【基于单片机的校园自动电铃控制系统设计6000字】

I基于单片机的校园自动电铃控制系统设计当今社会正处于高速发展的阶段，时间问题是我们不能忽视的一个重要的问题，我们的作息时间安排都需要铃声来提醒。不管是校园还是企业，都有一套自己的作息时间，以前的铃声控制是靠人工来完成的，但随着社会的发展，自动控制的出现解放了人们的双手。目前来说，传统的自动电铃存在精度差、走时不准、打铃有时会出现时间不同步等问题，针对这些问题，设计了一款基于单片机的校园自动电铃该系统由单片机、时钟芯片、1602等基础原件组成。通过对定时器进行一个循环的连续计数，可以使我们获取3种时间信息，并且创建一个时钟。下一步就进行定时和自动打铃，当有分进位标志被主程序检测到时，便会自动开始比较当下的时刻是否与所有已经在设定的时刻表上的分进位时间相同。如果相同，就会开始自动打铃；如果不同，则返回到主程序再次进行一个循环。从而使我们可以实现响铃功关键词：DS1302;单片机；液晶显示屏；自动控制；定时电路 1 11.2研究现状 1 1 22.1设计要求 22.2设计方案的选择 32.2.1方案一：数字式电路的设计 32.2.2方案二：基于单片机的设计 32.2.3方案确定 32.3基本方案 32.3.1课题概述 32.3.2硬件选择 3Ⅱ2.4总体框图 3 43.1基本原理 43.2主要元器件参数及功能简介 43.2.1主控制器 43.2.2时钟芯片 63.3单元电路设计 63.3.1显示电路设计 63.3.2键盘电路设计 73.3.3响铃电路设计 7 84.1基本原理概述 84.1.1中断程序设计 84.1.2显示程序的设计 84.1.3按键程序的设计 4.1.4程序清单 4.2流程图 94.2.1主程序流程图 4.2.2定时中断流程图 1 1前言1.1选题来源采用智能控制。传统的由分立元件和逻辑电路组成的控制系统，正以史无前例的速度被传统的单片式微控制器所逐渐代替。单片机因其具有体积小、功能强、造价低来并放置在一个单片机的芯料上。在单片机产生后，我们就将控制这些东西并将他们变得智能化了，我们只需要在外接端□上接一点简单的接□电路，中枢内容只是1.2研究现状随着数字集成化及计算机技术的发展，单片机已经成为当今的趋势。为此，我们设计了一款无线式的时间显示/自动打铃系统，将传统的电该系列产品以单片机为核心来管理和控制每一个模块，随时可以自主对实际的作息时刻。该产品以网络取代了实线传输，从而彻底解除走线所受到的地形影响并且大大降低了其成本，来有效地管理学校的日常工作和时间。本次设计还具有电子钟的时间设定、显示功能，是集时间、显示和响铃为一体的1.3主要研究内容这个系统是由一个硬件单元组成的部分与一个软件单元所组成的。硬件设计包括原理图、元器件、线路图，然后对这些部分分别做了一次测试以及调试，并且使以有效地确保所需要的设计电路在规范性、简单性上得到实现。硬件电路设计主要是单片机以及与其配套的外接芯片。硬件电路的设计包括输入输出口设计，画出电路图并且在仿真软件上进行模拟和调试，然后根据电路仿真图进行焊接，做成实物之后，将编程好的程序烧录至单片机中，再对实物进行调软件设计首先要在硬件设计中完成系统总框图和各部分的功能设计，然后进行详细的设计，画出各部分流程图，利用C语言进行程序编写等。最后对软件部分进行调试，达到所需的功能要求。设计要求具体为按时打铃、显示时分秒等7种日历2a、时钟功能：能显示年、月、日、时、分、秒b、键盘功能：能校正时钟日历信息c、打铃功能：按指定时间打铃即播放音乐2设计方案的论证要求设计的系统可以用来显现时间、设定时间、定时响铃。根据课题要求，电路设计可以分为时间设置电路，计时电路，显示电路和定时打铃控制电路四个部分以青岛工学院为例，青岛工学院打铃信息如表2-1所示：表2-1青岛工学院时间作息表↵序号时段节序时间上午上午第二节↵上午上午第四节↵下午第五节↵下午第六节↵下午第七节↵下午第八节↵晚上第十节↵晚上3利用门电路元件进行组合设计来实现对电铃的控制。