【正文】 .......................................... 23 元件清單 ........................................................................................................................23 調(diào)試過程 ........................................................................................................................23 6 總結(jié)與展望 .......................................................................................................................... 26 致謝 .......................................................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 28 附錄 .......................................................................................................................................... 29 附錄一：電路圖 ....................................................................................................................29 附錄二：源程序 ....................................................................................................................30 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 1 緒論 選題目的及意義 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，管理水平的完善，具有自動(dòng)提示功能的打鈴器能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省人力資源，減少開支，對(duì)做到一體化管理具有很大的幫助 。 而 且 自動(dòng)打鈴系統(tǒng) 不斷影響著我們的學(xué)習(xí)和生活，它已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)校中， 它能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)校的 辦公自動(dòng)化 ，便于學(xué)校的管理。 用單片機(jī)控制的自動(dòng)打鈴器，充分發(fā)揮了體積小，價(jià)格便宜，功耗低可靠性好等特點(diǎn)，而且具有可改性，用于學(xué)校作息，方便了廣大師 生。 目前自動(dòng)打鈴系統(tǒng)的研究和使 用已經(jīng)非常普及，之所以選這個(gè)課題就是看在他的成熟性和普遍性。 在學(xué)校生活中，每天上下課都離不開打鈴器的使用。打鈴器可以 為上下課的學(xué)生和老師們提供時(shí)間提醒，同時(shí)，也可作為一個(gè)提醒學(xué)生們作息時(shí)間的時(shí)間表，讓大家有一個(gè)時(shí)間意識(shí)，形成規(guī)律的生物鐘，對(duì)自身的健康也有很大的好處的。對(duì)于那些上課精力過于集中、知識(shí)面拓展比較廣的老師的拖堂現(xiàn)象也給了一個(gè)下課時(shí)間提醒，以免耽誤學(xué)生們下一節(jié)課的上課時(shí)間。 打鈴器作為一個(gè)提醒人們時(shí)間的 設(shè)備，自然離不開提供時(shí)間的系統(tǒng)，最原始的打鈴器是人工根據(jù)時(shí)間通過敲鐘來提醒，隨著技術(shù)的發(fā)展，開始 有了機(jī)械時(shí)打鈴器。隨著二十世紀(jì)電子技術(shù)的發(fā)展和二十一世紀(jì)半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路的發(fā)展，電子技術(shù)開始滲入到各行各業(yè)，以電子表為主要基礎(chǔ)提供時(shí)間基準(zhǔn)的打鈴器自然也是更新?lián)Q代的更快，現(xiàn)在各種功能更多、使用更先進(jìn)的打鈴器層出不窮，有的還可以以音樂響鈴代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“呤呤”聲 ，打鈴器更多的向著智能型轉(zhuǎn)變。設(shè)備的智能化離不開單片機(jī)的使用。單片機(jī)簡單的說就是一款微型的計(jì)算機(jī)， 包含 中央處理器 CUP、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、 I/O 口、串行口等部分，可以 作為一個(gè)系統(tǒng)的主控制器，將其他部分電路整合到一起組成一個(gè)系統(tǒng)，為 控制提供智能化。 