【正文】 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(lè)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(guò)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(lái)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(shū)館看了很多關(guān)于單片機(jī)方面的書(shū)，也在網(wǎng)上查了不少資料，也查閱過(guò)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(shuō)。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(guò)程中的問(wèn)題和解決方案，還有調(diào)試步驟的細(xì)節(jié)問(wèn)題的說(shuō)明。第六章：論文總結(jié)。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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)程中很容易出錯(cuò)。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(guò)時(shí)鐘芯片來(lái)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(jiǎn)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。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(xiě)入訪問(wèn)。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(chēng)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(jiàn)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(jiǎn)稱(chēng)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(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，而且響應(yīng)時(shí)間短（），亮度也比較高，但是只能顯示數(shù)字，顯示內(nèi)容比較受到限制，又過(guò)多的占用單片機(jī)的I/O口。液晶顯示器簡(jiǎn)稱(chēng)LCD，液晶是一種既具有液體的流動(dòng)性又具有光學(xué)特性的有機(jī)化合物，它的透明度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場(chǎng)的影響，利用這一特點(diǎn)便可以做成字符顯示器。液晶顯示器最大的優(yōu)點(diǎn)是功耗極小，每平方厘米的功耗在1uW以下。它的工作電壓也很低，在1V以下仍能工作。而且顯示內(nèi)容比數(shù)碼管要豐富。因此，液晶顯示器在電子表以及各種小型、便攜式儀器、儀表中得到了廣泛的應(yīng)用。綜上所述，本設(shè)計(jì)中選用液晶顯示器作為顯示單元器件。 設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖如圖23所示。系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為控制器，通過(guò)DS1307來(lái)為系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，單片機(jī)讀取DS1307時(shí)間后送液晶顯示器顯示，通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)置打鈴時(shí)間。當(dāng)打鈴時(shí)間到時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)蜂鳴器和LED燈聲光提示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如下：時(shí)鐘電路按鍵設(shè)定打鈴時(shí)間單片機(jī)控制顯示電路打鈴電路 圖23 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件電路圖根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，本設(shè)計(jì)硬件電路主要由時(shí)鐘電路、按鍵設(shè)定電路、單片機(jī)電路、顯示電路和打鈴電路組成，電路原理圖見(jiàn)附錄一所示。系統(tǒng)工作原理：系統(tǒng)時(shí)間由時(shí)鐘芯片DS1307來(lái)提供，單片機(jī)通過(guò)P3口讀取了DS1307的時(shí)間數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)處理得到時(shí)間顯示模式的時(shí)鐘數(shù)據(jù)，并通過(guò)P2口送液晶顯示器顯示出來(lái)。再通過(guò)掃描P1口是否有按鍵按下，有按鍵按下時(shí)，通過(guò)液晶顯示器顯示來(lái)設(shè)置定時(shí)時(shí)間、打鈴時(shí)間間隔，通過(guò)設(shè)定、移位、加數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)打鈴時(shí)間時(shí)，單片機(jī)引腳啟動(dòng)蜂鳴器和LED燈電路工作以聲光形式實(shí)現(xiàn)打鈴功能。 時(shí)鐘電路 DS1307簡(jiǎn)介DS1307是I2C總線接口的日歷時(shí)鐘芯片，片內(nèi)有8個(gè)特殊寄存器和56字節(jié)的非易失性RAM，是一種低功耗、BCD碼的8引腳實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。它的主要特點(diǎn)：可對(duì)秒、時(shí)、分、每月的天數(shù)、月份、每周的天數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并具有閏年補(bǔ)償功能，記年上線為2100年；56字節(jié)非易失性RAM；兩線串行接口；可編程方波輸出；自動(dòng)掉電檢測(cè)和切換電路；在電池備份模式下，功耗小于50nA；工業(yè)級(jí)工作溫度：40℃80℃；8引腳DIP和SOIC封裝。DS1307的引腳排列如圖31所示，引腳說(shuō)明如下： XX2：；VBAT：+3V電源輸入；GND：地；SDA：數(shù)據(jù)線，輸入輸出數(shù)據(jù)，需要外接上拉電阻；SCL：時(shí)鐘線，用來(lái)同步數(shù)據(jù)；SQW/OUT：方波信號(hào)輸出端，可輸出供選擇的頻率方波，1Hz、4 KHz、8K Hz、32K Hz，需外接上拉電阻。VCC：+5V電源；圖31 DS1307引腳圖 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路如圖32所示。，單片機(jī)只需按照DS1307的工作時(shí)序來(lái)控制DS1307即可實(shí)現(xiàn)時(shí)間的寫(xiě)入和讀取，其中DS1307的時(shí)鐘端與數(shù)據(jù)端需外接上拉電阻，本設(shè)計(jì)選用5針排阻來(lái)充當(dāng)上拉電阻。圖32 時(shí)鐘電路 按鍵電路鍵盤(pán)是單片機(jī)應(yīng)用中常用的一種輸入器件，鍵盤(pán)的按鍵有觸點(diǎn)式和非觸點(diǎn)式之分，按接口原理有編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)之分。編碼鍵盤(pán)主要用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的識(shí)別，非編碼鍵盤(pán)是由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)的定義與識(shí)別。