理还是具体的芯片选择上都有本质上的区别。 2.1系统的性能和要求1时钟功能：能显示年、月、日、时、分、秒。 2调整功能：能校正年份、日期、时间。3打铃功能：按指定时间打铃即播放音乐。 4录音功能：可以随时更换音乐。5灯的控制：按时间打开学校教学楼灯和宿舍灯总闸。本系统除了具有上述的自动打铃、定时开关教学楼灯和宿舍灯总闸的控制，必要时也可以通过按键手动控制电铃开闭，教学楼灯和宿舍灯关闭。本系统就以控制本校作息时间为例，控制教学主楼的电铃和教室点灯控制，还有十八公寓宿舍灯的控制。表2-1和表2-2是学校作息时间表。表2-1 电铃时间控制表时间事件动作8：30第一节课上课铃响；播放音乐9：15第一节课下课铃响；播放音乐9：20第二节课上课铃响；播放音乐10：05第二节课下课铃响；播放音乐10：35第三节课上课铃响；播放音乐11：20第三节课下课铃响；播放音乐11：25第四节课上课铃响；播放音乐12：10第四节课下课铃响；播放音乐14：00第五节课上课铃响；播放音乐14：45第五节课下课铃响；播放音乐14：50第六节课上课铃响；播放音乐15：35第六节课下课铃响；播放音乐15：45第七节课上课铃响；播放音乐16：30第七节课下课铃响；播放音乐16：35第八节课上课铃响；播放音乐17：20第八节课下课铃响；播放音乐18：30第九节课上课铃响；播放音乐19：15第九节课下课铃响；播放音乐19：20第十节课上课铃响；播放音乐20：05第十节课下课铃响；播放音乐20：10第十一节课上课铃响；播放音乐20：55第十一节课下课铃响；播放音乐21：00第十二节课上课铃响；播放音乐21：45第十二节课下课铃响；播放音乐表2-2 电灯时间控制时间事件动作5：30寝室灯打开继电器1开启7：00教室灯打开继电器2开启8：00寝室灯关闭继电器1关闭12：00寝室灯打开继电器1开启14：00寝室灯关闭继电器1关闭17：00寝室灯打开继电器1开启22：00教师灯关闭继电器2关闭22：30寝室灯关闭继电器1关闭2.2系统框图根据系统的性能要求作出系统框图如图2-1下所示。图2-1系统框图该系统由单片机、教室灯、寝室灯、时钟模块、显示模块部分以及键盘输入分所成。电源模块为单片机和其它电路提供电源，时钟模块提供当前时间，显示模块可以实时的把当前时间显示出来，可以显示年、月、日、时、分、秒，键盘电路用于校准当前时间还可以学校教学楼灯关闭和宿舍灯关闭。2.3方案选择根据设计要求实现的功能,可以采用不同的设计系统方案如下。2.3.1电源模块电源模块是为系统提供电源，本设计中用到的是正5v的直流稳压电源。方案一：采用串联反馈式稳压电路获得直流稳压电源。该电路由比较放大电路、稳压管、三极管、限流电阻及两个取样电路组成，此电路由主回电路式起调整作用的bjtt与负载串联而得名的。但它的输出电源不可能绝对稳定的，只能是基本稳定，且负载电流较大时，调整管的集电极损耗大，电源效率低，有时还要配有庞大的散热装置4。方案二：本设计用到的电源为5v，属于中小功率稳压电源，所以可以采用三端稳压芯片lm7805。用其设计的是线性开关，线性稳压电路，具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、纹波电压小等优点，但是，在负载电流较大且输出电压较低时，其自身的功耗很大。但如果给本系统供电，完全满足要求。综上所述，我选择方案二。2.3.2单片机选择方案一：采用stc89c2051芯片，它具有体积小、功耗小。含有中断、定时/计数器。本次设计需要非常大的编程量，虽然其价钱相对便宜，但io口数和存储空间相对较少，所以此芯片不利于系统的工作和系统功能的扩展。方案二：采用stc89c51芯片，内部具有4kb rom存储空间，它具stc89c2051芯片的所有功能，且io口数相对较多，价钱相对也比较便宜，但存储空间不是非常大，而本次的设计需要大量的存储空间。方案三：采用stc89c52芯片，stc89c52是一种低功耗、高性能的8位cmos微控制器，它具有stc89c2051和stc89c51芯片的所有功能，且io口数非常多，且比stc89c205和stc89c51多功能多5。价钱虽然比stc89c2051和stc89c51昂贵，但存储空间非常大，可以到达8k。而本次的设计正需要此容量的空间。还有具备在线可擦除技术，对电路进行调试时，不需要多次拔插，不会对芯片造成损坏。综上所述，我选择stc89c52芯片作为本次设计的主控芯片。2.3.3显示模块在日常生活中，我们对显示器并不陌生。显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、led 数码管、液晶显示器。方案一：采用led数码管动态扫描，led数码管价格适中，对于显示数字比较合适，采用动态描法与单片机连接时，虽然占用的单片机口线少，但连线还需要花费一点时间，且不容易控制，所以也不用此种作为显示。方案二：采用点阵屏显示，点阵屏是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合，若采用显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，所以在此也不用此种作为显示。