基于以上原因，本課題設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)的自動(dòng)打鈴系統(tǒng)，使用簡單方便、功能齊全。 本次的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打鈴系統(tǒng)的基本功能之外，爭取設(shè)計(jì)出亮點(diǎn)，出新意，對(duì)我本身是個(gè)不小的挑戰(zhàn)，因此對(duì)這個(gè)課題的研究不管是對(duì)于我本身還是對(duì)此項(xiàng)目在科技方面的發(fā)展都是有很重要的意義 技術(shù)發(fā)展概況 日晷是最早報(bào)“標(biāo)準(zhǔn)時(shí)”的儀器，它由晷盤和晷針組成。晷盤是一個(gè)有刻度的盤，其中央裝有一根與盤面垂直的晷針，針影隨太陽運(yùn)轉(zhuǎn)而移動(dòng)在盤上的位置。在公元前1400 年，出現(xiàn)的漏壺（沙漏或者滴漏）是第一個(gè)擺脫天文現(xiàn)象的計(jì)時(shí) 儀器。它是根據(jù)流河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 2 沙從一個(gè)容器滴漏到另一個(gè)容器的數(shù)量來計(jì)量時(shí)間的。 1400 年，第一批機(jī)械鐘開始在歐洲流行，其始祖由意大利人喬瓦尼 唐迪于 1364 年制成，他首次在機(jī)械鐘里引入了輪式鐘擺。 1511 年，荷蘭人彼得 亨萊茵制成了第一塊懷表，但它只有時(shí)針而沒有分針和秒針， 懷表和鐘的結(jié)構(gòu)其實(shí)是完全一樣的，所不同的是它利用螺旋彈簧制成的發(fā)條驅(qū)動(dòng)，從而擺脫了傳統(tǒng)的鐘擺，它靠小巧的“體形”，輕松進(jìn)入人們的口袋。 1582 年前后，意大利的伽利略發(fā)明了重力擺， 1657 年，荷蘭的惠更斯把重力擺引入機(jī)械鐘，創(chuàng)立的擺鐘。1728~1759 年，英國的哈里森制造出高精度的標(biāo)準(zhǔn)航海鐘。 1775~1780 年，英國的阿諾德創(chuàng)造出精密表用擒縱機(jī)構(gòu)。 18~19 世紀(jì)，鐘表制造業(yè)已逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并達(dá)到相當(dāng)高的水平。 20 世紀(jì)，隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電池驅(qū)動(dòng)鐘、交流電鐘、電機(jī)械表、指針式石英電子鐘表、數(shù)字式石英電子鐘表相繼問世，鐘表的日差已小于 秒，鐘表進(jìn)入了微電子技術(shù)與精密機(jī)械相結(jié)合的石英化新時(shí)期。 1969 年，由瑞士人創(chuàng)意、日本精工企業(yè)制作的第一塊石英手表 —— Seiko Astron 誕生，石英手表的發(fā)明是基于科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)處于電路之中的石英晶體能產(chǎn)生 頻率穩(wěn)定的振動(dòng)以及可以通過特殊的切割方式來控制石英晶體振動(dòng)的頻率。 一九七二年，美國的漢密爾頓公司發(fā)明了數(shù)字顯示手表，馬達(dá)和齒輪從手表中消失了。 在我國，東漢元初四年張衡發(fā)明了世界第一架“水運(yùn)渾象”，此后唐高僧一行等人又在此基礎(chǔ)上借鑒改進(jìn)發(fā)明了“水運(yùn)渾天儀”、“水運(yùn)儀象臺(tái)”。至元明之時(shí)，計(jì)時(shí)器擺脫了天文儀器的結(jié)構(gòu)形式，得到了突破性的新發(fā)展。機(jī)械鐘表進(jìn)入中國最早是在公元1601 年，意大利傳教士把鳴鐘作為貢品獻(xiàn)給當(dāng)時(shí)的皇帝，揭開了中國人使用機(jī)械時(shí)鐘的序幕。清朝康熙年間，中國成為世界上最大的鐘表進(jìn)口國。 19 世紀(jì)末期 ，我國造鐘工藝達(dá)到了一個(gè)嶄新的水平， 1875 年由上海“美利華”作坊制造的南京鐘以造型古樸典雅、民族風(fēng)格鮮明和報(bào)時(shí)清脆、走時(shí)準(zhǔn)確而聞名于海內(nèi)外。我國近代機(jī)械制鐘工業(yè)始于 1915年，民族實(shí)業(yè)家李東山開辦了中國時(shí)鐘制造業(yè)的第一家鐘廠，并在 1918 年自制成功第一批座掛鐘投放市場(chǎng)。新中國成立后， 1955 年初在天津成功制造裝配出 2 只鉆成品手表，從那時(shí)起，結(jié)束了中國人只能修表、不能制表的歷史。時(shí)至今日，人們已經(jīng)可以通過測(cè)量原子的周期來計(jì)時(shí)了。 隨著電子行業(yè)技術(shù)的發(fā)展和電子元器件工藝的精進(jìn)，電子技術(shù)開始應(yīng)用于各行各業(yè)，應(yīng)用 電子元器件設(shè)計(jì)的智能電子時(shí)鐘也開始流行起來，人們利用電子元器件和微控制器，根據(jù)使用要求可以設(shè)計(jì)出各種功能齊全、使用方便的多功能時(shí)鐘，使其應(yīng)用范圍更廣，實(shí)用價(jià)值更高。 