自动打铃系统设计

1、 <<综合课程设计>>自动打铃系统设计报告题 目：自动打铃系统专 业：电子信息工程年 级： 学 号： 学生姓名： 联系电话： 指导老师： 完成日期： 2013年12月30日自动打铃系统摘要在现如今快节奏的生活中，人们对于时间的要求越来越苛刻，很多时候需要对时间规划，然后到时间点就要有时间提醒，这就必须用到时中提醒装置，亦可称为打铃装置。打铃装置有很多种，比如手机的打铃系统，闹钟的机械打铃系统，广播打铃系统等等，但是日常生活中见得最多的还是校园的自动打铃系统。在学校生活中，每天上课都离不开打铃系统的使用。打铃器可以为上下课的学生和老师们提供时间提醒，有利于师生对上课和学习

2、的合理安排。同事也可以作为一个提醒学生作息时间的时间表，让老师和学生都有一个规律科学的时间安排。因此，打铃系统的核心部分也是时钟部分，为系统提供时间基准。 本设计主要是针对适用于校园打铃系统要求的，其介绍了一种基于单片机的自动打铃系统的设计方法，系统以STC89C52单片机为控制器，以DS1302时钟芯片为系统提供时间，并在1602液晶显示器上显示，通过按键可以设定定时打铃时间和打铃间隔。系统软件设计采用C语言来完成，C语言语法简洁，使用方便，用于完成软件设计非常方便。关键词：打铃器、STC89C52单片机、DS1302、LCD1602ABSTRACT In today's fast-

3、paced life, people are more and more requirements, in many cases need time to plan, and then to point in time will have time to remind, which must be used to remind device, also known as Bell equipment. Bell devices there are many, such as phone ringing system, the mechanical Bell alarm clock system

4、, broadcast the Bell System, and so on, but in everyday life up to the school bell system automatically. In school life, are inseparable from the Bell system used in class every day. Bell can provide reminder of students and teachers to and from school, reasonable arrangements conducive to teachers

5、and students on school and learning. Colleagues can be used as an alert student hours schedule, so that teachers and students have a timeline of the laws of science. Accordingly, Bell clock in the core part of the system, provide a time reference for the system. Designed primarily for the Bell Syste

6、m requirements apply to the campus, and introduces an automatic Bell system based on single-chip design methods, systems with STC89C52 single-chip controller, DS1302 provides the system time clock chip, in 1602 and displayed on the LCD by pressing the set ringing and ringing in intervals of time on

7、a regular basis. System software design using the c language to complete, c language syntax is simple, easy to use, is very convenient for completing a software design.Key Words: t Bell, DS1302, collector, STC89C52 single-chip LCD1602目录摘要IABSTRACTII1.1设计要求11.2 系统基本方案选择和论证11.2.1 单片机芯片的选择方案和论证11.

8、2.3 时钟芯片的选择方案和论证：21.3 电路设计最终方案决定22主要元件介绍32.1 STC89C52以及最小系统介绍32.1.1 STC89C52主要功能及PDIP封装32.1.2 STC89C52引脚介绍32.1.3 STC89C52最小系统52.2 DS1302时钟芯片以及时钟集成模块介绍62.2.1 DS1302概述62.2.2 DS1302引脚介绍72.2.3 DS1302使用方法72.2.4 时钟集成模块内部原理图102. 3 1602字符液晶以及显示模块介绍112.3.1 1602液晶概述112.3.2 1602引脚介绍112.3.3 1602字符液晶使用方法122.3.4

9、LCD显示模块原理图153系统硬件设计163.1 电路设计框图163.2 系统硬件概述164系统的软件设计174.1程序流程框图175系统测试与总结185.1 系统测试185.2 总结19参考文献20附录一：21附录二：22 1设计要求与方案论证1.1设计要求1. 打铃的时间可设置2. 系统具有多种工作模式3. 可以通过按键选择系统的工作模式4. 其他扩展功能1.2 系统基本方案选择和论证 1.2.1 单片机芯片的选择方案和论证方案一: 采用STC89C52芯片作为硬件核心。STC89C52内部具有8KB ROM 存储空间,512字节数据存储空间，带有2K字节的EEPROM存储空间，与MCS-

10、51系列单片机完全兼容,STC89C52可以通过串口下载。方案二: 采用AT89S52。AT89S52片内具有8K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C52相对ATS89C52价格便宜，且抗干扰能力强。考虑到成本因素，因此选用STC89C52。 1.2.2 显示模块选择方案和论证：方案一： 采用点阵式数码管显示。点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且也相对较高,所以不用此种作为显示。方案二：采用LED数码