方案三：采用lcd1602液晶模块，lcd1602 液晶模块内部的字符发生存储器（cgrom）已经存储了160个不同的点阵字符图形，内置192种字符，包括阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号等，每一个字符都有一个固定的代码，且价格便宜，操作简单，容易控制6。综上所述，我选择lcd1602作为本设计的显示模块。2.3.4时钟模块方案一：采用单片机自带定时器进行计时，外加存储器保存数据，普通键盘输入。由于单片机进行软件计时，硬件成本比较低，但是误差比较大，需要校准，日后的维护工作量比较大。可用廉价的stc24c04等存储器保存数据，读写比较容易。对于普通的独键盘，设置量比较大，改用矩阵键盘又会占用较大的电路板空间。方案二：采用实时时钟芯片计时。ds1302是美国dallas公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态ram，采用spi三线接口与cpu进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和ram数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5v。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力7。综上所述，我选择ds1302为本设计提供时间。2.4本章小结本章主要介绍了各个模块元器件的选择，比较各自的优缺点，最后综合比较结果，最后选择采用stc89c52芯片作为设计的主控芯片，三端稳压芯片lm7805为电路提供电源，ds1302作为时钟，采用lcd1602液晶模块为显示部分。综合上述方案，电路也相对简单了，其系统也达到高性能指标，完全具有可靠性高、功耗低、操作维护方便、性价比高等特点。第3章 硬件电路设计硬件电路是保证整个系统正常工作的基础，其性能优劣直接影响到整个测控系统工作的可靠性、安全性和连续性。硬件电路的设计过程中，始终以实用化为最终目标。其原则为：第一，努力提高控制系统检测信号的准确性和可靠性；第二，从用户的角度出发，方便安装、调试、运行及维护；第三，在满足性能要求的前提下，尽量简化硬件系统，降低系统的总体成本8。3.1系统硬件概述基于单片机的校园时间控制系统的硬件设计应满足整个装置的技术要求和相关功能的实现。该装置由单片机控制电路、时钟电路、液晶显示器、响铃电路和电源等组成，各组成模块的工作原理和电路设计接下来将做具体的介绍。3.2单片机控制电路设计单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格低。一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。因此，在设计时，除了保持性能高外，尽可能降低成本，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能用软件功能取代硬件功能等。同时单片机还需满足消耗的功耗低，性能高，高密度非易失性基本性能。综上考虑，本系统选择了stc89c52单片机。3.2.1stc89c52简介stc89c52是一种带8k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次以上。该器件采用stcmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容9。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，stcmel的stc89c52是一种高效微控制器， stc89c单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。下面是对stc89c52的相关介绍。1电源及引脚vcc（40脚）：接+5v电源；gnd（20脚）：接地；xtal1（19脚）和xtla2（18）脚：时钟引脚，外接晶体引脚，当使用芯片内部时钟时，此引脚端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。2控制引脚rst（9脚）：rst是复位引脚，输入高电平使89c52复位，返回低电平退出复位。ale/prog（30脚）：运行方式时，ale为外部存储器低8位地址输出脉冲信号，flash编程方式时，该引脚为编程脉冲输入端。psen（29脚）：外部程序存储选通信号，cpu从外部存储器取指令，从psen引脚输出选通信号（负脉冲）。ea/vpp（31脚）：运行方式时，ea为程序存储器选择信号，ea接地时cpu总是从外部存储器中取指令，ea接高电平时cpu可以从内部或外部去指令；flash编程方式时,该引脚为编程电源输入端vpp（+5v或12v）。3i/o口引脚p0口(p1.0p1.7)：p0口是一个漏极开路的8位准双向i/o口。作为漏记开路的输出端口，每位能驱动8个ls型ttl负载。当p0口作为输入口使用时，应先向口锁存器（地址80h）写入全1，此时p0口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。做输入口使用时要先写1，这就是准双向口的含义。在cpu访问片外存储器时，p0口分时提供低8位地址和8位数据线的复用总线。