【正文】 課 80H~87H FE143500 FF143515 FE1620xx FF1620xx 16:30 課外活動(dòng) 88H~8FH FE163000 FF163015 17:00 晚飯 90H~97H FE170000 FF170015 19： 30~21:30 晚自習(xí) 98H~9F FE193000 FF193015 A0H~A7H FE213000 FF213015 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 第 4 章 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件組成 及操作 說(shuō)明 硬件組成框圖 硬件組成框圖如圖 41 所示： 圖 41 系統(tǒng)硬件組成框圖 設(shè)計(jì) 電路原理圖 設(shè)計(jì) 電路如圖 42 所示 。命令字節(jié)在 Command，傳送字節(jié)數(shù)在 ByteCnt 中，所發(fā)送的數(shù)據(jù)在 XmtDat 中，所接收的數(shù)據(jù)在 RcvDat 中。只要/RST 保持為高，在持續(xù)的 SCLK 周期內(nèi)就繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)，從低位開(kāi)始輸出數(shù)據(jù)。 其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表 22。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大者供電。 (6)XTAL1：振蕩器反相放大器 及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 而 我設(shè)計(jì)的 系統(tǒng)除了具備基本時(shí)鐘功能之外 ，還可以顯示年、月、日、星期等信息，并且采用 單片機(jī)控制并配合時(shí)鐘芯片，既保證了 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又保證了 控制 時(shí)間的精度 和可靠性 ，且通過(guò)外擴(kuò)電路 還 可以實(shí)現(xiàn) 多種功能。 有教育專(zhuān)家建議，學(xué)校教育理應(yīng)彰顯“人” 的個(gè)性，并從“小”處做起， 推進(jìn)素質(zhì)教育，于細(xì)微之處加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的人文關(guān)懷，起到潤(rùn) 物無(wú)聲的育人目的。為了便于擴(kuò)展和更 改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了 。 第 13 周 第 14 周 ：完善系統(tǒng)，提出改進(jìn)意見(jiàn)，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，答辯。 (2)能夠自動(dòng)識(shí)別閏年、閏月及每月的天數(shù)。多年來(lái)，中國(guó)各地從大學(xué)到小學(xué)乃至幼兒園，從城市到農(nóng)村，從冬到夏，那特有的鈴聲響遍了大江南北，成了學(xué)校的特色和“專(zhuān)利”。 指導(dǎo)教師簽字 時(shí) 間 20xx 年 03 月 10 日 摘 要 我所設(shè)計(jì)的作息時(shí)間系統(tǒng) 除具備基本時(shí)鐘功能外，還可以實(shí)時(shí)顯示年、月、日信息，并且可以自動(dòng)識(shí)別閏年、閏月及每月的天數(shù)。播放自起床、早操、上下課直到晚熄燈等信號(hào)音樂(lè)，可做到自動(dòng)開(kāi)機(jī)、自動(dòng)播放、自動(dòng)關(guān)機(jī)的無(wú)人值守全自動(dòng)運(yùn)行，并且還可以 控制電視、路燈、室內(nèi)照明等電氣設(shè)備 。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 2 章 核心芯片簡(jiǎn)介 AT89C2051 簡(jiǎn)介 AT89C2051 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的一種低電壓 、 高性能 CMOS 8 位單片機(jī) ，片內(nèi)含 2k bytes 的可反復(fù)擦 寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器 (PEROM)和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)， 器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 。可采 用石英晶體或陶瓷振蕩器組成時(shí)鐘振蕩器，如需從外部輸入時(shí)鐘 信號(hào) 驅(qū)動(dòng)AT89C2051，時(shí)鐘信號(hào)從 XTAL1 輸入 ， XTAL2 應(yīng)懸空。 RST 是復(fù)位 /片選線，通過(guò)把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 25 各寄存器的地址 CH： 時(shí)鐘停止位 標(biāo)志 CH=0 振蕩器工作允許 CH=1 振蕩器停止 WP： 寫(xiě)保護(hù)位 WP=0 寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭? WP=1 寄存器數(shù)據(jù)不能寫(xiě)入 TCS： 涓流充電選擇 TCS=1010 使能涓流充電 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 TCS=其它 禁止涓流充電 寄存器 2 的第 7 位 ： 12/24 小時(shí) bit7=1， 12 小時(shí)模式 bit7=0， 24 小時(shí)模式 寄存器 2 的第 5 位： AM/PM 定義 AP=0 上午模式 AP=1 下午模式 DS：二極管選擇位 DS=01 選擇一個(gè)二極管 DS=10 選擇兩個(gè)二極管 DS=00 或 11，即使 TCS=1010，充電功能也被禁止 此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與 RAM 相關(guān)的寄存器等。