【正文】 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 。系統(tǒng)軟件設計采用 C 語言來完成， C 語言語法簡潔，使用方便，用于完成軟件設計非常方便。因此，打 鈴系統(tǒng)的核心部分也是時鐘部分，為系統(tǒng)提供時間基準。在學校生活中，每天上下課都離不開打鈴系統(tǒng)的使用。河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 I 摘要 在現(xiàn)如今快節(jié)奏的生活中，人們對于時間的要求越來越苛刻，很多時候都需要對時間進行規(guī)劃，然后到時間點就要有時間提醒，這就必須用到時鐘提醒裝置，亦可稱為打鈴裝置。打鈴裝置有很多 種 ，比如手機的打鈴系統(tǒng)，鬧鐘的機械打鈴裝置，廣播打鈴系統(tǒng)等等，但是日常生活中見得最多的還是校園的自動打鈴系統(tǒng)。打鈴器可以為上下課的學生和老師們提供時間提醒，有利于師生對上課和學習的合理安排，同時，也可作為一個提醒學生們作息時間的時間表，讓老師和學生都能有一個規(guī)律和科學的時間安排。 本設計主要是針對適用于校園打鈴系統(tǒng)要求的，其介紹了一種基于單片機的自動打鈴系統(tǒng)的設計方法，系統(tǒng)以 AT89S51 單片機為控制器，以 DS1307 時鐘芯片為系統(tǒng)提供時間，并在液晶顯示器上顯示，通過按鍵可以設定定時打鈴時間和打鈴的時間間隔。本文提出的設計方法電路簡單、成本低廉、實用性強。 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。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。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。 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。設備的智能化離不開單片機的使用。 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。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。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。 唐迪于 1364 年制成 ，他首次在機械鐘里引入了輪式鐘擺。 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。1728~1759 年，英國的哈里森制造出高精度的標準航海鐘。 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。 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。 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”。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。 19 世紀末期，我國造鐘工藝達到了一個嶄新的水平， 1875 年由上海“美利華”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。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。 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。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。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。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。 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)試過程中的問題 和解決方案，還有調(diào)試步驟的細節(jié)問題的說明。 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。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。 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。這種方案電路設計簡單，時間精確，使用方便。 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。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。 方案二：采用 DS1307 時鐘芯片實現(xiàn)時鐘。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， 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)。 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。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 ），亮度也比較高，但是只能顯示數(shù)字，顯示內(nèi)容比較受到限制，又過多的占用單片機的 I/O 口。液晶顯示器最大的優(yōu)點是功耗極小，每平方厘米的功耗在 1uW 以下。而且顯示內(nèi)容比數(shù)碼管要豐富。 綜上所述，本設計中選用液晶顯示器作為顯示單元器件。系統(tǒng)以 AT89S51 單片機為控制器，通過 DS1307 來為系統(tǒng)提供標準時間，單片機讀取 DS1307 時間后送液晶顯示器顯示，通過按鍵來設置打鈴時間。系統(tǒng)設計框圖如下： 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 6 圖 23 系統(tǒng)設計框圖 時鐘電路 按鍵 設定打鈴時間 單片機控制 顯示電路 打鈴電路 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 7 3 系統(tǒng)硬件設計 硬件電路圖 根據(jù)系統(tǒng)設計框圖，本設計硬件電路主要由時鐘電 路、按鍵設定電路、單片機電路、顯示電路和打鈴電路組成，電路原理圖見附錄一所示。再通過掃描 P1 口是否有按鍵按下，有按鍵按下時，通過液晶顯示器顯示來設置定時時間、打鈴時間間隔，通過設定、移位、加數(shù)來實現(xiàn)。 