在此期间，p0口内部上拉电阻有效。p1口（p1.0p1.7）：p1口是一个带内部上拉电阻的8位准双向i/o口。p1口每位能驱动4个ls型ttl负载。在p1口作为输入使用时，应先向p1口所存地址（90h）写入全1，此时p1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。p2口（p2.0p2.7）：p2口是一个带内部上拉电阻的8位准双向i/o口。p2口每位能驱动4个ls型ttl负载。在访问外eprom/ram时，它输入高8位地址。p3口（p3.0p3.7）：p3口是一个带内部上拉电阻的8位准双向i/o口。p3口每位能驱动4个ls型ttl负载。p3口与其它i/o端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，第二功能如表3-1所示。表3-1 p3口第二功能端口引脚引脚功能p3.0rxd(串行口输入端)p3.1txd(串行口输出端)p3.2(外部中断0请求端，低电平有效)p3.3 (外部中断1请求端，低电平有效)p3.4t0(定时器/计数器0计数脉冲输入端)p3.5t1(定时器/计数器1计数脉冲输入端)p3.6 (外部数据存储器写选通输出端)p3.7 (外部数据存储器读选通输出端)3.2.2单片机控制模块设计本设计中单片机主要负责对外设的控制和各个功能模块间的协调。主要由stc89c52、时钟振荡电路、复位电路、电源模块、键盘以及其它外部扩展接口等组成。1电源模块系统电源采用了220v交流电源经变压器,整流，滤波后通过芯片7805，产生+5v。电源电路采用桥式整流电路，负载上的电流波形和输出电压值与全波整流电路相同。电路图3-1如下所示。图3-1电源电路图2复位电路单片机复位电路。单片机在开机时都需要复位，以便它们中央处理器cpu以及其他功能部件都处于一个初始状态，并从这个状态开始工作。单片机的复位是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要单片机的reset引脚上出现24个时钟振荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便可以实现初始化状态复位10。单片机的reset引脚是复位信号的输入端。本系统通过按键key1，使得reset获得高电平，使单片机复位。按键复位电路如图3-2所示。 图3-2 复位电路3. 晶振电路的设计晶振电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地工作。通常在引脚x1和x2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，如图中y1、c2和c7。可以在1.2mhz24mhz之间选取石英晶振，本系统采用12mhz石英晶振，补偿电容通常选着30pf的陶片电容。时钟振荡电路图如下图3-3所示。图3-3时钟振荡电路4.键盘控制电路一般常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口。独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断那个键被按下。矩阵式键盘（也称行列式键盘）适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于航、列的交叉点上。矩阵键盘和独立式按键键盘相比，要节省很多i/o口11。由于本次设计中，只涉及到时间设置位（set）、上调（up）、下调（down）、教室灯控制开关（key2）、宿舍灯控制开关（key3）五个功能，需要的i/o口比较少，所以采用独立按键式键盘。如下图3-4所示。图3-4 键盘电路3.3时钟电路设计时钟是本系统控制的关键，如果时间不准确，不能达到设计的目的，也影响了正常的教学计划，所以本系统采用了美国dallas公司生产的一种实时高性能、低功耗时钟芯片ds1302。下面将简单的介绍一下ds1302。3.3.1ds1302简介ds1302是美国dallas公司生产的一种实时高性能、低功耗时钟芯片，具有宽范围工作电压能在2.0-5.5v之间正常工作，能提供包括秒、分、时、日、月、年等在内的实时时间信息，并可对月末日期、闰年天数自动进行调整，并能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，它还拥有用于主电源和备份电源的双电源引脚,在主电源关闭的情况下,也能保持时钟的连续运行。另外,它还能提供31字节的用于高速数据暂存的ram。通过串行方式与单片机进行数据传送，读/写时钟或ram数据时，有两种传递方式，单字节传送和多字节传送（字符组方式），因此，其与单片机之间的数据传送是十分容易实现的12。下图3-5为ds1302的管脚与单片机的连接图。图3-5 ds1302的内部结构1各引脚的功能为：vcc1：主电源，与5v直流电源连接；vcc2：备份电源连接3v电池。当vcc2vcc1+0.2v时，由vcc2向ds1302供电，当vcc2 vcc1时，由vcc1向ds1302供电；sclk：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出，该管脚与p16连接;i/o：三线接口时的双向数据线，与p35连接；ce(rst)：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。