【正文】 ....................................... 23 元件清單 ........................................................................................................................ 23 調試過程 ........................................................................................................................ 23 6 總結與展望 .......................................................................................................................... 26 致謝 .......................................................................................................................................... 27 參考文獻 .................................................................................................................................. 28 附錄 .......................................................................................................................................... 29 附錄一：電路圖 ................................................................................................................... 29 附錄二：源程序 ................................................................................................................... 30 河南理工大學畢業(yè)設計（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，具有自動提示功能的打鈴器能夠為企業(yè)節(jié)省人力資源，減少開支，對做到一體化管理具有很大的幫助 。 而 且 自動打鈴系統(tǒng) 不斷影響著我們的學習和生活，它已被廣泛應用于各個學校中， 它能夠實現(xiàn)學校的 辦公自動化 ，便于學校的管理。 用單片機控制的自動打鈴器，充分發(fā)揮了體積小，價格便宜，功耗低可靠性好等特點，而且具有可改性，用于學校作息，方便了廣大師 生。目前自動打鈴系統(tǒng)的研究和使用已經(jīng)非常普及，之所以選這個課題就是看在他的成熟性和普遍性。 在學校生活中，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生和老師們提供時間 提醒，同時，也可作為一個提醒學生們作息時間的時間表，讓大家有一個時間意識，形成規(guī)律的生物鐘，對自身的健康也有很大的好處的。對于那些上課精力過于集中、知識面拓展比較廣的老師的拖堂現(xiàn)象也給了一個下課時間提醒，以免耽誤學生們下一節(jié)課的上課時間。 打鈴器作為一個提醒人們時間的設備，自然離不開提供時間的系統(tǒng)，最原始的打鈴器是人工根據(jù)時間通過敲鐘來提醒，隨著技術的發(fā)展，開始有了機械時打鈴器。隨著二十世紀電子技術的發(fā)展和二十一世紀半導體技術和集成電路的發(fā)展，電子技術開始滲入到各行各業(yè)，以電子表為主要基礎提供時間基準的打鈴 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變。設備的智能化離不開單片機的使用。單片機簡單的說就是一款微型的計算機，包含中央處理器 CUP、隨機存取存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、 I/O 口、串行口等部分，可以作為一個系統(tǒng)的主控制器，將其他部分電路整合到一起組成一個系統(tǒng)，為控制提供智能化。 基于以上原因，本課題設計了一款基于單片機的自動打鈴系統(tǒng)，使用簡單方便、功能齊全。 本次的設計重點在于實現(xiàn)自動打鈴系統(tǒng)的基本功能之外， 爭取設計出亮點，出新意，對我本身是個不小的挑戰(zhàn)，因此對這個課題的研究不管是對于我本身還是對此項目在科技方面的發(fā)展都是有很重要的意義 技術發(fā)展概況 日晷是最早報“標準時”的儀器，它由晷盤和晷針組成。晷盤是一個有刻度的盤，其中央裝有一根與盤面垂直的晷針，針影隨太陽運轉而移動在盤上的位置。在公元前1400 年，出現(xiàn)的漏壺（沙漏或者滴漏）是第一個擺脫天文現(xiàn)象的計時儀器。它是根據(jù)流河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 2 沙從一個容器滴漏到另一個容器的數(shù)量來計量時間的。 1400 年，第一批機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，但它只有時針而沒有分針和秒針，懷表和鐘的結構其實是完全一樣的，所不同的是它利用螺旋彈簧制成的發(fā)條驅動，從而擺脫了傳統(tǒng)的鐘擺，它靠小巧的“體形”，輕松進入人們的口袋。 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準航海鐘。 1775~1780 年，英國的阿諾德創(chuàng)造出精密表用擒縱機構。 18~19 世紀，鐘表制造業(yè)已逐步實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)， 并達到相當高的水平。 20 世紀，隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電池驅動鐘、交流電鐘、電機械表、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，鐘表進入了微電子技術與精密機械相結合的石英化新時期。 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)定的振動以及可以通過特殊的切割方式來控制石英晶體振動的頻率。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“水運渾象”，此后唐高僧一行等人又在此基礎上借鑒改進發(fā)明了“水運渾天儀”、“水運儀象臺”。至元明之時，計時器擺脫了天文儀器的結構形式，得到了突破性的新發(fā)展。機械鐘表進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給當時的皇帝，揭開了中國人使用機械時鐘的序幕。清朝康熙年間，中國成為世界上最大的鐘表進口國。 19 世紀末期，我國造鐘工藝達到了一個嶄新的水平， 1875 年由上?！