【正文】 1 第 1 章 緒論 本章闡述了 單片機(jī)校園時間控制系統(tǒng) 研究 目的和意義 、國內(nèi)外的現(xiàn)狀、發(fā)展方向 以及全文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu) 。而現(xiàn)在，只需要一塊幾厘米見方的單片機(jī)，寫入簡單的程序，就可以使以前的電路簡單很多。必要時也可通過手動控制電鈴和教學(xué)樓和學(xué)生宿舍樓燈的控制。深受消費(fèi)者的青睞且其產(chǎn)品琳瑯滿目。現(xiàn)在摒棄傳統(tǒng)的鈴聲，代之以現(xiàn)代化優(yōu)美、怡人的環(huán)境音樂，讓學(xué)生在一次次的鈴聲音樂中受到美的熏陶，體驗(yàn)音樂的魅力，形成愉悅的心境。 第 5 章主要是系統(tǒng)測試，系統(tǒng)測試包括硬件測試和軟件測試。 本系統(tǒng)除了具有上述的自動打鈴、定時開關(guān)教學(xué)樓燈和宿舍燈總閘的控制，必要時也 可以通過按鍵手動控制電鈴開閉，教學(xué)樓燈和宿舍燈關(guān)閉。 方案一 ：采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路獲得直流穩(wěn)壓電源。含有中斷、定時 /計數(shù)器。 顯示模塊 在日常生活中，我們對顯示器并不陌生。由于單片機(jī)進(jìn)行軟件計時，硬件成本比較低，但是誤差比較大，需要校準(zhǔn)，日后的維護(hù)工作量比較大。 綜上所述，我選擇 DS1302 為本設(shè)計 提供時間 。 單片機(jī)控制電路設(shè)計 單片機(jī)除體積小、功耗低等特點(diǎn)外，最大的優(yōu)勢在于高性能價格 低 。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， STCMEL的 STC89C52是一種高效微控制器， STC89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。作為漏記開路的輸出端口，每位能驅(qū)動 8個 LS型 TTL負(fù)載。 P2口（ ~）： P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O口。 1．電源模塊 系統(tǒng)電源采用了 220V交流電源經(jīng)變壓器 ,整流，濾波后通過芯片 7805，產(chǎn)生 +5V。按鍵復(fù)位電路如圖 32 所示。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容 易判斷那個鍵被按下。另外 ,它還能提供 31 字節(jié)的用于高速數(shù)據(jù)暫存的 RAM。 32 DS1302 寄存器 讀寄存器 寫寄存器 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 范圍 81h 80h CH 10 秒 秒 0059 83h 82h 10 分 分 0059 85h 84h 12/24 0 10 時 時 112/ 023 AM/PM 87h 86h 0 0 10 日 日 131 15 89h 88h 0 0 0 10 月 月 112 8Bh 8Ah 0 0 0 0 0 周日 17 8Dh 8Ch 10 年 年 0099 8Fh 8Eh WP 0 0 0 0 0 0 0 — 小時寄存器（ 85h、 84h）的位 7 用于定義 DS1302 是運(yùn)行于 12 小時模式還是 24 小時模式。 數(shù)據(jù)的讀寫 DS1302 是 SPI 總線驅(qū)動方式。同樣，在緊跟 8 位的控制字指令后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿，讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高。 5 R/W H/L R/W 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低 電平時進(jìn)行寫操作。液晶的單片機(jī)的接口如圖 37 所示。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 指令 9：讀忙信號和光標(biāo)地址 。 電鈴電路設(shè)計 電鈴電路設(shè)計主要采用的 ISD1820 芯片作為放音芯片。錄音期間， REC 必須保持為高。放音結(jié)束后芯片自動進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。單端使用時必須在輸出端和喇叭之間接耦合電容，而雙端輸出既不用電容又能將功率提高至 4 倍。 2．錄放音操作方式 ISD1820 芯片放音方式有兩種，邊沿觸發(fā)放音，給 PLAYE 端一下高電平即將全部放音，除非斷電或放音結(jié)束，否則不停止放音；電平出發(fā)放音，PLAYL 端從低變高時，芯片開始放音。 系統(tǒng)用單片機(jī)的 來控制學(xué)校宿舍燈和 連接來控制教室燈。下圖 311 和圖 312 分別宿舍電燈控制原理圖和 教室電燈控制原理圖 。放音結(jié)束后芯片自動進(jìn)入節(jié)電狀態(tài) [13]。 23 振蕩電阻 (ROSC) 此端接振蕩電阻至 VSS，由振蕩電阻的阻值決定錄放音的時間。片內(nèi)自動增益控制電路 (AGC)控制前置放大器的增益。然后芯片自動進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)?，F(xiàn)在摒棄傳統(tǒng)的鈴聲，代之以現(xiàn)代化優(yōu)美、怡人的環(huán)境音樂，讓學(xué)生在一次次的鈴聲音樂中受到美的熏陶，體驗(yàn)音樂的魅力，形成愉悅的心境。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 。 