【文章內(nèi)容簡介】 照明和上課鈴聲。系統(tǒng)由鍵盤、聲音輸出模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊和時(shí)鐘模塊等幾部分組成。 STC89C52 單片機(jī)是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心控制器件，根據(jù)從鍵盤接受的數(shù)據(jù)控制整個(gè)系統(tǒng)的工作流程。整體性好，人性化強(qiáng)、可靠性高，實(shí)現(xiàn)了對時(shí)間控制的智能化，擺脫了傳統(tǒng)由人來控制時(shí)間的長短的不便，是現(xiàn)代學(xué)校必不可少的設(shè)備。 2 校園作息時(shí)間控制系統(tǒng)主要用于學(xué)校，也可以用于一些以 24 小時(shí)為周期的開關(guān)量進(jìn)行自動(dòng)控制的企業(yè)或則公司。本系統(tǒng)可以控制上下課打鈴及擴(kuò)音設(shè)備的開與關(guān)、學(xué)校教學(xué)樓照明的定時(shí)開與關(guān)、學(xué)生宿舍燈的定時(shí)開 關(guān)的控制。必要時(shí)也可通過手動(dòng)控制電鈴和教學(xué)樓和學(xué)生宿舍樓燈的控制。該控制系統(tǒng)是采用 STC89C52 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對上述開關(guān)量的控制，利用時(shí)鐘芯片來提供時(shí)鐘信息，利用語音芯片實(shí)現(xiàn)響鈴，用液晶可以實(shí)時(shí)顯示時(shí)間、系統(tǒng)還設(shè)有輸入鍵盤，用以校對時(shí)間，控制電鈴，控制教室燈和宿舍燈，系統(tǒng)簡單、工作穩(wěn)定可靠、價(jià)廉、控制時(shí)間準(zhǔn)確及系統(tǒng)體積小等優(yōu)點(diǎn)。 國內(nèi) 外概況 自從人類學(xué)會(huì)計(jì)時(shí)開始，計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)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(tái)、地平式日晷、機(jī)械鬧鐘、秒表、沙漏、懷表、自擺鐘、石英鐘 等 [3]。 現(xiàn)在，高精度的計(jì)時(shí)工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石英表，石英鐘都采用了石英技術(shù)，因此走時(shí)精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)校。數(shù)字式電子鐘用集成電路設(shè)計(jì)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)， LED 顯示器代替指針顯示時(shí)間，減少了計(jì)時(shí)誤差。這種電子時(shí)鐘具備現(xiàn)實(shí)時(shí)、分、秒的功能，還可以對時(shí)、分、秒進(jìn)行校對，片選的靈活性好。隨 著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子時(shí)鐘正在迅速取代紙日歷、年歷和一般機(jī)械電子時(shí)鐘。電子時(shí)鐘走時(shí)準(zhǔn)確、功能多樣、外觀時(shí)尚、使用方便。深受消費(fèi)者的青睞且其產(chǎn)品琳瑯滿目。但是他們核心部分都只有兩點(diǎn)，一是采用高性能時(shí)鐘芯片；二是大都采用單片機(jī)控制。現(xiàn)在流行的串口時(shí)鐘電路很多，如DS130 DS1288 DS130 PCF8485 等。這些電路的接口簡單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛的采用。 學(xué)校打鈴方式也是經(jīng)過幾個(gè)不同的階段，由過去直接 靠老師憑直覺 宣布上下課，隨著學(xué)生人數(shù)規(guī)模不斷的壯大，逐漸使用人敲鑼或則搖鈴的方式來確定上下 課。 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。但是都是人工控制，即時(shí)間到了，然后人去按電鈴開關(guān)，電鈴發(fā)出“叮、叮、?！钡捻懧暎@種人工控制方式不僅繁瑣，而且單調(diào)無味。還有 3 傳統(tǒng)的點(diǎn)鈴聲作為上下課的作息時(shí)間信號(hào)，這種鈴聲單調(diào)乏味會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生了厭煩的情緒，甚至一些學(xué)生把鈴聲看成是考試的代名詞，以至于一聽到這種聲音就產(chǎn)生緊張、恐懼心理?