【正文】 打鈴時間的顯示，再利用鍵盤可以對系統(tǒng)當前時間以及打鈴時間進行調(diào)節(jié)、存儲、清空操作，并且使用外部存儲器 24C02C 完成打鈴時間的存儲。關(guān)鍵詞　單片機；AT89C51；DS1302；24C02C 打鈴 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 1 頁 共 34 頁第 1 章　緒論校園打鈴系統(tǒng)就是利用現(xiàn)代計算機、通訊等技術(shù)，以傳統(tǒng)的鈴聲系統(tǒng)為基礎(chǔ)，根據(jù)用戶對鈴聲系統(tǒng)功能的要求，由單片機來控制、管理、播放的系統(tǒng)。鈴聲控制系統(tǒng)整體由兩部分組成：主控中心和終端電鈴。終端電鈴為響應(yīng)控制設(shè)備，通過其自身的控制系統(tǒng)可以獲得清晰、響亮的聲響。單片機又稱單片微控制器，是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞—“智能型” ，如智能型洗衣機等。 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 2 頁 共 34 頁第 2 章　方案設(shè)計與論證 系統(tǒng)方案選擇與比較 控制模塊方案選擇校園打鈴系統(tǒng)設(shè)計方案有多種，下面提出兩種電路方案。其組成方框圖如下 21 所示： 顯示器 顯示器 顯示器譯碼器 譯碼器 譯碼器二十四進制時計數(shù)器六十進制分計數(shù)器六十進制秒計數(shù)器校時電路 報時電路 晶體振蕩器單刀雙置開關(guān)單刀雙置開關(guān)分頻器圖 21 方案一組成方框圖方案二：采用 ATC 公司的單片機 ATC89C51 作為控制器。它是 MCS51 系列單片機的派生產(chǎn)品，在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標準 8051 單片機完全兼容，使用時容易掌握；采用 ATC89S52 單片機穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強。采用方案二實現(xiàn)的校園打鈴系統(tǒng)其電路結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)多功能控制，計時精確，全自動化實現(xiàn)其所用功能，并且能在斷電的情況下任能正常的實現(xiàn)打鈴。 顯示模塊方案選擇該系統(tǒng)要求完成當下年、月、日、時、分、秒、星期的顯示等功能。方案一：完全采用點陣式 LED 顯示。方案二：用七段 LED 數(shù)碼管完成年、月、日、時、分、秒、星期顯示，這種方案只能顯示數(shù)字、英文字符及一些簡單的數(shù)學符號，但價格相對便宜。因此這種方案既軟件工作量大，又價格相對較貴，因此權(quán)衡利弊，選擇方案二。下面考慮了兩種電源方案。該方案的優(yōu)點是存儲方便，節(jié)約成本；缺點是斷電后存儲數(shù)據(jù)消失。該方案保證設(shè)置的打鈴時間數(shù)據(jù)在掉電時也不會丟失，同時實現(xiàn)在系統(tǒng)運行時能夠修改打鈴時間，采用開關(guān)電源作為整個系統(tǒng)的供電，它具有多路電源輸出，缺點是價格較貴。故選擇第二種方案。其系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖 23 所示。此設(shè)計的控制模塊由單片機、復(fù)位電路、時鐘電路組成的。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種商效微控制器，AT89C51 是它的一種精簡版本。圖 31 AT89C51 引腳圖AT89C51 單片機引腳分布如圖 31 所示。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 6 頁 共 34 頁校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。（RXD）：串行輸入口（TXD）：串行輸出口 單片機時鐘電路復(fù)位電路介紹單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內(nèi)部的各種操作提供時間基準。AT89C51 單片機內(nèi)有時鐘振蕩電路，只要在單片機的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接石英晶體和微調(diào)電容，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號，具體電路設(shè)計如圖 32 所示。圖 32 單片機時鐘、復(fù)位電路復(fù)位電路使單片機或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的狀態(tài)。實際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是按鍵復(fù)位。具體電路設(shè)計如上圖 32 所示。由于單片機驅(qū)動能力有限，因而需要硬件將單片機輸出的高、低電平變成控制電鈴?fù)〝嗟碾娐罚軌蚓唧w實現(xiàn)該功能的電路有多種。三極管在電路當中起開關(guān)作用，管型為 PNP 型。此時，三極管呈截止狀態(tài)，繼電器不吸合電鈴?fù)Ｖ勾蜮?；? 腳輸出低電平時，給三極管基極送入的是低電壓。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路） ，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)” 。繼電器線圈在斷電時會產(chǎn)生一個很大的反感生電動勢，這個電壓會損失繼電器或者電路中的元件，在繼電器線圈上反向并聯(lián)一個二極管，可將產(chǎn)生的反感生電動勢通過二極管回路釋放掉、保護繼電器線圈和電路中的電子元件不受高壓損壞。采用三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。DS1302 是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。當 Vcc2 大于 Vcc1＋ 時，Vcc2 給 DS1302 供電。X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。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。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。 