表 34 為 1602 控制指令。 6 E H/L E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。因?yàn)橐壕э@示質(zhì)量高、低功耗、體積小、重量輕，自身帶的顯示字符多等特點(diǎn)，所以本系統(tǒng)采用液晶中的 LCD1602 來顯示年月日，時分秒， LCD1602 顯示器具有顯示豐富、功耗低、低閃存和低輻射等特點(diǎn) [14]。 要想與 DS1302 通信，首先要先了解 DS1302 的控制字。在 12 小時模式時，位是 5，當(dāng)為 1 時，表示 PM。下圖 35 為 DS1302 的管腳與單片機(jī)的連接圖。矩陣鍵盤和獨(dú)立式按鍵鍵盤相比，要節(jié)省很多 I/O 口[11]。為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地 工作。電路圖 31如下所示。在訪問外 EPROM/RAM時，它輸入高 8位地址。做輸入口使用時要先寫 1，這就是準(zhǔn)雙向口的含義。 1．電源及引腳 VCC（ 40腳）：接 +5V電源； GND（ 20腳）：接地； XTAL1（ 19腳）和 XTLA2（ 18）腳：時鐘引腳，外接晶體引腳，當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此引腳端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外 部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。因此，在設(shè)計時，除了保持性能高外，盡可能降低成本，如簡 化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能用軟件功能取代硬件功能等。綜合上述方案， 電路也相對 簡單了 ， 其系統(tǒng)也達(dá)到高性能指標(biāo)，完全具有可靠性高、功耗低、操作維護(hù)方便、性價比高等特點(diǎn)。對于普通的獨(dú)鍵盤，設(shè)置量比較大，改用矩陣鍵盤又會占用較大的電路板空間。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。 方案二： 采用 STC89C51 芯片，內(nèi)部具有 4KB ROM 存儲空間，它具STC89C2051 芯片的所有功能，且 IO 口數(shù)相對較多，價錢相對也比較便宜，但存儲空間不是非常大，而本次的設(shè)計需要大量的存儲空間。但它的輸出電源不可能絕對穩(wěn)定的，只能是基本穩(wěn)定，且負(fù)載電流較大時，調(diào)整管的集電極損耗大，電源效率低，有時還要配有龐大的散熱裝置 [4]。 表 21 和表 22 是學(xué)校作息時間表。根據(jù)系統(tǒng)的要求，主要給出了 幾 個比較合理的方案， 幾 個方案不管是從電路原理還是具體的芯片選擇上都有本質(zhì)上的區(qū)別。不管是人工控制電鈴、教室燈、寢室燈或則其它，現(xiàn)在面臨的問題越來越多，繁瑣，需要專人看管，浪費(fèi)勞動力，多花一個人的勞務(wù)費(fèi)?，F(xiàn)在流行的串口時鐘電路很多，如DS130 DS1288 DS130 PCF8485 等。 國內(nèi) 外概況 自從人類學(xué)會計時開始，計時方式由在 木棍和骨頭上刻標(biāo)記 ，隨著人類的智慧的發(fā)展，到后面使用計時工具不斷的改進(jìn)，由最開始的圭表、日晷、漏壺、浮子、漏箭、漏水渾天儀、停表 刻漏、恒定水位漏 、大稱式刻漏、多壺式受水水位刻漏、赤道式日晷、擒縱機(jī)構(gòu)、蓮花漏、多壺漫流刻漏、皇佑刻漏 、水運(yùn) 儀像臺、地平式日晷、機(jī)械鬧鐘、秒表、沙漏、懷表、自擺鐘、石英鐘 等 [3]。 本設(shè)計采用 是 STC 公司生產(chǎn)的單片機(jī)是 STC89C52 芯片為核心控制器件來控制作 息時間，實(shí)現(xiàn)智能控制照明和上課鈴聲。因此單片機(jī)特別適合與控制有關(guān)的系統(tǒng) 中， 越來越廣泛地應(yīng)用于自動控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個領(lǐng)域，單片機(jī)往往是作為一個核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特 定的軟件結(jié)合，以作完善。 校園時間控制系統(tǒng)主要是介紹利用單片機(jī)設(shè)計一個時間控制系統(tǒng)。 校園時間控制系統(tǒng)除了具備基本時鐘功能外， 即可以實(shí)時顯示年月日信息，還有對上下課打鈴、教學(xué)樓照明、學(xué)生宿舍燈控制。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，開發(fā)推出單片機(jī)的公司很多，各種高性能單片機(jī) 芯片市場也異?；钴S，新技術(shù)的不斷采用，更加使單片機(jī)的種類、性能以及應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大和提高。整體性好，人性化強(qiáng)、可靠性高，實(shí)現(xiàn)了對時間控制的智能化，擺脫了傳統(tǒng)由人來控制時間的長短的不便，是現(xiàn)代學(xué)校必不可少的設(shè)備。這種電子時鐘具備現(xiàn)實(shí)時、分、秒的功能，還可以對時、分、秒進(jìn)行校對，片選的靈活性好。 隨著科技的發(fā)展，后面發(fā)展為了電鈴方式，不僅省力，而且聲音響亮。第 2 章 主要是講述系統(tǒng)方案的設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)和性能要求， 通過比較各個模塊方案 優(yōu)缺點(diǎn)，最后確定系統(tǒng)的解決方案 。 