教学打铃系统的设计

教学打铃器 柳州运输职业技术学院柳州运输职业技术学院 指导老师 梁德坚 万选明 项目队员 卢为宇 钟静来 柳州运输职业技术学院 1 目目 录录 目目 录录 1 摘摘 要要 1 1 1 系统设计 系统设计 2 1 1 任务 2 1 2 要求 3 2 方案设计与论证 3 2 1 控制部分 3 2 2 时钟部分 3 2 3 显示部分 4 3 3 系统硬件电路设计 系统硬件电路设计 4 3 1 设计思路 4 3 2 各模块电路设计 5 3 2 1 键盘电路 5 3 2 2 电源和继电器控制电路图及说明 6 3 2 3 DS1337 时钟芯片电路图及说明 6 4 4 软件设计 软件设计 7 4 1 I2C 总路线的编程 7 4 1 1 I2C 总线工作原理 7 4 1 2 I2C 总线的数据传输 8 4 1 3 读写操作 9 4 2 程序结构图 9 4 2 1 主程序流程图 10 4 2 2 中断流程图 11 5 5 测试结果 测试结果 11 6 6 总结 总结 12 7 7 结束语 结束语 12 参考文献参考文献 12 教学打铃器 2 摘 要 本系统主要以 SPCE061A 单片机作为控制核心 用 DS1337C 时钟芯片来计算 当前时间 并通过 LCD 来显示当前时间和日期 以及设置打铃的数据 设置的数 据用 FLASH 来存储 以达到掉电后数据不丢失的目的 本打铃器最多可以设置 30 路打铃时间 每天循环可设定双休日或单休日不打铃 掉电后时间能保持当前时间 和所设置好的数据 不用每次掉电后都要设置当前时间和设置的数据 关键字 SPCE061A DS1337C 时钟芯片 FLASH 柳州运输职业技术学院 3 1 系统设计 1 1 任务 设计一个可设置多路打铃时间点的教学打铃器 1 2 要求 1 可以实时显示当前时间 2 可以用键盘设定多个预定打铃时间 3 掉电后时间能与当前时间同步 4 预定打铃时间点的数据掉电后不丢失 2 方案设计与论证 本项目设计的是一个教学打铃器 根题目的要求 我们设计了以下几个方案并 进行论证 2 1 控制部分 方案一 采用AT89S51单片机实现 此单片机软件编程自由度大 不但可用编 程实现各种控制算法和逻辑控制 而且价格也很便宜 但是AT89S51存储容量太小需 外接存放器来存储数据 如果系统增加语音播放功能 还需外接语音芯片 对外围 电路来说 比较复杂 且软件实现也较麻烦 另外 51单片机需要用仿真器来实现 软硬件调试 较为繁琐 方案二 采用SPCE061A单片机实现 此单片机内置32K FLASH 不需外接存储芯片 而且具有很强大的语音功能 如果本系统要加语音功能的话也很方便 另外 比较 方便的是该芯片内置在线仿真 编程接口 可以方便实现在线调试 这大大加快了 系统的开发与调试 综上所述 由于本系统要求存储的数据量比较多 通过比较我们选择方案二 教学打铃器 4 2 2 时钟部分 方案一 采用单片机内部功能来实现 主要是通过中断来进行时间计算 通过 变量之间来换算 以达到计时的目的 但是 一旦单片机断电的话 时间就不能保 持当前时间 再次上电又得重新设置时间 还有一个很严重的问题就是 走时精确 的误差大于30 秒 对时间要求精确度高的器件来说 即使给单片机提供掉电保护装 置使单片永不断电来确保时间不间断 但是时间误差太大做出来的打铃器也不实用 方案二 采用 DS1337 I2C 时钟芯片来实现 DS1337 串行实时时钟是低功耗时 钟 日历芯片 具有两个可编程日历闹钟与一路可编程方波输出 地址与数据通过 I2C 总线串行传送 时钟 日历可以提供秒 分 小时 星期 日 月 年信息 对于少于 31 天的月份 到每月的最后一天会自动进行调整 包括闰年调整 该时钟 可以通过 AM PM 指标器工作在 24 小时模式或 12 小时模式 精确度很高 很适合于 作时钟器件 综上所述 由于本系统要求时间精确度高 所以我们选择方案二 2 3 显示部分 方案一 采用 LED 来实现 LED 亮度高看起比较醒目 而且价格便宜 但是 LED 显示比较单调 一般只能显示数字 对于汉字很显示出来 根据本设计的要求 很难实现 方案二 采用 MzL05 12864 LCD 来实现 LCD 能显示的内容很丰富 在 LCD 上 显示多级菜单 用户通过键盘输入设定信息只要通过编程就可以显示不同的代码 而且让人看起来很直观 对于本系统的要求能够很容易的实现 综上所述 由于本系统要显示的内容比较多 所以我们选方案二 3 系统硬件电路设计 3 1 设计思路 根据题目要求系统可划分为以下几个基础模块 如图 3 1 柳州运输职业技术学院 5 SPCE061A 键盘设定 LCD显示 常开继电器 24V电源 电铃 IOB0 8 IOA8 12 DS1337I2C总路线 图 3 1 系统方框图 3 2 各模块电路设计 3 2 1 键盘电路 六个按键分别接IOB0 IOB5 S1 S2 S3 S4 S5 S6 KEY 5V IOB0 IOB1 IOB2 IOB3 IOB4 IOB5 图 3 2 键盘原理图 教学打铃器 6 3 2 2 电源和继电器控制电路图及说明 电源主要采用LM7805和LM7824来做稳压 其中 5V用来为单片机供电 另外一 路 24V用来做电铃电源 继电器采用5V的 通过单片机的IO口用来控制继电器的吸 合 以达到控制电铃响或停的目的 1 2 3 4 单单单单 Header 4 IN 1 2 OUT 3 GND LM7805 D1D2 D3D4 0 33uf C20 1u C3 4700uf C1 