寫(xiě)保護(hù)位不能在多字節(jié)傳送模式下寫(xiě)入。 表 31 各個(gè)數(shù)碼管顯示內(nèi)容 年 月 日 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8 時(shí) 分 秒 LED9 LED10 LED11 LED12 LED13 LED14 (2)走時(shí)準(zhǔn)確，可調(diào)整公歷年、月、日和時(shí)、分、秒。為了對(duì)作息時(shí)間 系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)，系統(tǒng)設(shè)置了 3 個(gè) 功能 鍵：一個(gè)用于調(diào)日歷，另一個(gè)用于調(diào)時(shí)，還有一個(gè)用于加一。 控制碼的定義如表 33 所示 ： 表 33 各控制碼定義 控制碼 功能 對(duì)應(yīng)輸出口 FEH 啟動(dòng)電鈴 控制電鈴 EFH 啟動(dòng)廣播 控制廣播 FFH 關(guān)閉裝置 、 均輸出關(guān)閉信號(hào) 00H 數(shù)據(jù)區(qū)結(jié)束 根據(jù)作息時(shí)間編制的數(shù)據(jù)區(qū)如表 34 所示。 Read_Singlebyte： MOV Command,85h ；命令字節(jié)為 85h MOV ByteCnt,1 ； 單字節(jié)傳送模式 MOV R1,RcvDat ；數(shù)據(jù)地址覆給 R1 ACALL Receive_Byte ；調(diào)用讀出數(shù)據(jù)子程序 RET ；返回調(diào)用本子程序處 附錄：數(shù)據(jù)發(fā)送與接收模塊源程序清單 ； CPU 工作頻率最大不超過(guò) 20MHz ； AT89C2051 主控 制 器發(fā)送接 收 數(shù)據(jù)程序 ；說(shuō)明：本程序是利用 ATMEL 公司的 AT89C2051 單片 機(jī) (任何具有 51 內(nèi)核或其它合適的單片機(jī)都可在此作為主控 制 器 )的普通 I/O 口 (如 )實(shí)現(xiàn) 總線的功能，對(duì)總線上的器件 (本程序采用 DS1302)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。第一個(gè)數(shù)據(jù)位在寫(xiě)命令字節(jié)最后一位的第一個(gè)下降沿輸出。 DS1302內(nèi)部寄存器 DS1302 由控制寄存器和年、月、日、星期、時(shí)、分、秒工作寄存器等共 12 個(gè)寄1 RAM A4 A3 A2 A1 A0 RAM /CK /K 圖 24 DS1302 的控制字 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 存器組成 ， 其中有 7 個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù) 為 BCD 碼形式 。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。 RST 引腳一旦變成兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平，所有的 I/O 都將復(fù)位到 “ 1” (高電平 )狀態(tài)，當(dāng)振蕩器正在工作時(shí)，持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平便可完成復(fù)位，每個(gè)機(jī)器周期為 12 個(gè)振蕩時(shí)鐘周期。 創(chuàng)新點(diǎn) 以往的作息時(shí)間控制系統(tǒng)只具備基本時(shí)鐘 (顯示當(dāng)前時(shí)間的小時(shí)及分鐘 )功能，而且采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，致使電路非常復(fù)雜 ， 計(jì)時(shí)精度不高，且不能隨季節(jié)的變化以及天氣的變 化而自動(dòng)調(diào)整控制，功能簡(jiǎn)單。正是這種鈴聲讓一些學(xué)生產(chǎn)生了厭煩情緒，甚至一些學(xué)生把鈴聲看成是考試的代名詞，以至于一聽(tīng)到這種聲音就產(chǎn)生緊張、恐懼心理。 三、方案 該 設(shè)計(jì) 主要 是以 單片機(jī)和 時(shí)鐘芯片為 核心 ，輔以必要的 外圍 電路，構(gòu)成一個(gè) 作息時(shí)間控制器，并且 以單片機(jī)的基本語(yǔ)言匯編語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，使指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲(chǔ)空間。 第 8 周 第 12 周 ：編寫(xiě)作息時(shí)間系統(tǒng)程序，并調(diào)試通過(guò)。 (3)能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、多路定時(shí)控制 。 正 是這種鈴聲 .讓一些學(xué)生產(chǎn)生了厭煩情緒，甚至一些學(xué)生把鈴聲看成是考試的代名詞，以至于一聽(tīng)到這種聲音就產(chǎn)生緊張、恐懼心理。另外 還可 以根據(jù)學(xué)校 、工廠等單位的作息時(shí)間 表 按時(shí)打鈴 、 播放音樂(lè)、廣播體操和其他節(jié)目等。從此屏棄那傳統(tǒng)的鈴聲，代之以現(xiàn)代化優(yōu)美、怡人的環(huán)境音樂(lè)，讓學(xué)生在一次次的鈴聲音樂(lè)中受到美的熏陶，體驗(yàn)音樂(lè)的魅力，形成愉悅的心境。 AT89C2051芯片的引腳及特點(diǎn) 圖 21 AT89C2051 芯片引腳圖 AT89C2051 芯片引腳如圖 21 所示。由于輸入到內(nèi)部電路是經(jīng)過(guò)一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器，所以輸入的外部 時(shí)鐘信號(hào)無(wú)需特殊要求，但它必須符合電平的最大和最小值及時(shí)序規(guī)范 [1]。 