，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。既激活學(xué)生的藝術(shù)細(xì)胞，又達(dá)到優(yōu)化育人 環(huán)境，陶冶學(xué)生情操，營造良好的校園氛圍。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(dòng)力，多花一個(gè)人的勞務(wù)費(fèi)。偶爾還會(huì)出現(xiàn)不能及時(shí)到位，從而出現(xiàn)拖延時(shí)間的狀況，擾亂正常的教學(xué)計(jì)劃，這次設(shè)計(jì)的學(xué)校時(shí)間控制系統(tǒng)可以很好的解決這些難題。 本文的內(nèi)容及結(jié)構(gòu) 本文共分 五 章，在第 1 章緒論中，簡述 單片機(jī)校園時(shí)間控制系統(tǒng)研究目的和意義、國內(nèi)外 概況 。第 2 章 主要是講述系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和性能要求， 通過比較各個(gè)模塊方案 優(yōu)缺點(diǎn)，最后確定系統(tǒng)的解決方案 。第 3 章 講 硬件電路的設(shè)計(jì)，因?yàn)?硬件電路是保證整個(gè)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ) ，開始講系統(tǒng)最小控制單元，最小控制單元由單片機(jī)最小系統(tǒng)和鍵盤電路構(gòu)成， 接著 介紹時(shí)鐘芯片 DS1302 的優(yōu)缺點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和用法，然后對LCD1602 進(jìn)行相關(guān)介紹和用法， 最后介紹了電鈴模塊的主要 ISD1820 芯片的相關(guān)資料和用法。第 4 章 主要介紹軟件電路的設(shè)計(jì)，包括主程序軟件設(shè)計(jì)流程圖、 DS1302 時(shí)鐘流程圖、 LCD1602 程序流程圖 。 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。 4 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 本章主要根據(jù)系統(tǒng)的性能要求， 然 后畫出系統(tǒng)框圖，根據(jù)系統(tǒng)框圖 給出不同的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過對比分析，選擇出最終的優(yōu)化方案。根據(jù)系統(tǒng)的要求，主要給出了 幾 個(gè)比較合理的方案， 幾 個(gè)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。 系統(tǒng)的性能和要求 1． 時(shí)鐘功能：能顯示年、月、日、時(shí)、分、秒。 2． 調(diào)整功能：能校正年份、日期、時(shí)間。 3． 打鈴功能：按指定時(shí)間打鈴即播放音樂。 4． 錄音功能：可以隨時(shí)更換音樂。 5． 燈的控制：按時(shí)間打開學(xué)校教學(xué)樓燈和宿舍燈總閘。 本系統(tǒng)除了具有上述的自動(dòng)打鈴、定時(shí)開關(guān)教學(xué)樓燈和宿舍燈總閘的控制，必要時(shí)也 可以通過按鍵手動(dòng)控制電鈴開閉，教學(xué)樓燈和宿舍燈關(guān)閉。本系統(tǒng)就以控制本校作息時(shí)間為例， 控制教學(xué)主樓的電鈴和教室點(diǎn)燈控制，還有十八公寓宿舍燈的控制 。 表 21 和表 22 是學(xué)校作息時(shí)間表。 表 21 電鈴時(shí)間控制表 時(shí)間 事件 動(dòng)作 8： 30 第一節(jié)課上課 鈴響；播放音樂 9： 15 第一節(jié)課下課 鈴響；播放音樂 9： 20 第二節(jié)課上課 鈴響；播放音樂 10： 05 第二節(jié)課下課 鈴響；播放音樂 10： 35 第三節(jié)課上課 鈴響；播放音樂 11： 20 第三節(jié)課下課 鈴響；播放音樂 11： 25 第四節(jié)課上課 鈴響；播放音樂 12： 10 第四節(jié)課下課 鈴響；播放音樂 14： 00 第五節(jié)課上課 鈴響；播放音樂 14： 45 第五節(jié)課下課 鈴響；播放音樂 5 14： 50 第六節(jié)課上課 鈴響；播放音樂 15： 35 第六節(jié)課下課 鈴響；播放音樂 15： 45 第七節(jié)課上課 鈴響；播放音樂 16： 30 第七節(jié)課下課 鈴響；播放音樂 16： 35 第八節(jié)課上課 鈴響；播放音樂 17： 20 第八節(jié)課下課 鈴響；播放音樂 18： 30 第九節(jié)課上課 鈴響；播放音樂 19： 15 第九節(jié)課下課 鈴響；播放音樂 19： 20 第十節(jié)課上課 鈴響； 播放音樂 20： 05 