然后是关于脉冲信号的输出以及进位输出的选择，前者由函数信号发生器来实现，后者则是利用74160N设置六进制与十进制来实现。至于时间信息的显示，则单片机内部存储器里的3个字节，分别存储时钟的三种时间信息。使用计时器和软件实现1秒定时器中断。如果没有中断，内存的第二批值将增加1个；第二批值达到60个，将被删除，第二批值将增加1个；如果分数达到60,分节就会被删除，小时节就会增加1个；小时值达到24时，时间节就会被删除，然后返回初始状态，开始循环。实时设定时间后，就会启动计时器，当主函数感应到当前时间与已设定的响铃时间相同时，便开始响铃，持续20秒钟。第一个方案只能根据预设的信息来实现响铃，功能比较单一，课题的要求却是实现自动响铃，与设计初衷不符。方案二的设计可以完全符合课题要求，功能也比较丰富，还具有时间显示，并且在修改上较于方案一有了很大的提升，并不需要将自动电铃装置适合企业和学校等地的作息时间管控，由于该设计是基于校园的作息时间来设定的，所以不仅模拟了时钟显示时间信息，还根据学校的作息来按时此次设计将采用4个按键，作为调节三类时间信息以及强制启动电铃，以至于根据课题的内容要求，以及需要实现的功能，经多方面考虑，系统硬件将采用89C52低功耗单片机，响铃设备则由蜂鸣器来担根据课题的要求，经过详细构思之后，本次设计将以单片机为中心，由键盘控制时间的更改以及手动响铃，DS1302来为系统提供准确的时间，响铃输出则由蜂4鸣器来担任，显示则用LCD显示。本次设计的总体设计框图如图2-1所示蜂鸣器键盘电路单片机晶振电路3.1基本原理该设计的系统主要由4个部分构成，分别为主控部分、时钟部分、显示部分和键盘接口部分。当实时时间和已设定的时间相同时，驱动将会根据程序进行动作并开始打铃，每次响铃20秒钟。3.2主要元器件参数及功能简介主控制器采用的时由宏晶科技公司全新公布的一款高效率、稳定性强的单片机89C52,它的指令完全包容80C51单片机，有两种时钟周期可任选。目前市场应用极为广泛，其特点如下：用户应用程序空间为8K字节片上集成512字节RAM32个通用I/O□具有看门狗功能3个16位定时器。即定时器TO、T1、T2539P0.0/28P2.7/27P2.6/26P2.5/25P2.4/24P2.3/23P2.2/22P2.121P2.09工25647383.2.2时钟芯片供当年的时分秒等7钟日历的信息，以及当年当月日历信息的自动调整，也就是可以直接通过手动操作来选择当年的时间显示格式。DS1302引脚图如图3-2所示1234765图3-2DS1302时钟芯片6图如图3-4所示：P1P1A78912373.3.2键盘电路设计00-图3-5按键电路图3.3.3响铃电路设计电源以及三极管的正极相连，三极管的接地端直接接地，另一个引脚则与电阻器串图3-6响铃电路↵84软件设计以及流程图开机之后，主函数的初始动作是使蜂鸣器鸣响一声，接着便是I/O□、定时器、时钟芯片、LCD先后开始初始化。当LCD初始化显示之后，开始初始化保存的数据，然后便开始调用子程序，进行循环。4.1.1中断程序设计单片机内部的定时TO定时100ms,即0.1s,10次中断即为1秒，60秒为1分，60分为1小时，24小时为一天，如此循环，从而实现计时功能。中断函数如图4-1所示。中断程序的作用是当设置键进行动作时，保护当前进程，进行按键处理程序的进行。{4.1.2显示程序的设计因为显示电路中采用的是LCD显示器显示，所以时钟日期的显示都由程序控制。