80C51 同樣如此，從開始的無人問津到現(xiàn)在的隨處可見，紅綠燈，記分牌，電子秒表，遙控器，電飯煲，電視等只要是電子產(chǎn)品，都會(huì)和芯片有關(guān)，其 實(shí)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 3 芯片并不是什么神秘的高科技，它只是里面裝了一些 編好的程序而己．而 自動(dòng)打鈴系統(tǒng)是用匯編語言來編程的一個(gè)系統(tǒng)，它能夠讓一個(gè)學(xué)?；蚱髽I(yè)集團(tuán)實(shí)現(xiàn)打鈴自動(dòng) 化，總之，一個(gè)需要時(shí)間系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)提醒功能。 當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)新 技術(shù)層出不窮的時(shí)代，在電子領(lǐng)域尤其是自動(dòng)化智能控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，正以前所未有的速度被單片 機(jī) 智能控 制系統(tǒng)所取代。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，可以說， 智能控制與自動(dòng)控制的核心就是單片機(jī)。目前，一個(gè)學(xué)習(xí)與應(yīng)用單片機(jī)的高潮正在工廠、學(xué)校及企事業(yè)單位大規(guī)模地興起。 對(duì)于本課題的研究與發(fā)展來說，不管是國內(nèi)或者國外都已經(jīng)發(fā)展的很成熟了，畢竟相對(duì)于單片機(jī)的飛速發(fā)展來說，自動(dòng)打鈴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并不算什么太難，而且可以算是很基本的東西，目前市場(chǎng)上各種類型的自動(dòng)打鈴系統(tǒng)層出不窮 ，大部分的打鈴系統(tǒng)都是基于單片機(jī)開發(fā)的，而且是結(jié)合各種設(shè)備的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)的功能更強(qiáng)大也更便捷，例如基于校園網(wǎng)的自動(dòng)打鈴系統(tǒng)，自動(dòng)廣播打鈴系統(tǒng)，音樂打鈴系統(tǒng)等等，但是基本功能都相差不大，區(qū)別在于表現(xiàn)的形式有所不同。不過就目前而言打鈴系統(tǒng)的功能由單一型發(fā)展成多功能多花樣的通用型，而且核心技術(shù)不再局限于單片機(jī)，這更好的刺激了單片機(jī)行業(yè)的進(jìn)步和革新，要想不被時(shí)代的腳步所拋棄就必須不斷研究出新的東西，保持自身的優(yōu)勢(shì)。 論文內(nèi)容與結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)是以 AT89S51 單片機(jī)為核心的一款自動(dòng)打鈴系統(tǒng)，以時(shí)鐘芯片來 實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，然后單片機(jī)負(fù)責(zé)將時(shí)間送入顯示電路顯示，整個(gè)系統(tǒng)不是很復(fù)雜，其設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)控制模塊、時(shí)鐘電路和顯示電路三個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)前本人在學(xué)校圖書館看了很多關(guān)于單片機(jī)方面的書，也在網(wǎng)上查了不少資料，也查閱過跟此設(shè)計(jì)相似的論文或者期刊，得到了不少啟發(fā)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)本人的設(shè)計(jì)工作有很大的幫助，能很好的把握設(shè)計(jì)的整體方向和細(xì)節(jié)，論文的結(jié)構(gòu)如下： 第二章 ：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，確定設(shè)計(jì)的基本方案。 第三章：系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要介紹了硬件的電路圖，各模塊電路的設(shè)計(jì)，硬件元器件的結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)，引 腳功能等。 第四章：系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì) ，主要是對(duì)系統(tǒng)的主程序的結(jié)構(gòu)圖和流程圖的解說。 