第十節(jié)課下課 鈴響；播放音樂 20： 10 第十一節(jié)課上課 鈴響；播放音樂 20： 55 第十一節(jié)課下課 鈴響；播放音樂 21： 00 第十二節(jié)課上課 鈴響；播放音樂 21： 45 第十二節(jié)課下課 鈴響；播放音樂 表 22 電燈時(shí)間控制 時(shí)間 事件 動(dòng)作 5： 30 寢室燈打開 繼電器 1 開啟 7： 00 教室燈打開 繼電器 2 開啟 8： 00 寢室燈關(guān)閉 繼電器 1 關(guān)閉 12： 00 寢室燈打開 繼電器 1 開啟 14： 00 寢室燈關(guān)閉 繼電器 1 關(guān)閉 17： 00 寢室燈打開 繼電器 1 開啟 22： 00 教師燈關(guān)閉 繼電器 2 關(guān)閉 22： 30 寢室燈關(guān)閉 繼電器 1 關(guān)閉 6 系統(tǒng)框圖 根據(jù)系統(tǒng)的性能要求作出系統(tǒng)框圖如 圖 21 下所示。 單 片 機(jī)電 源 模 塊復(fù) 位 電 路鍵 盤 電 路顯 示 模 塊電 鈴 模 塊教 室 燈寢 室 燈時(shí) 鐘 模 塊 圖 21 系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng) 由單片機(jī)、教室燈、寢室燈、時(shí)鐘模塊、顯示模塊部分以及鍵盤輸入分所成。電源模塊為單片機(jī)和其它電路提供電源，時(shí)鐘模塊提供當(dāng)前時(shí)間，顯示模塊可以實(shí)時(shí)的把當(dāng)前時(shí)間顯示出來，可以顯示年、月、日、時(shí)、分、秒，鍵盤電路用于校準(zhǔn)當(dāng)前時(shí)間還可以 學(xué)校教學(xué)樓燈 關(guān)閉 和宿舍燈關(guān) 閉。 方案選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)的功能 ,可以采用不同的設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案如下。 電源模塊 電源模塊是為系統(tǒng)提供電源，本設(shè)計(jì)中用到的是正 5V 的直流穩(wěn)壓電源。 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。該電路由比較放大電路、穩(wěn)壓管、三極管、限流電阻及兩個(gè)取樣電路組成，此電路由主回電路式起調(diào)整作用的 BJTT 與負(fù)載串聯(lián)而得名的。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(shí)，調(diào)整管的集電極損耗大，電源效率低，有時(shí)還要配有龐大的散熱裝置 [4]。 方案二 ：本設(shè)計(jì)用到的電源為 5V，屬于中 小功率穩(wěn)壓電源，所以可以采用三端穩(wěn)壓芯片 LM7805。用其設(shè)計(jì)的是線性開關(guān)，線性穩(wěn)壓電路，具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、 紋 波電壓小等優(yōu)點(diǎn)，但是，在負(fù)載 7 電流較大且輸出電壓較低時(shí)，其自身的功耗很大。但如果給本系統(tǒng)供電，完全滿足要求。 綜上所述，我選擇方案二。 單片機(jī)選擇 方案一 ： 采用 STC89C2051 芯片，它具有體積小、功耗小。含有中斷、定時(shí) /計(jì)數(shù)器。本次設(shè)計(jì)需要非常大的編程量，雖然其價(jià)錢相對便宜，但 IO口數(shù)和存儲(chǔ)空間相對較少，所以此芯片不利于系統(tǒng)的工作和系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。 方案二： 采用 STC89C51 芯片，內(nèi)部具有 4KB ROM 存儲(chǔ)空間，它具STC89C2051 芯片的所有功能，且 IO 口數(shù)相對較多，價(jià)錢相對也比較便宜，但存儲(chǔ)空間不是非常大，而本次的設(shè)計(jì)需要大量的存儲(chǔ)空間。 方案三： 采用 STC89C52 芯片， STC89C52 是一種低功耗、高性能的 8位 CMOS 微控制器，它具有 STC89C2051 和 STC89C51 芯片的所有功能，且IO 口數(shù)非常多， 且 比 STC89C205 和 STC89C51 多 功能多 [5]。價(jià)錢雖然比STC89C2051 和 STC89C51 昂貴，但存儲(chǔ)空間非常大，可以到達(dá) 8K。而本次的設(shè) 計(jì)正需要此容量的空間。還有具備在線可擦除技術(shù)，對電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，不需要多次拔插，不會(huì)對芯片造成損壞。 綜上所述，我選擇 STC89C52 芯片作為本次設(shè)計(jì)的主控芯片 。 