時鐘電路 DS1307 簡介 DS1307 是 I2C 總線接口的日歷時鐘芯片，片內(nèi)有 8 個特殊寄存器和 56 字節(jié)的非易失性 RAM，是一種低功耗、 BCD 碼的 8 引腳實時時鐘芯片。 DS1307 的引腳排列如圖 31 所示，引腳說明如下： X X2：接入 ； 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：時鐘線，用來同步數(shù)據(jù)； SQW/OUT：方波信號輸出端，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。時鐘芯片的 SCL 引腳和 SDA 引腳分別由單片機的 和 引腳控制，單片機只需按照 DS1307 的工作時序來控制 DS1307 即可實現(xiàn)時間的寫入和讀取，其中 DS1307 的時鐘端與數(shù)據(jù)端需外接上拉電阻，本設計選用 5 針排阻來充當上拉電阻。編碼鍵盤主要用硬件來實現(xiàn)對按鍵的識別，河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 9 非編碼鍵盤是由軟件來實現(xiàn)鍵盤的定義與識別。按功能分，鍵盤有獨立按鍵和矩陣按鍵之分，獨立按鍵每一路按鍵就占用單片機的一個控制引 腳，單片機直接獲取其信息；矩陣按鍵將按鍵排成由行和列組成的行列式，通過確認按鍵的行號和列號來確定每一路按鍵，利用少的單片機引腳控制更多的按鍵。本設計中按鍵用于設定定時時間、打鈴時間間隔，所以只需 4 路按鍵即可實現(xiàn)所需功能，采用獨立式按鍵即可。因此，在設計中必 須考慮到按鍵抖動的影響。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在檢測引腳所連接的按鍵的工作狀態(tài)時加一個延時程序再次確認，通過 2 次的確認就可以確保按鍵的工作狀態(tài)不受機械抖動的影響了。由于單片機在工業(yè)控制領域的廣泛應用，為使更多的業(yè)內(nèi)人士、學生和愛好者學習掌握這門技術，產(chǎn)生了單片機開發(fā)板。此后，在 8031 的基礎上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機，基于這一系統(tǒng)的單片機一直到現(xiàn)在還廣泛應用著。 90 年代后期隨著消費電子產(chǎn)品的大發(fā)展，單片機技術得到了很大的提高， 32 位機迅速代替了 16 位機進入 主流市場，傳統(tǒng)的 8 位機的處理速度也提高了數(shù)百倍，而且價格也降低了很多，得到了廣泛的應用。 AT89S51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能 CMOS8位微處理器。該器件采用 ATMEL 高密度非易失性存儲器制造技術，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管 腳相兼容。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 11 AT89S51 單片機內(nèi)部主要由 9 個部件組成： 1 個 8 位中央處理器； 4KBFlash 存儲器；128B 的數(shù)據(jù)存儲器； 32 條 I/O 口線； 2 個定時器 /計數(shù)器； 1 個具有 6 個中斷源、 4 個優(yōu)先級的中斷嵌套結構；用于多處理機通信、 I/O 擴展或全雙工 UART 的串行口；特殊功能寄存器； 1 個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 中斷技術是計算機中的重要技術之一，它既和硬件相關，也和軟件相關，正因為有了“中斷”才使得計算機的工作更加靈活、效率更高。引起中斷的原因，或是能發(fā)出中斷申請的來源，稱為中斷源。 定時器 /計數(shù)器 T0 溢出中斷： TF0 做標志，由 輸出； 定時器 /計數(shù)器 T1 溢出中斷： TF1 做標志，由 輸出； 片內(nèi)串行口產(chǎn)生的中斷： RX、 TX。它是地址總線低 8 位及數(shù)據(jù)總線分時服用口，可驅動 8 個 TTL 負載。 P1 口（ ～ ）的每一位都可以分別定義為輸入線和輸出線（做輸入時，鎖存器必須置 1），可驅動 4 個 TTL 負載。 P2 口（ ～ ）為 8 位準雙向 I/O 口，當作為 I/O 口使用時，可直接連接外部I/O 設備。一般作為擴展地址總線的高 8 為使用。 P3 口的第二功能定義如表 31 所示： 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 12 表 31 P3 口第二功能定義 引腳定義 功能 引腳定義 功能 串行輸入口 串行輸出口 0INT 外部中斷 0 1INT 外部中斷 1 計時器 0 外部輸入 計時器 1 外部輸入 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 RST：復位輸入。 ALE/PROG：地址鎖存允許信號輸出。在與 Flash并行編程 /校驗期間，該引腳也是編程負脈沖的輸入端。其頻率為晶振頻率的 1/6，可用作外部定時或其他觸發(fā)信號。 PSEN ：片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN/無效。當 EA 接地時， CPU只執(zhí)行片外存儲器中的程序；當 EA 接 Vcc 時， CPU 首先執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器中的程序（ 0000H~0FFFH），然后自動轉向執(zhí)行片外程序存儲器中的程序（ 1000H~FFFFH）。在與 Flash 并行編程 /校驗期間，該引腳施加 12V 的編程電壓 VPP。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。電路如圖 35 所示。晶振電路通常用兩種設計方式：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。本設計選用內(nèi)部振蕩方式，在 XTAL1 和 XTAL2引腳之間連接一個 12MHz的晶振，再分別外接 30p 的對地電容。復位引腳為 RST，當系統(tǒng)上電后晶振電路穩(wěn)定后， RST 引腳有一個高電平且持續(xù) 2 個機器周期以上，單片機系統(tǒng)就可以實現(xiàn)復位功能。手動復位是在 RST 引腳設置按鍵，當按鍵按下時， RST 引腳會有高電平，即可實現(xiàn)復位功能；上電復位是在RST 引腳連接一個電解電容接至電源，再接一個電阻接地，系統(tǒng)上電時，電容充電，只要電源的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)復位功能。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 14