由程序来控制LCD的写命令函数与写数据函数，部分LCD程序如下图4-2:*******************1cd1602写命4函***********************/扫/***********************1cd1602写数据函数**********9按键判断程序采用的是延时去抖动的方法，延时是通过调用子程序来实现的，按键处理程序为按键式校时的，所以进入按键处理程序后就关闭定时中断，对按键程序设计部分如图4-3所示：********************独立按键程序**********ucharkey_can;//********************独立按键程序**********{{//对应的按键IO口输出为1}程序的设计主要分为3部分，即单片机程序、LCD显示器的程序和时钟芯片的程序。系统的主函数请见附录B,LCD显示器的详细程序请见附录C,时间芯片的具体程序请见附录D。4.2流程图系统开机运行之后，先初始化，然后判断是否为正常走时状态，若正常，则进行打铃时间的比较，比较完成之后，系统进行判断是否执行打铃程序，然后在LCD显示器上显示；若不正常，则直接在LCD显示器上显示，LCD显示器上显示出结果之后进行按键检测，判断是否有键按下，若有按键按下，则获取键值进行按键处理，然后返回判断是否正常走时状态进行循环；若没有按键按下，则直接返回到判开始开始初始化正常走时状是打铃时间比较打铃判断、执行显示按键检测否按下是获取键值按键处理断是否正常走时状态，进行循环。具体的系统主程序流程图如图4-1所示。当系统需要定时中断时，则启动定时中断程序。启动定时中断程序之后，先保护现场，若中断时间为100ms单元内，则直接跳转到退出程序，若不是，则对100ms单元内进行清零，并转移到秒单元内进行叠加；若中断时间为秒单元内，则直接跳转到退出程序，若不是，则继续叠加，并且对秒单元内部进行清零，并且转移到分单元内进行叠加；若中断时间为分单元内，则直接跳转到退出程序，若不是，则将分单元内部清零，并且转移到时单元内进行叠加；若中断为时单元内，则直接跳转到退出程序，若不是，则对时单元内部进行清零，然后直接进行退出程序处理。具体的系统中断流程图详情请图4-2.5系统调试通过前面的描述，硬件和软件的设计已经基本上完成了，然后开始着手准备制硬件的部分由6个模块以及单片机来组成，这6个模块分别是复位、振荡、按键、显示、闹钟、实时时钟。根据所画的系统组成模拟图，使用电烙铁将各个元件焊接到一起，做成实物之后，然后通过单片机的外部接口将编程好的软件部分输入进去，开始对实物进行调试。系统组成模拟图和实物图如图5-1所示先将实物通电，按下启动按键之后，显示屏上显示时间、日期、星期等内容，当现实时间与设定的响铃时间一致时，蜂鸣器开始鸣响，响铃持续20秒钟。也可以通过手动操作使蜂鸣器开始鸣响，响铃时间同样为20秒钟。对于现实时间和设定的响铃时间也可以通过手动操作来调节，减少时间的累积通过对实物调试，证明该系统已经可以满足校园自动电铃系统设计的基本要求。故，此次设计基本完成nP↓24伞亨1e4超r4 一一图5-1系统组成模拟图和实物图总结与展望本次对于校园自动电铃控制系统的设计，本着高效率，高性价比的特点，此次的设计选择了以单片机为控制中心，其他元件为辅佐的工作模式。通过对单片机的应用，不仅系统的运用了所学到的基础知识，还进一步的探索了单片机的世界。通该设计只能实现单体独栋控制打铃，暂时无法实现群体控制响铃。故此，在今后的设计过程中，可以通过分段开关以及并联多个响铃器来实现多端控制的效果。通过分段开关，可以对多栋教学楼包括宿舍楼进行独立控制。例如，A栋教学楼进行考试，可以将A栋教学楼通过分段开关单独分立出来，然后利用控制器将考试用的时间信息表单独调出来，然后执行这一套的程序，其他教学楼正常响铃即可，由本次设计由于条件限制，故响铃装置用的是蜂鸣器，响铃比较单调。在后来的设计中，可以利用扬声器，播放音乐，实现响铃的多样化控制。还可以在播放完音乐之后，添加有关下一节课程信息的语音提示，可以更加有效的帮助同学们完成上课之前的准备工作。目前来说，由于自身能力的不足，还不能对以上