RST 輸入有兩種功能：首先 ， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。時(shí)鐘突 發(fā)寄存器可一次性順序讀寫(xiě)除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 Write_Enable： MOV Command， 8Eh ；命令字節(jié)為 8Eh MOV ByteCnt， 1 ；單字節(jié)傳送模式 MOV R0， XmtDat ；數(shù)據(jù)地址覆給 R0 MOV XmtDat， 00h ；數(shù)據(jù)內(nèi)容為 0(寫(xiě)入允許 ) ACALL Send_Byte ；調(diào)用寫(xiě)入數(shù)據(jù)子程序 RET ；返回調(diào)用本子程序處 當(dāng)寫(xiě)保護(hù)寄存器的最高位為 1 時(shí)，禁止數(shù)據(jù)寫(xiě)入寄存器， Write_Disable： MOV Command， 8Eh ；命令字節(jié)為 8E MOV ByteCnt， 1 ；單字節(jié)傳送模式 MOV R0， XmtDat ；數(shù)據(jù)地址覆給 R0 MOV XmtDat， 80h ；數(shù)據(jù)內(nèi)容為 80h(禁止寫(xiě)入 ) ACALL Send_Byte ；調(diào)用寫(xiě)入數(shù)據(jù)子程序 RET ；返回調(diào)用本子程序處 以上程序調(diào)用了基本數(shù)據(jù)發(fā)送 (Send_Byte)模塊及一些內(nèi)存單元定義。 (3)第 一次上電，數(shù)碼管顯示的起始時(shí)間為 0000 年 00 月 00 日 00 時(shí) 00 分 00 秒，也就是數(shù)碼管顯示 00000000000000，若需要調(diào)整時(shí)間，可按調(diào)日歷鍵、調(diào)時(shí)鍵和加一鍵調(diào)整到需要的時(shí)間 。控制輸出由廣播電路和打鈴電路組成，其中 接電鈴驅(qū)動(dòng)電路 ， 接喇叭驅(qū)動(dòng)電路。 數(shù)據(jù)區(qū)中每一項(xiàng)時(shí)間控制字需要占用 8 個(gè)存儲(chǔ)單元，示意如表 32 所示 ： 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 表 32 時(shí)間控制字說(shuō)明 啟動(dòng)裝置時(shí)間 關(guān)閉裝置時(shí)間 控制碼 1 時(shí) 分 秒 控制碼 2 時(shí) 分 秒 設(shè) AT89C2051 單片機(jī)的 用作電鈴的開(kāi)啟和關(guān)閉 ， 用作廣播的開(kāi)啟和關(guān)閉 。 下面模塊舉例說(shuō)明如何單字節(jié)讀出小時(shí)單元的內(nèi)容。 (2)數(shù)據(jù)輸出：在輸入讀命令字節(jié)的 8 個(gè) SCLK 周期之后，數(shù)據(jù)字節(jié)在后 8 個(gè) SCLK周期的下降沿輸入。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下一個(gè) SCLK 脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位 0 到高位 7。下面將主要的性能指標(biāo)作一綜合： (1)實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有能計(jì)算 2100 年之前的秒、分、時(shí)、星期、日、月、年的能力，還有閏年調(diào)整的能力 (2)31*8 位暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ) RAM (3)串行 I/O 口方式使得管腳數(shù)量最少 (4)寬范圍工作電壓 ~ (5)工作電流：在低壓 時(shí)，小于 300nA (6)讀 /寫(xiě)時(shí)鐘或 RAM 數(shù)據(jù)時(shí)，有兩種傳送方式：?jiǎn)巫止?jié)傳送和多字節(jié)傳送 (字符組方式 ) (7)8 引腳 DIP 封裝或可選的 8 腳 SOIC 封裝 (根據(jù)表面裝配 ) (8)簡(jiǎn)單串行 SPI 三線接口方式 (9)與 TTL 兼容 (Vcc=5V) (10)可選工業(yè)級(jí)溫度范圍 40 oC~+85 oC (11)與 DS1202 兼容 (12)在 DS1202 基礎(chǔ)上增加的特性 ： ① 對(duì) Vcc1 有可選的涓流充電能力 ② 雙電源管 腳 用于主電源和備份電源供應(yīng) ③ 備份電源管腳可由電池或大容量電容輸入 ④ 附加的 7 字節(jié)暫存存儲(chǔ)器 [3] 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 DS1302引腳功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS1302 的引腳排列如圖 23 所示，其中 Vcc1 為后備電源， VCC2 為主電源。 (5)RST：復(fù)位輸入。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 論文研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn) 主要內(nèi)容 該論文主要研究如何根 據(jù)學(xué)校、工廠等單位的作息時(shí)間 表 而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)打鈴，播放音樂(lè)和廣播體操以及 其他節(jié)目等 。多年來(lái)，中國(guó)各地從大學(xué)到小學(xué)乃至幼兒園，從城市 到農(nóng)村，從冬到夏，那特有的鈴聲響遍了大江南北，成了學(xué)校的特色和“ 專(zhuān)利 ” 。 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，電子時(shí)鐘正迅速取代紙質(zhì)日歷、年歷和一般機(jī)械電