懊览A”作坊制造的南京鐘以造型古樸典雅、民族風格鮮明和報時清脆、走時準確而聞名于海內(nèi)外。我國近 代機械制鐘工業(yè)始于 1915年，民族實業(yè)家李東山開辦了中國時鐘制造業(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。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，從那時起，結束了中國人只能修表、不能制表的歷史。時至今日，人們已經(jīng)可以通過測量原子的周期來計時了。 隨著電子行業(yè)技術的發(fā)展和電子元器件工藝的精進，電子技術開始應用于各行各業(yè)，應用電子元器件設計的智能電子時鐘也開始流行起來，人們利用電子元器件和微控制器，根據(jù)使用要求可以設計出各種功能齊全、使用方便的多功能時鐘，使其應用范圍更廣 ，實用價值更高。 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，都會和芯片有關，其實河南理工大學畢業(yè)設計（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．而自動打鈴系統(tǒng)是用匯編語言來編程的一個系統(tǒng)，它能夠讓一個學校或企業(yè)集團實現(xiàn)打鈴自動化，總之，一個需要時間系統(tǒng)的機構實現(xiàn)自動提醒功能。當今時代是一個新技術層出不窮的時代，在電子領域尤其是自動化智能控制領域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構成的控制系統(tǒng)，正以前所未有的速度被單片機智能控制系統(tǒng)所取代。單 片機具有體積小、功能強、成本低、應用面廣等優(yōu)點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。目前，一個學習與應用單片機的高潮正在工廠、學校及企事業(yè)單位大規(guī)模地興起。對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，畢竟相對于單片機的飛速發(fā)展來說，自動打鈴系統(tǒng)的設計并不算什么太難，而且可以算是很基本的東西，目前市場上各種類型的自動打鈴系統(tǒng)層出不窮，大部分的打鈴系統(tǒng)都是基于單片機開發(fā)的，而且是結合各種設備的綜合應用系統(tǒng)，能實現(xiàn)的功能更強大也更便捷，例如基于校園網(wǎng)的自動打鈴系統(tǒng)，自動廣播打鈴系統(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，而且核心技術不再局限于單片機，這更好的刺激了單片機行業(yè)的進步和革新，要想不被時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。 論文內(nèi)容與結構 本設計是以 AT89S51 單片機為核心的一款自動打鈴系統(tǒng)，以時鐘芯片來實現(xiàn)計時功能，然后單片機負責將時間送入顯示電路顯示，整個系統(tǒng)不是很復雜，其設計主要包括單片機控制模塊、時鐘電路和顯示電路三個模塊的設計，在設計前本人 在學校圖書館看了很多關于單片機方面的書，也在網(wǎng)上查了不少資料，也查閱過跟此設計相似的論文或者期刊，得到了不少啟發(fā)和經(jīng)驗，對本人的設計工作有很大的幫助，能很好的把握設計的整體方向和細節(jié)，論文的結構如下： 第二章：系統(tǒng)的設計方案，根據(jù)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，確定設計的基本方案。 第三章：系統(tǒng)的硬件設計，主要介紹了硬件的電路圖，各模塊電路的設計，硬件元器件的結構，特點，引腳功能等。 第四章：系統(tǒng)軟件部分的設計，主要是對系統(tǒng)的主程序的結構圖和流程圖的解說。 第五章：系統(tǒng)的調試，主要是介紹下系統(tǒng)硬件和軟件調試過程中的問題 和解決方案，還有調試步驟的細節(jié)問題的說明。 第六章：論文總結。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 4 2 方案設計 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 時基電路構成振蕩器產(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 秒計時時間，顯示部分通過鎖存器和驅動芯片將計時時間送入數(shù)碼管顯示。設計框圖如圖 21 所示。這種方案電路結構比較復雜，芯片使用比較多，靈活性不高，而且準確度不夠精確，不利于系統(tǒng)的擴展。而且這種電路中需要使用獨立式的數(shù)碼管，每一個數(shù)碼管都需要連接一個數(shù)據(jù)鎖存器和數(shù) 碼管驅動芯片，連接線比較多，制作的過程中很容易出錯。 圖 21 方案一設計框圖 方案二：采用 AT89S51 單片機作為系統(tǒng)控制單元，通過時鐘芯片來實現(xiàn)計時功能，單片機負責將時間送入顯示電路顯示。設計框圖如圖 22 所示。這種方案電路設計簡單，時間精確，使用方便。而且單片機的強大功能使得系統(tǒng)方便擴展，有利于提高智能性。 圖 22 方案二設計框圖 綜上所述，本設計選用第二種設計方案。 時鐘芯片選擇 方案一：因為本文設計的數(shù)字鐘只需要顯示分鐘和秒，因此可以直接采用單片機定時計數(shù)器提供 秒信號，使用程序實現(xiàn)分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大，硬件就比較復雜，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 時鐘芯片實現(xiàn)時鐘。 DS1307，它是 I2C 總線接口實時時鐘芯NE555 時基電路 分頻器 100Hz 信號 數(shù)據(jù) 鎖存器 1Hz 信號 數(shù)碼管驅動 數(shù)碼管顯示 時鐘芯片 秒計時 單片機 液晶顯示器顯示 計時時間 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 5 片，可以獨立于 CPU 工作，不受 CPU 主晶振及其電容的影響，且計時準確，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鐘保護電路， DS1307 的時鐘靠后備電池維持工作，拒絕 CPU 對其讀出和寫入訪問。同時還具有備用電源自動切換控制電路，因而可在主電源掉電和其它一 些惡劣環(huán)境場合中保證系統(tǒng)時鐘的定時準確性。同時， DS1307 芯片內(nèi)部還集成有一定容量、具有掉電保護特性的靜態(tài) RAM，可用于保存一些關鍵數(shù)據(jù)。所以采用 DS1307 作為時鐘芯片。 顯示器件選擇 為了能以十進制數(shù)碼直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行數(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體數(shù)碼管和液晶顯示器兩種。 半導體數(shù)碼管的每個線段都是一個發(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，而且響應時間短（一般不超過 ），亮度也比較