IN 1 2 OUT 3 GND LM7824 D6D5 D8D7 0 33uf C5 0 1u C6 4700u C4 230uf C8 230uf C9 1 5K R1 DS1 1 2 单单单 5V单单 Header 2 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 K1 单单单 Q1 9012 2 2k R5 单单单单 1 2 单单单 24V 5V 5V 图 3 3 电源原理图 3 2 3 DS1337 时钟芯片电路图及说明 DS1337C 是两线的 I2C 总线时钟芯片 内罢晶振 其中 4 13 脚为空脚 要接地 VCC 用 3V 的CR2032 纽扣电池 主要是为 DS1337C 单独供电 为了在单片机断电时时间还在 继续跳动保持着当前时间 值得注意的是 DS1337C 一定要与单片机共地否则不能读出 X1X2VCC SPCE016A VCC1 VCC INTB INTA SCL DS1337C SDA GND SQW RPURPUCRYSTAL a 原理图 柳州运输职业技术学院 7 b 封装图 图 3 4 DS1337C 原理图和封装图 4 软件设计 4 4 1 1 I2C 总路线的编程 4 4 1 11 1 I2C 总线工作原理 I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线 可发送和接收数据 在CPU 与被控IC之间 IC与IC之间进行双向传送 最高传送速率100kbps 各种被控制电 路均并联在这条总线上 但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作 所以每 个电路和模块都有唯一的地址 在信息的传输过程中 I2C总线上并接的每一模块 电路既是主控器 或被控器 又是发送器 或接收器 这取决于它所要完成的功 能 CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分 地址码用来选址 即接通需 要控制的电路 确定控制的种类 控制量决定该调整的类别 如对比度 亮度等 及需要调整的量 这样 各控制电路虽然挂在同一条总线上 却彼此独立 互不相 关 I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号 它们分别是 开始信号 结束 信号和应答信号 开始信号 SCL为高电平时 SDA由高电平向低电平跳变 开始传送数据 结束信号 SCL为低电平时 SDA由低电平向高电平跳变 结束传送数据 教学打铃器 8 应答信号 接收数据的IC在接收到8bit数据后 向发送数据的IC发出特定的低 电平脉冲 表示已收到数据 CPU向受控单元发出一个信号后 等待受控单元发出 一个应答信号 CPU接收到应答信号后 根据实际情况作出是否继续传递信号的判 断 若未收到应答信号 由判断为受控单元出现故障 通信时序图4 1 图 4 1 I2C 总线通信时序图 4 1 2 I2C 总线的数据传输 发送到SDA 线上的每个字节必须为8 位 每次传输可以发送的字节数量不受限 制 每个字节后必须跟一个响应位首先传输的是数据的最高位 MSB 如果从机 要完成一些其他功能后 例如一个内部中断服务程序 才能接收或发送下一个完整 的数据字节 可以使时钟线SCL 保持低电平迫使主机进入等待状态 当从机准备好 接收下一个数据字节并释放时钟线SCL 后 数据传输继续 数据传输时序图4 2 图 4 2 I2C 总线的数据传输 柳州运输职业技术学院 9 4 1 3 读写操作 数据的传输遵循图4 3所示的格式 在起始条件 S 后 发送了一个从机地址 这个地址 共有7 位 紧接着的第8 位是数据方向位 R W 0 表示发送 写 1 表示请求数据 读 图 4 3 完整的数据传输 4 2 程序结构图 程序结构 LCD 显示 键盘扫描 键值处理 DS1337 读写 FLASH 写入 时间点判断继电器控制 教学打铃器 10 图4 3 程序方框图 4 2 1 主程序流程图 开始 系统初始化 设置系统时间 是否设置结束 设置打铃时间 是否设置结束 FLASH写入 是否到打铃时间 打铃 图4 4 主程序方框图 柳州运输职业技术学院 11 4 2 2 中断流程图 2Hz中断 是否到1S 读FLASH 是否符合打铃条件 打铃10S 返回 N Y N Y 5 测试结果 对本设计教学打铃器测试看是否完成设计所要求如表 5 1 5 2 所示 表 5 1 实际LCD 显示结果是否一致 日历2008 年 7 月 20 日 2008 年 7 月 20 日 一致 星期星期日星期日一致 设定测试 项 时间 时 分 秒 15 58 2815 58 28一致 表 5 2 教学打铃器 12 设置时间点到该打铃时间点是否响铃 8 30 响开响铃 9 00 响 8 30 不响关响铃 9 30 不响 从表 5 1 5 2 得到测试结果与实际一致 6 总结 由于 SPCE061A 的时钟精度高 内置 32K FLASH 而且具有一定的语音处理功能 等 这些为我们实现本项目设计提供了非常有利的条件 同时 经过测试表明本教 学打铃器完成了所需要的要求 7 结束语 我们的教学打铃器在完成设计要求的前提下 还可以扩充一些功能 只需要程 序上的编写 通过做这个项目我们对 SPCE061 有了进一步了解 同时对 I2C 总线 和 FLASH 读写也有了一定的认识 致谢致谢 柳州运输职业技术学院科技创新实验室 参考文献 1 李晓白