11、管动态扫描。LED数码管价格便宜,对于显示数字最合适,但功耗较大，且显示容量不够，所以也不用此种方案。方案三： 采用LCD液晶显示屏。液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字，显示多样,清晰可见,且价格适中，所以采用了LCD数码管作为显示。1.2.3 时钟芯片的选择方案和论证：方案一： 直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。所以不采用此方案。方案二： 采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，

12、而且精度高,工作电压2.5V5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA. 1.3 电路设计最终方案决定综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用STC89C52单片机作为主控制系统;采用DS1302作为时钟芯片;采用1602 LCD液晶作为显示器件。2主要元件介绍2.1 STC89C52以及最小系统介绍2.1.1 STC89C52主要功能及PDIP封装STC89C52是由深圳宏晶科技公司生产的与工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容的单片机。STC89C52主要功能如表2-1-1所示，其PDIP封装如图2-1-1所示表2-1-1：STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系

13、统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能2.1.2 STC89C52引脚介绍1.主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线2.外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端3.控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片

14、机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。4.可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7

15、P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7图2-1-1：STC89C52 PDIP封装图2.1.3 STC89C52最小系统 最小系统是指能进行正常工作的最简单电路。STC89C52最小应用系统电路如图3所示。它包含五个电路部分：电源电路、时钟电路、复位电路、片内外程序存储器选择电路、输入/输出接口电路。其中电源电路、时钟电路、复位电路是 保证单片机系统能够正常工作的最基本的三部分电路，缺一不可。电源电路 芯片引脚VCC一般接上直流稳压电源+5V，引脚GND接电源+5V的负极，电源电压范围在45.5之间，可保证单片机系统能正常工作。时钟电路 单片机引脚18和引

16、脚19外接晶振及电容， STC89C52芯片的工作频率可在233MHz范围之间选，单片机工作频率取决于晶振XT的频率，通常选用11.0592MHz晶振。两个小电容通常取值3pF，以保证振荡器电路的稳定性及快速性。复位电路 一般若在引脚RST上保持24个工作主频周期的高电平，单片机就可以完成复位，但为了保证系统可靠地复位，复位电路应使引脚RST保持10ms以上的高电平。如图复位电路带有上电自动复位功能，当电路上电时，由于C1电容两端电压值不能突变，电源+5V会通过电容向RST提供充电电流，因此在RST引脚上产生一高电平，使单片机进入复位状态。随着电容C1充电，它两端电压上升使得RST电位下降，最

17、终使单片机退出复位状态。正常运行时，可按复位按钮对单片机复位图:2-1-2：STC89C52最小系统2.2 DS1302时钟芯片以及时钟集成模块介绍2.2.1 DS1302概述DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。采用三线接口与CPU进行同步通信图2-2-3：DS1302封装图2.2.2 DS1302引脚介绍各引脚功能为：Vcc：主电源；Vcc2:备用电源。当Vcc2>V

18、cc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电；当Vcc2<Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。SCLK：串行时钟输入端，控制数据的输入与输出I/O：三线接口时的双向数据线 CE：输入信号，在读、写数据期间必须为高2.2.3 DS1302使用方法(1) 时钟芯片DS1302的工作原理： DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把SCLK端置 “0”，接着把RST端置“1”，最后才给予SCLK脉冲；读/写时序如图5所示。表2为DS1302的控制字，此控制字的位7必须置1，若为0则不能把对DS1302进行读写数据。对于位6，若对程序进行读/写时RAM=1，对时间进行读/写时

19、，CK=0。位1至位5指操作单元的地址。位0是读/写操作位，进行读操作时，该位为1；该位为0则表示进行的是写操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。表6为DS1302的日历、时间寄存器内容：“CH”是时钟暂停标志位，当该位为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位为0时，时钟开始运行。“WP”是写保护位，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP必须为0。当“WP”为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。(2) DS1302的控制字节DS1302的控制字如表所示。控制字节最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果0，则表示存取日历时

20、钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始传输表2-1-2：DS1302控制字1RAMA4A3A2A1A0RDCKWR (3) 数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。其读写时序如图2-2-4示图2-2-4：DS1302读写时序（4）DS1302寄存器DS1302中与时间、日期有关的寄存器共有12个