DS1302 的控制字節(jié)DS1302 的控制字節(jié)的最高有效位(位 7)必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302 中，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)。最低有效位(位 0)如為 0 表示要進行寫操作，為 1 表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0 位到高位 7。此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM 相關(guān)的寄存器等。DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個 RAM 單元，共 31 個，每個單元組態(tài)為一個 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 C0H～FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的 31 個字節(jié)，命令控制字為 FEH(寫)、FFH(讀)。所以就采用能在學校停電時借助電池也能工作的芯片，而 DS1302 能夠在學校掉電時，Vcc2 無法給實時時鐘 DS1302 供電，只有通過干電池 B1給實時時鐘 DS1302 的 Vcc1 提供電量讓 DS1302 繼續(xù)工作，系統(tǒng)能夠繼續(xù)計時。其與單片機連接方式如上圖 35 所示。 24C02C 的引腳介紹考慮到串口線、穩(wěn)定性等方面，本系統(tǒng)采用串行數(shù)據(jù)傳輸存儲器。這樣每個信息單元占 8 個字節(jié)，存儲時均按照非壓縮型 BCD 碼存儲，則需要存儲空間大約在 160 個字節(jié)左右，選用 256 字節(jié)的存儲器就能夠滿足容量的要求，可以采用 ATMEL 公司的 24C02C。（1）行數(shù)據(jù)（SDA）引腳串行數(shù)據(jù)引腳為雙向引腳，用于把地址和數(shù)據(jù)輸入/輸出期間。因此，SDA 總線要求在該引腳與 VCC之間接入上拉電阻（通常頻率為 100KHz 時該電阻阻值為 10K，頻率為 400KHz 和 1MHz 時，阻值為 2K） 。而 SDA 電平在SCL 高電平期間若發(fā)生變化，表明起始和停止條件產(chǎn)生。如果連接到 VSS，寫操作使能。它主要的特點有：（1）總線只有兩根線，即串行時鐘線和串行數(shù)據(jù)線，這在設(shè)計中大大簡化了硬件接口；（2）每個連接到總線上的器件地址同時由芯片內(nèi)部硬件電路和外部地址引腳決定，避免了片選線的線連接方法，并建立簡單的主從關(guān)系，主器件既可以作為發(fā)送器，又可作為接收器； 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 11 頁 共 34 頁（3）它是一個真正的多主總線，帶有競爭監(jiān)測和仲裁電路，多個主機可以任意發(fā)送而不破壞總線上的數(shù)據(jù)；（4）同步時鐘可以作為停止或重新啟動串行口發(fā)送的握手方式；（5）連接到同一總線的集成電路數(shù)量只受 400pF 最大總線電容的限制。24C02C 的三個地址端口A0、AA2 都接地，因而其存儲地址為 A000HA6FFH，共 1KB 的存儲空間。在系統(tǒng)掉電時不會丟失其中的內(nèi)容，保證了設(shè)置的打鈴時間不會因系統(tǒng)掉電而需要重新設(shè)置。圖 36 24C02C 引腳連接圖 鍵控模塊鍵盤是一組按鍵的組合，它是各種儀表中最常用的輸入設(shè)備。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，有的是單個按鍵，有的是矩陣式的按鍵，即行列式按鍵。根據(jù)本設(shè)計本的要求，我們選用獨立式鍵盤實現(xiàn)整個功能。這種按鍵軟件程序簡單，但占用 I/O 口線較多（一根口線只能接一個鍵） ，適用于鍵盤應(yīng)用數(shù)量較少的系統(tǒng)中。獨立式按鍵結(jié)構(gòu)圖如圖 37 所示。調(diào)節(jié)按鍵：它的主要功能就是想改變當前的系統(tǒng)時間首先要按模式鍵，選中要修改的時間，再按調(diào)節(jié)鍵就能控制當前系統(tǒng)時間遞增。清空按鍵：它的主要功能就是當學校要重新輸入打鈴時間的時候，就先按下清空鍵，再輸入新的時間。與單片機具體鏈接圖，如圖 38 所示。 數(shù)碼管的組成及工作原理數(shù)碼管由 8 個發(fā)光二極管構(gòu)成，可以用來顯示數(shù)字、字符等它在家電及工業(yè)控制中有著很廣泛的應(yīng)用。這些段分別由字母 a、b、c、d、e、f、g、dp 來表示。當數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣。共陰極就是將 8 個 LED 的陰極連接到一起組成公共端 COM，接負極，當相應(yīng)字段為高電平“1”時，可以點亮該字段；當相應(yīng)字段為低電平“0”時，該字段不亮。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 15 頁 共 34 頁圖 310 數(shù)碼管動態(tài)顯示電路動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM 端電路的控制，我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 16 頁 共 34 頁第 4 章　整機原理 整機原理圖圖 41 整機原理圖 整機電路原理電路中采用 I2C 總線的串行存儲器 24C02C，在系統(tǒng)掉電時不會丟失其中的內(nèi)容，保證了設(shè)置的打鈴時間不會因系統(tǒng)掉電而需要重新設(shè)置。其中，WP是 24C02C 的寫保護控制引腳，WP 為低電平時，串行存儲器可以正常地讀/寫；WP 為高電平時，對串行存儲器內(nèi)部的數(shù)據(jù)進行寫保護。在系統(tǒng)正常供電時，DS1302 通過內(nèi)部的涓流充電電阻給后備電池充電，能保證系統(tǒng)電池的長時間工作。來電時，數(shù)碼管上顯示的系統(tǒng)時間不會是停電時刻的時間，系統(tǒng)繼續(xù)工作。當前系統(tǒng)時間在數(shù)碼管上顯示系統(tǒng)時間和打鈴時間，學校設(shè)置的打鈴時間存儲在外部存儲器 24C02C 中。如果當前系統(tǒng)與打鈴時間不一致，AT89C51 中的 腳就輸出高電平，三極管 Q1 截止，繼電器斷開，電鈴電路不導通。 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)第 18 頁