与该引脚有两个功能：第一，ce开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，ce提供结束单字节或多字节数据传输的方法。2ds1302几组寄存器的介绍（1）ds1302有关日历、时间的寄存器共有12个，其中有7个寄存器（读时81h8dh，写时80h8ch），存放的格式为bcd码形式，如表3-2所示13。3-2 ds1302寄存器读寄存器写寄存器bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0范围 81h 80hch 10秒 秒00-59 83h 82h 10分 分00-59 85h 84h12/240 10时 时1-12/0-23am/pm 87h 86h0010日 日1-31 89h 88h00010月 月1-12 8bh 8ah00000 周日1-7 8dh 8ch 10年 年00-99 8fh 8ehwp0000000 小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义ds1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为高是，选择12小时模式。在12小时模式时，位是5，当为1时，表示pm。在24小时模式时，位5是第二个10小时位。秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（ch）。当该位置为1时，时钟振荡器停止，ds1302处于低功耗状态；当该位置为0时，时钟开始运行。控制寄存器（8fh、8eh）的位7是写保护位（wp），其它7位均置为0.在任何的对时钟和ram的写操作之前，wp位必须为0。当wp位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。3.3.2数据的读写ds1302是spi总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。要想与ds1302通信，首先要先了解ds1302的控制字。ds1302的控制字如图3-6所示。图3-6控制字图控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到ds1302中。位6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取ram数据；位5至位1（a4a0）：指示操作单元的地址；位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个sclk时钟的上升沿时，数据被写入ds1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个sclk脉冲的下降沿，读出ds1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高。3.4显示电路设计显示模块是单片机人机交流的窗口，因此是整个系统不可缺少的部分，在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、led 数码管、液晶显示器。因为液晶显示质量高、低功耗、体积小、重量轻，自身带的显示字符多等特点，所以本系统采用液晶中的lcd1602来显示年月日，时分秒，lcd1602显示器具有显示丰富、功耗低、低闪存和低辐射等特点14。3.4.11602基本简介1602液晶也叫1602字符型液晶，是一种专门显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干57点阵字符位组成，每个点阵都可以显示一个字符。1602的主要特性是能显示162个字符，有80字节显示数据存储器，提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能15。主要参数和性能如下：1.显示容量:162个字符2.芯片工作电压:4.55.5v3.工作电流:2.0ma(5.0v)4.模块最佳工作电压:5.0v5.字符尺寸:2.954.35(wh)mm3.4.21602与单片机接口1602液晶模块总共有16个管脚，各管教名称和功能如表3-3。表3-3 1602管脚和管教描述管脚号管脚名称lever管脚功能描述 1vss0v电源地 2vdd5.0v电源电压 3vlvl为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度。 4rsh/lrs为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 5r/wh/lr/w为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当rs和r/w共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当rs为低电平r/w为高电平时可以读忙信号，当rs为高电平r/w为低电平时可以写入数据。 