21、，其中7个存放数据的格式为BCD码格式，其读写地址如下表2-1-3所示表2-1-3：DS1302时钟寄存器读寄存器写寄存器Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7范围81H80HCH10秒秒00-5983H82H10分分00-5985H84H12010时时0-2324AM/PM1-1287H86H10日日1-3189H88H10月月1-128BH8AH00000周1-78DH8CH10年年00-998FH8EHWP0000000第一行秒寄存器，CH为时钟暂停标志位，该位为1时时钟停止，该位为0时时钟运行第二行分寄存器，bit0bit6表示分钟数，因采用BCD编码，所以低

22、四位最大能表示的数字为9，计数满向高三位进1。第三行时寄存器，12/24用来定义DS1302小时的运行模式，12小时模式下bit5为1表示PM下午，bit5为0表示AM上午第八行控制寄存器，bit7是写保护位WP，当WP为1时，写保护位可防止对任一寄存器的写操作，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0 此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C

23、0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。2.2.4 时钟集成模块内部原理图 图2-2-5：DS1302内部原理图2. 3 1602字符液晶以及显示模块介绍2.3.1 1602液晶概述工业字符型液晶，1602是指显示的内容为16*2，即能够同时显示两行，每行16个字符。常见的1602字符液晶有两种，一种显示的是绿色背光黑色字体，另一种显示蓝色背光白色字体，目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的。本课题所用1602液晶模块，显示屏是蓝色

24、背光白色字体。如图所示图2-2-6：1602字符液晶2.3.2 1602引脚介绍表2-1-4：1602字符液晶引脚说明    编号符号引脚说明编号符号引脚说明1GND电源地2VCC电源正极3VO液晶显示对比度调节端4RS数据/命令选择端5R/W读写选择6E使能信号7D0数据口8D1数据口9D2数据口10D3数据口11D4数据口12D5数据口13D6数据口14D7数据口15BLA背光电源正16BLK背光电源负各个引脚具体功能说明：第1脚：GND为地电源。第2脚：VCC接5V正电源。第3脚：VO为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比

25、度过高时会产生重影，使用一个1K的电位器调整对比度。第4脚：RS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。第5脚：R/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。第6脚：E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。第714脚：DB0DB7为8位双向数据线。第1516脚：背光灯电源。2.3.3 1602字符液晶使用方法（1）基本操作时序操作输入输出读状态RSL，RWH，EHD0D7状态字写指令RSL，RWL，D0D7指令码，E高脉冲无读数据RSH，RWH，EHD0D7数据写数据RSH，RWL，D0D7数据，E高脉冲无图2-2.7：1602液晶读时

26、序图图2-2-8：1602液晶写时序图（2）RAM1602液晶控制器芯片内部带有80个8位的RAM缓冲区，其地址和屏幕的对应关系如图2-2-9示图2-2-9（3）1602字符液晶字库  1602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，如下表所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A” 。表2-1-5 高位低位000000100011010001010110

27、0111101010111100110111101111XXXX00000Pp-PXXXX0001!1AQaqäqXXXX0010“2BRbrXXXX0011#3CScsXXXX0100$4DTdtXXXX0101%5EUeuoXXXX0110&6FVfvXXXX01117GWgwXXXX1000(8HXhxfXXXXX1001)9IYiy-1yXXXX1010*：JZjz千XXXX1011+；Kk万XXXX1100,<L¥l|XXXX1101-=Mm÷XXXX1110。>NnñXXXX1111/?O-oö LCD显示模块原

28、理图图2-2-10 LCD显示模块原理图3系统硬件设计3.1 电路设计框图图3-1：硬件框图3.2 系统硬件概述电路以STC89C52单片机最小系统为控制核心，时钟电路由高精度低功耗的DS1302提供，采用三线接口与CPU进行同步通信，输入部分采用四个独立式按键S1、S2、S3、S4、S5。1602液晶显示部分，D0D7口与单片机P0口相连。具体电路连接，详见附录14系统的软件设计4.1程序流程框图图3-2：主程序框图5系统测试与总结5.1 系统测试 从开始准备到写完论文大概花了一周时间，原理图和PCB制作花了一天时间，在这期间主要遇到的问题是Altium Designer软件的使用,遇到问题主要到百度上查找答案，PCB做出之后紧接着就是焊接元器件，这部分由于粗心将电解电容正负极焊反，后面经过万用表不断的测试才判断出来，及时纠正过来，焊接与硬件调试大概花了半天时间。紧接着大部分的时间都花费在硬件与软件的结合调试上，在调试过程中使用自己在网上买的51单片机开发板上进行一步一步的调试。由于是第