3． 打鈴功能：按指定時間打鈴即播放音樂。電源模塊為單片機(jī)和其它電路提供電源，時鐘模塊提供當(dāng)前時間，顯示模塊可以實(shí)時的把當(dāng)前時間顯示出來，可以顯示年、月、日、時、分、秒，鍵盤電路用于校準(zhǔn)當(dāng)前時間還可以 學(xué)校教學(xué)樓燈 關(guān)閉 和宿舍燈關(guān) 閉。但如果給本系統(tǒng)供電，完全滿足要求。而本次的設(shè) 計正需要此容量的空間。 方案三： 采用 LCD1602 液晶模塊， LCD1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生 8 存儲器（ CGROM）已經(jīng)存儲了 160 個不同的點(diǎn)陣字符圖形，內(nèi)置 192 種字符，包括阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號等，每一個字符都有一個固定的代碼，且價 格便宜，操作簡單，容易控制 [6]。實(shí)時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與 31 天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。其原則為：第一，努力提高控制系統(tǒng)檢測信號的準(zhǔn)確性和可靠性；第二，從用戶的角度出發(fā)，方便安裝、調(diào)試 、運(yùn)行 及 維護(hù) ； 第三，在滿足性能要求的前提下，盡量簡化硬件系統(tǒng)，降低系統(tǒng)的總體成本 [8]。 簡介 STC89C52是一種帶 8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。 PSEN（ 29腳）：外部程序存儲選通信號， CPU從外部存儲器取指令，從PSEN引腳輸出選通信號（負(fù)脈沖）。 P1口（ ~）： P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O口。 P3口與其它 I/O端口有很大的 區(qū)別，它的每個引腳都有第二功能，第二功能如表 31所示。單片機(jī)的復(fù) 位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要單片機(jī)的 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘振蕩脈沖（ 2 個機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可以實(shí) 12 現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位 [10]。時鐘振蕩電路圖如下圖 33 所示。 SETUPDOWNKEY2KEY3GNDP10P11P12P13P14 圖 34 鍵盤電路 時鐘 電路設(shè)計 時鐘是本系統(tǒng)控制的關(guān)鍵，如果時間不準(zhǔn)確，不能達(dá)到設(shè)計的目的，也影響了正常的教學(xué)計劃 ，所以本系統(tǒng)采用了美國 Dallas 公司生產(chǎn)的一種實(shí)時高性能、低功耗時鐘芯片 DS1302。 I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線，與 P35 連接； CE(RST)：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。當(dāng)該位置為 1時，時鐘振蕩器停止， DS1302 處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位置為 0 時，時鐘開始運(yùn)行。 位 6：如果為 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 RAM 數(shù)據(jù)； 位 5 至位 1（ A4~A0）：指示操作單元的地址； 位 0（最低有效位）：如為 0，表示要進(jìn)行寫操作，為 1 表示進(jìn)行讀操作。主要參數(shù)和性能如下： :162 個字符 :— :() : :(WH)mm 與單片機(jī)接口 1602 液晶模塊 總共有 16 個管腳，各管教名稱和功能如表 33。單片機(jī) 與液晶 RW 相連 ,控制數(shù)據(jù)讀寫。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 。 DL：高電平時為 4 位總 線，低電平時為 8 位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F： 低電平時顯示 57 的點(diǎn)陣字符，高電平時顯示 510 的點(diǎn)陣字符。 寫指令： RS=L， RW=L， E=下降沿，下降沿脈沖， DB0~DB7=指令碼 輸 21 出：無 。 語音芯片簡介 美國 ISD 公司于 2001 年最新推出一種單片 8～ 20 秒單段語音錄 放電路ISD1820，采用 CMOS 技術(shù)，內(nèi)含振蕩器，話筒前置放大，自動增益控制，防混淆濾波器，揚(yáng)聲器驅(qū)動及 FLASH 陣列 [17]。開始放音后，可以釋放PLAYE。 自動增益控制 (AGC) AGC 動態(tài)調(diào)整前置增益以補(bǔ)償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量 (從耳語到喧囂聲 )時失真都能保持最小。 工作原理 1． ISD1820 原理圖 如 圖 311 所示 。手動放音方式又分為兩種，邊沿觸發(fā)放音，按 PLAYE 鍵一下即將全部放音，除非斷電或放音結(jié)束，否則不停止放音；電平出發(fā)放音，按住 PLAYL 鍵時即放音，松開按鍵即停