常用的按鍵一般為觸點(diǎn)式按鍵，根據(jù)按鍵所連接的單片機(jī)引腳的電平高低來(lái)判斷其是否按下。按功能分，鍵盤(pán)有獨(dú)立按鍵和矩陣按鍵之分，獨(dú)立按鍵每一路按鍵就占用單片機(jī)的一個(gè)控制引腳，單片機(jī)直接獲取其信息；矩陣按鍵將按鍵排成由行和列組成的行列式，通過(guò)確認(rèn)按鍵的行號(hào)和列號(hào)來(lái)確定每一路按鍵，利用少的單片機(jī)引腳控制更多的按鍵。本設(shè)計(jì)中按鍵電路如圖33所示，由單片機(jī)的P1口控制按鍵電路。本設(shè)計(jì)中按鍵用于設(shè)定定時(shí)時(shí)間、打鈴時(shí)間間隔，所以只需4路按鍵即可實(shí)現(xiàn)所需功能，采用獨(dú)立式按鍵即可。由于按鍵是機(jī)械式觸點(diǎn)，所以在斷開(kāi)或閉合時(shí)，一般都有抖動(dòng)產(chǎn)生，雖然這個(gè)抖動(dòng)時(shí)間在我們看來(lái)非常短，但是單片機(jī)執(zhí)行指令的速度為微秒級(jí)別，很容易會(huì)讀取這個(gè)時(shí)間而將其判斷為真正的工作狀態(tài)，從而引起誤判。因此，在設(shè)計(jì)中必須考慮到按鍵抖動(dòng)的影響。常用的去抖動(dòng)的方法有兩種：硬件方法和軟件方法。硬件方法一般是加電容或者RS觸發(fā)器；軟件方法是在單片機(jī)在檢測(cè)引腳所連接的按鍵的工作狀態(tài)時(shí)加一個(gè)延時(shí)程序再次確認(rèn)，通過(guò)2次的確認(rèn)就可以確保按鍵的工作狀態(tài)不受機(jī)械抖動(dòng)的影響了。圖33 按鍵電路 單片機(jī)電路 單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的CPU、RAM、ROM、多種I/O口、中斷系統(tǒng)和定時(shí)器/計(jì)時(shí)器功能集成到一塊芯片上的完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為使更多的業(yè)內(nèi)人士、學(xué)生和愛(ài)好者學(xué)習(xí)掌握這門(mén)技術(shù)，產(chǎn)生了單片機(jī)開(kāi)發(fā)板。早期的單片機(jī)是8位或4位的，其中最成功的是INTEL的8031單片機(jī)，因簡(jiǎn)單可靠而獲得了很大的好評(píng)。此后，在8031的基礎(chǔ)上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)，基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)一直到現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用著。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位的單片機(jī)，因性價(jià)比不好并未得到廣泛的應(yīng)用。90年代后期隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品的大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了很大的提高，32位機(jī)迅速代替了16位機(jī)進(jìn)入主流市場(chǎng)，傳統(tǒng)的8位機(jī)的處理速度也提高了數(shù)百倍，而且價(jià)格也降低了很多，得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在人們生活中幾乎每個(gè)電子產(chǎn)品或機(jī)械產(chǎn)品都或多或少帶有單片機(jī)控制系統(tǒng)，智能儀器儀表、醫(yī)療器械、家用電器、兒童玩具等等，汽車(chē)電子中單片機(jī)的應(yīng)用也是非常廣泛，一般汽車(chē)上配備有接近40多個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)。AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失性存儲(chǔ)器制造技術(shù)，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。主要特性：與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；4K字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲(chǔ)器；1000次擦鞋周期；；全靜態(tài)工作模式：0Hz33MHz；三級(jí)程序加密鎖；128*8字節(jié)內(nèi)部RAM；32個(gè)可編程I/O口線（PPPP4）；2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)4種工作方式；1個(gè)具有6個(gè)中斷源、4個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷潛嵌套結(jié)構(gòu)；全雙工UART通道；低功耗空閑和掉電模式；中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)；看門(mén)狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性；靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁(yè)寫(xiě)模式）。AT89S51單片機(jī)內(nèi)部主要由9個(gè)部件組成：1個(gè)8位中央處理器；4KBFlash存儲(chǔ)器；128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；32條I/O口線；2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；1個(gè)具有6個(gè)中斷源、4個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷嵌套結(jié)構(gòu)；用于多處理機(jī)通信、I/O擴(kuò)展或全雙工UART的串行口；特殊功能寄存器；1個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。AT89S51系列單片機(jī)完全繼承了MCS51的指令系統(tǒng)，共有111條指令，按其功能可分為五大類(lèi)：數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令、算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令、邏輯運(yùn)算類(lèi)指令、控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令、布爾操作。中斷技術(shù)是計(jì)算機(jī)中的重要技術(shù)之一，它既和硬件相關(guān)，也和軟件相關(guān)，正因?yàn)橛辛恕爸袛唷辈攀沟糜?jì)算機(jī)的工作更加靈活、效率更高。所謂中斷實(shí)際是一個(gè)處理時(shí)間的過(guò)程，這一過(guò)程一般是由計(jì)算機(jī)內(nèi)部或外部某種緊急事件引起并向主機(jī)發(fā)出請(qǐng)求處理的信號(hào)，主機(jī)在允許情況下相應(yīng)請(qǐng)求，暫停正在執(zhí)行的程序，保存好“斷點(diǎn)”處的現(xiàn)場(chǎng)，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷處理程序，處理完后自動(dòng)返回到原斷點(diǎn)處，繼續(xù)執(zhí)行原程序。引起中斷的原因，或是能發(fā)出中斷申請(qǐng)的來(lái)源，稱(chēng)為中斷源。AT89S51提供5個(gè)中斷源，即：外部中斷源/INT0：；外部中斷源/INT1：，I/O設(shè)備中斷請(qǐng)求信號(hào)，或掉