6eh/le端为使能端，当e端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 7d0h/l双向数据线 8d1h/l双向数据线 9d2h/l双向数据线 10d3h/l双向数据线 11d4h/l双向数据线 12d5h/l双向数据线 13d6h/l双向数据线 14d7h/l双向数据线 15bla背光源正极 16blk背光源负极数据线d0d7与单片机p0口相连，完成数据传送。单片机p2.5与液晶rs相连，控制显示数据和显示指令数据。单片机p2.6与液晶rw相连,控制数据读写。单片机p2.7与液晶e相连，液晶rest与电源相连，控制液晶复位信号。第3管脚vl是液晶背光驱动端，通过10k电位器调节对比度。液晶的单片机的接口如图3-7所示。图3-7液晶与单片机接口3.4.3 1602的指令说明及时序11602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。表3-4为1602控制指令。（说明：1为高电平、0为低电平）表3-4 1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令序号指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001i/ds4显示开/关控制0000001dcb5光标或字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址 8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01bf计数器地址10写数到cgram或ddram）10要写的数据内容11从cgram或ddram读数11读出的数据内容指令1：清显示，指令码01h，光标复位到地址00h位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00h。指令3：光标和显示模式设置。 i/d：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 s：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 d：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 c：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 b：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位。 s/c：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令。 dl：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 n：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 f：低电平时显示57的点阵字符，高电平时显示510的点阵字符。指令7：字符发生器ram地址设置。指令8：ddram地址设置。指令9：读忙信号和光标地址。 bf：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。2读写操作时序如图3-8和3-9所示：图3-8 读操作时序图3-9 写操作时序从时序图中可以得出：读状态 输入：rs=l，rw=h，e=h，输出：db0db7=状态字。写指令：rs=l，rw=l，e=下降沿，下降沿脉冲，db0db7=指令码 输出：无。读状态 输入：rs=h，rw=h，e=h，输出：db0db7=数据。写指令：rs=h，rw=l，e=下降沿，下降沿脉冲，db0db7=数据 输出：无。3.5电铃电路设计电铃电路设计主要采用的isd1820芯片作为放音芯片。因为传统的电铃发出“叮、叮、叮”的响声作为上下课的作息时间信号，这种铃声单调乏味会让学生产生了厌烦的情绪，以至于一听到这种声音就产生紧张、恐惧心理。现在摒弃传统的铃声，代之以现代化优美、怡人的环境音乐，让学生在一次次的铃声音乐中受到美的熏陶，体验音乐的魅力，形成愉悦的心境。既激活学生的艺术细胞，又达到优化育人环境，陶冶学生情操，营造良好的校园氛围16。所以采用isd1820芯片来播放音乐，该芯片不仅能放音，还可以录音。3.5.1isd1820语音芯片简介美国isd公司于2001年最新推出一种单片820秒单段语音录放电路isd1820，采用cmos技术，内含振荡器，话筒前置放大，自动增益控制，防混淆滤波器，扬声器驱动及flash阵列17。1. 主要特征：表3-5 isd1820语音芯片主要特性使用方便的单片8至20秒语音录放外接电阻调整录音时间高质量、自然的语音还原技术内置喇叭驱动放大电路边沿/电平触发放音10，000次录音周期（典型）自动节电、维持电流0.5ua35v单电源工作不耗电信息保存100年（典型值）借助专用设备可以批量拷贝2. 管脚排列图及主要引脚描述：图3-10管脚排列图录音 (rec) 高电平有效。