顯示模塊 在日常生活中，我們對顯示器并不陌生。顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。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。 方案一 ： 采用 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描， LED 數(shù)碼管價(jià)格適中，對于顯示數(shù)字比較 合適，采用動(dòng)態(tài)描法與單片機(jī)連接時(shí)，雖然占用的單片機(jī)口線少，但連線還需要花費(fèi)一點(diǎn)時(shí)間，且不容易控制，所以也不用此種作為顯示。 方案二：采用點(diǎn)陣屏顯示，點(diǎn)陣屏是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合，若采用顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi)，且價(jià)格也相對較高，所以在此也不用此種作為顯示。 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(chǔ)器（ CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)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(hào)等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，且價(jià) 格便宜，操作簡單，容易控制 [6]。 綜上所述，我選擇 LCD1602 作為本設(shè)計(jì)的顯示模塊。 時(shí)鐘模塊 方案一 ：采用單片機(jī)自帶定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，外加存儲(chǔ)器保存數(shù)據(jù) ， 普通鍵盤輸入。由于單片機(jī)進(jìn)行軟件計(jì)時(shí)，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?？捎昧畠r(jià)的 STC24C04 等存儲(chǔ)器保存數(shù)據(jù)，讀寫比較容易。對于普通的獨(dú)鍵盤，設(shè)置量比較大，改用矩陣鍵盤又會(huì)占用較大的電路板空間。 方案二： 采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片計(jì)時(shí)。 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附 加 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI 三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和 RAM 數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與 31 天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá) ～ 。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力 [7]。 綜上所述，我選擇 DS1302 為本設(shè)計(jì) 提供時(shí)間 。 本章小結(jié) 本章主要介紹了各個(gè)模塊元器件的選擇，比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)，最后綜合比較結(jié)果 ， 最后選擇 采用 STC89C52 芯片作為設(shè)計(jì)的主控芯片，三端穩(wěn)壓芯片 LM7805 為 電路 提供電源， DS1302 作為時(shí)鐘，采用 LCD1602 液晶模塊為顯示部分。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(jià)比高等特點(diǎn)。 9 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路是保證整個(gè)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，其性能優(yōu)劣直接影響到整個(gè)測控系統(tǒng)工作的可靠性、安全性和連續(xù)性。硬件電路的設(shè)計(jì)過程中，始終以實(shí)用化為最終目標(biāo)。其原則為：第一，努力提高控制系統(tǒng)檢測信號(hào)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]。 系統(tǒng)硬件概述 基于單片機(jī)的 校園時(shí)間控制系統(tǒng) 的硬件設(shè)計(jì)應(yīng)滿