第五章：系統(tǒng)的調(diào)試，主要是介紹下系統(tǒng)硬件和軟件調(diào)試過程中的問題和解決方案，還有調(diào)試步驟的細(xì)節(jié)問題的說明。 第六章：論文總結(jié)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 4 2 方案設(shè)計(jì) 方案比較 與選擇 系統(tǒng)方案選擇 方案一：采用數(shù)字電路來搭建，利用 555 時(shí)基電路構(gòu)成振蕩器產(chǎn)生 100Hz 頻率的振蕩電路，再通過分頻器得到 1Hz 頻率，即產(chǎn)生 1 秒計(jì)時(shí)時(shí)間，顯示部分通過鎖存器和驅(qū)動(dòng)芯片將計(jì)時(shí)時(shí)間送入數(shù)碼管顯示。設(shè)計(jì)框圖如圖 21 所示。這種方案電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，芯片使用比較多，靈活性不高，而且準(zhǔn)確度不夠精確，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。而且這種電路中需要使用獨(dú)立式的數(shù)碼管，每一個(gè)數(shù)碼管都需要連接一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器和數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，連接線比較多，制作的過程中很容易出錯(cuò)。 圖 21 方案一設(shè)計(jì)框圖 方案二：采用 AT89S51 單片機(jī)作為系統(tǒng)控制單元，通過時(shí)鐘芯片來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，單片機(jī)負(fù)責(zé)將時(shí)間送入顯示電路顯示。設(shè)計(jì)框圖如圖 22 所示。這種方案電路設(shè)計(jì)簡單，時(shí)間精確，使用方便。而且單片機(jī)的強(qiáng)大功能使得系統(tǒng)方便擴(kuò)展，有利于提高智能性。 圖 22 方案二設(shè)計(jì)框圖 綜上所述，本設(shè)計(jì)選用第二種設(shè)計(jì)方案。 時(shí)鐘芯片選擇 方案一：因?yàn)楸疚脑O(shè)計(jì)的數(shù)字鐘只需要顯示分鐘 和 秒，因此可以直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大，硬件就比較復(fù)雜，穩(wěn)定性低，而且不易控制。所以不采用此方案。 方案二：采用 DS1307 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘。 DS1307，它是 I2C 總線接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯NE555 時(shí)基電路 分頻器 100Hz 信號(hào) 數(shù)據(jù) 鎖存器 1Hz 信號(hào) 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼管顯示 時(shí)鐘芯片 秒計(jì)時(shí) 單片機(jī) 液晶顯示器顯示 計(jì)時(shí)時(shí)間 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 5 片，可以獨(dú)立于 CPU工作，不受 CPU 主晶振及其電容的影響，且計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，月累積誤差一般小于 10 秒。芯片還具有主電源掉電情況 下的時(shí)鐘保護(hù)電路， DS1307 的時(shí)鐘靠后備電池維持工作，拒絕 CPU 對(duì)其讀出和寫入訪問。同時(shí)還具有備用電源自動(dòng)切換控制電路，因而可在主電源掉電和其它一些惡劣環(huán)境場(chǎng)合中保證系統(tǒng)時(shí)鐘的定時(shí)準(zhǔn)確性。同時(shí)， DS1307 芯片內(nèi)部還集成有一定容量、具有掉電保護(hù)特性的靜態(tài) RAM，可用于保存一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)。所以采用 DS1307 作為時(shí)鐘芯片。 顯示器件選擇 為了能以十進(jìn)制數(shù)碼直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，目前廣泛使用了七段字符顯示器，或稱做七段數(shù)碼管。這種字符顯示器由七段可發(fā)光的線段拼合而成。常見的七段字符顯示器有半 導(dǎo)體數(shù)碼管和液晶顯示器兩種。 半導(dǎo)體數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管（ Light Emitting Diode，簡稱 LED），因而也把它叫作 LED 數(shù)碼管或 LED 七段顯示器。半導(dǎo)體數(shù)碼管不僅具有工作電壓低、體積小、壽命長、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，