只要rec变高(不管芯片处在节电状态还是正在放音)芯片即开始录音。录音期间，rec必须保持为高。rec变低或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志(eom)，使以后的重放操作可以及时停止。然后芯片自动进入节电状态。边沿触发放音(playe) 此端出现上升沿时，芯片开始放音。放音持续到eom标志或内存结束，之后芯片自动进入节电状态。开始放音后，可以释放playe。电平触发放音(playl) 此端从低变高时，芯片开始放音。放音持续至此端回到低电平，或遇到eom标志，或内存结束。放音结束后芯片自动进入节电状态。话筒输入(mic) 此端连至片内前置放大器。片内自动增益控制电路(agc)控制前置放大器的增益。外接话筒应通过串联电容耦合到此端。耦合电容值和此端的 10k输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。自动增益控制(agc) agc动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量(从耳语到喧嚣声)时失真都能保持最小。通常4.7uf的电容器在多数场合下可获得满意的效果。喇叭输出(sp+,sp-) 这对输出端可直接驱动8以上的喇叭。单端使用时必须在输出端和喇叭之间接耦合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高至4倍。sp+和sp-之间通过内部的50k的电阻连接，不放音时为悬空状态。振荡电阻(rosc) 此端接振荡电阻至vss，由振荡电阻的阻值决定录放音的时间。agc电路、滤波器和喇叭驱动器而直接到达喇叭输出端。平时ft端为低，要实现直通功能，需将ft端接高电平，同时rec、playe和playl保持低。3.5.2isd1820工作原理1isd1820原理图如图3-11所示。图3-11应用原理图表3-8 振荡电阻和取样率表rosc录放时间采样频率典型带宽80k8秒8.0khz3.4khz100k10秒6.4khz2.6khz120k12秒5.3khz2.3khz160k16秒4.0khz1.7khz200k20秒3.2khz1.3khz通过震荡电阻和取样率表可以看出，将rosc端所接的振荡电阻改为电位器可以无级调节语音的快慢，录入的时间越短音质越好，录入的时间越长音质越差。本设计电铃不仅要保证放音时间合适，还要保证放音质量高，所以采用rosc电阻为100k，能够录放音时间为10秒。2录放音操作方式isd1820芯片放音方式有两种，边沿触发放音，给 playe端一下高电平即将全部放音，除非断电或放音结束，否则不停止放音；电平出发放音，playl端从低变高时，芯片开始放音。放音持续至此端回到低电平，或遇到eom标志，或内存结束。放音结束后芯片自动进入节电状态13。根据isd1820芯片放音方式，实际响铃方式可以分为自动响铃和手动响铃。自动响铃为把单片机的p2.0与playe端口相连，当设置的响铃时间到了，给p2.0一个高电平，就自动放播放音，现实响铃。手动放音方式又分为两种，边沿触发放音，按playe键一下即将全部放音，除非断电或放音结束，否则不停止放音；电平出发放音，按住playl键时即放音，松开按键即停止。录音功能，当需要更换响铃音乐时，操作也非常简单，只需要按住rec录音按键不放即录音，提示灯led1灯亮起来，即表示可以录音了，直到松开按键时录音停止。3.6电灯控制单片机控制电灯，电灯工作电压是220v电压，单片机是5v电压，所以单片机不能直接控制电灯，这里采用了继电器，继电器在这的作用是实现弱点控制强点，防止强电进入到单片机的内部，起到隔离作用。系统用单片机的p2.2来控制学校宿舍灯和p2.3连接来控制教室灯。因为单片机的工作电压是5v，驱动电流很小，不能直接使继电器工作，所以这里采用三极管来放大电压，产生电流来驱动继电器，使继电器能够正常工作。下图3-11和图3-12分别宿舍电灯控制原理图和教室电灯控制原理图。图3-11宿舍电灯控制原理图图3-13教室电灯控制原理图单片机的引脚p2.2控制继电器1，引脚p2.3控制继电器2，当需要相应的灯亮时，设置相对应的管脚为高电平，三极管导通，继电器中线圈中有电流经过，继电器常开触电闭合，接通电路，灯泡形成回路，灯泡点亮。当需要灯关闭时，可以设置相应管教为低电平，三极管截止，继电器线圈中没有电流经过，常开触点处于断开状态，电路形成断路，灯泡熄灭。灯的亮灭还可以通过手动控制，当灯泡处于点亮状态是，按下key2键，给p2.2低电平，灯泡熄灭，反之灯泡熄灭是，按下key2键。给p2.2高电平，灯泡点亮。3.7本章小结本章介绍的是硬件电路的设计。包括单片机控制电路的设计、时钟电路设计、显示模块电路设计、电铃电路设计和电灯模块的设计。单片机控制电路的设计选择stc89c52单片机为控制芯片，然后阐述了它的特点、工作原理还有外围电路的设计；时钟电路设计选择ds1302时钟芯片，主要介绍了它的性能、特点及引脚分布还有和单片机接口；显示模块电路设计采用lcd1602显示器，叙述了显示器的基本参数和引脚功能以及指令说明、时序还有与单片机的接口；响铃电路设计成一个单独的模块，简单的描述它的工作原理、过程以及接口设计。最后还介绍了电灯控制的原理与单片机的接口。第4章软件电路设计系统软件是为实现系统各项功