1、钦州学院课程设计报告书钦 州 学 院 电子电路课程设计报告数字万用表的设计院 系 物理与电子工程学院 专 业 自动化 学 生 班 级 自动本 101 班 姓 名 _韦永强_ 指导教师单位 钦州学院 指导教师姓名 申康 指导教师职称 讲 师 2013 年 10 月钦州学院课程设计报告书I摘要在现如今快节奏的生活中，人们对于时间的要求越来越苛刻，很多时候都需要对时间进行规划，然后到时间点就要有时间提醒，这就必须用到时钟提醒装置，亦可称为打铃装置。打铃装置有很多种，比如手机的打铃系统，闹钟的机械打铃装置，广播打铃系统等等，但是日常生活中见得最多的还是校园的自动打铃系统。在学校生活中，每天上下课都离不
2、开打铃系统的使用。打铃器可以为上下课的学生和老师们提供时间提醒，有利于师生对上课和学习的合理安排，同时，也可作为一个提醒学生们作息时间的时间表，让老师和学生都能有一个规律和科学的时间安排。因此，打铃系统的核心部分也是时钟部分，为系统提供时间基准。本设计主要是针对适用于校园打铃系统要求的，其介绍了一种基于单片机的自动打铃系统的设计方法，系统以 AT89C52 单片机为控制器，以 ISD4004 时钟芯片为系统提供时间，并在液晶显示器上显示，通过按键可以设定定时打铃时间和打铃的时间间隔。系统软件设计采用 C 语言来完成，C 语言语法简洁，使用方便，用于完成软件设计非常方便。本文提出的设计方法电路简
3、单、成本低廉、实用性强。关键字：打铃器、AT89C52 单片机、ISD4004、液晶显示器钦州学院课程设计报告书II目录1 前言.11.1 选题目的及意义 .11.2 论文内容 .12 方案设计.22.1 方案比较与选择 .22.1.1 系统方案选择 .22.1.2 时钟芯片选择 .22.1.3 显示器件选择 .32.2 设计方案 .33 系统硬件设计.43.1 硬件电路图 .43.2 时钟电路 .43.2.1 时钟电路设计 .43.3 按键电路 .53.4 单片机电路 .63.4.1 单片机简介 .63.4.2 单片机最小系统电路 .93.5 显示电路 .103.6 打铃电路 .114 系统
4、软件设计.124.1 软件设计流程图 .124.2 读取 ISD4004 时间程序设计 .134.3 显示程序设计 .144.4 按键设定程序设计 .175 系统调试.185.1 元件清单 .185.2 调试过程 .186 总结与展望.20心得体会.20参考文献.21附录.22钦州学院课程设计报告书11 前言1.1 选题目的及意义随着现代科技的发展，管理水平的完善，具有自动提示功能的打铃器能够为企业节省人力资源，减少开支，对做到一体化管理具有很大的帮助。而且自动打铃系统不断影响着我们的学习和生活，它已被广泛应用于各个学校中，它能够实现学校的办公自动化，便于学校的管理。用单片机控制的自动打铃器，
5、充分发挥了体积小，价格便宜，功耗低可靠性好等特点，而且具有可改性，用于学校作息，方便了广大师生。目前自动打铃系统的研究和使用已经非常普及，之所以选这个课题就是看在他的成熟性和普遍性。打铃器可以为上下课的学生和老师们提供时间提醒，同时，也可作为一个提醒学生们作息时间的时间表，让大家有一个时间意识，形成规律的生物钟，对自身的健康也有很大的好处的。对于那些上课精力过于集中、知识面拓展比较广的老师的拖堂现象也给了一个下课时间提醒，以免耽误学生们下一节课的上课时间。打铃器作为一个提醒人们时间的设备，自然离不开提供时间的系统，最原始的打铃器是人工根据时间通过敲钟来提醒，随着技术的发展，开始有了机械时打铃器
6、。随着二十世纪电子技术的发展和二十一世纪半导体技术和集成电路的发展，电子技术开始渗入到各行各业，以电子表为主要基础提供时间基准的打铃器自然也是更新换代的更快，现在各种功能更多、使用更先进的打铃器层出不穷，有的还可以以音乐响铃代替传统的“呤呤”声，打铃器更多的向着智能型转变。设备的智能化离不开单片机的使用。单片机简单的说就是一款微型的计算机，包含中央处理器 CUP、随机存取存储器 RAM、只读存储器 ROM、I/O 口、串行口等部分，可以作为一个系统的主控制器，将其他部分电路整合到一起组成一个系统，为控制提供智能化。基于以上原因，本课题设计了一款基于单片机的自动打铃系统，使用简单方便、功能齐全。
7、本次的设计重点在于实现自动打铃系统的基本功能之外，争取设计出亮点，出新意，对我本身是个不小的挑战，因此对这个课题的研究不管是对于我本身还是对此项目在科技方面的发展都是有很重要的意义1.2 论文内容本设计是以 AT89C52 单片机为核心的一款自动打铃系统，以时钟芯片来实现计时功能，然后单片机负责将时间送入显示电路显示，整个系统不是很复杂，其设计主要包括单片机控制模块、时钟电路和显示电路三个模块的设计，在设计前本人在学校图钦州学院课程设计报告书2书馆看了很多关于单片机方面的书，也在网上查了不少资料，也查阅过跟此设计相似的论文或者期刊，得到了不少启发和经验，对本人的设计工作有很大的帮助，能很好的把
8、握设计的整体方向和细节。2 方案设计2.1 方案比较与选择2.1.1 系统方案选择方案一：采用数字电路来搭建，利用 555 时基电路构成振荡器产生 100Hz 频率的振荡电路，再通过分频器得到 1Hz 频率，即产生 1 秒计时时间，显示部分通过锁存器和驱动芯片将计时时间送入数码管显示。设计框图如图 2-1 所示。这种方案电路结构比较复杂，芯片使用比较多，灵活性不高，而且准确度不够精确，不利于系统的扩展。而且这种电路中需要使用独立式的数码管，每一个数码管都需要连接一个数据锁存器和数码管驱动芯片，连接线比较多，制作的过程中很容易出错。图 2-1 方案一设计框图方案二：采用 AT89S51 单片机作
9、为系统控制单元，通过时钟芯片来实现计时功能，单片机负责将时间送入显示电路显示。设计框图如图 2-2 所示。这种方案电路设计简单，时间精确，使用方便。而且单片机的强大功能使得系统方便扩展，有利于提高智能性。图 2-2 方案二设计框图综上所述，本设计选用第二种设计方案。NE555时基电路分频器100Hz 信号数据锁存器1Hz 信号数码管驱动数码管显示时钟芯片秒计时单片机 液晶显示器显示计时时间钦州学院课程设计报告书32.1.2 时钟芯片选择方案一：因为本文设计的数字钟只需要显示分钟和秒，因此可以直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但
10、是，实现的时间误差较大，硬件就比较复杂，稳定性低，而且不易控制。所以不采用此方案。方案二：采用 ISD4004 时钟芯片实现时钟。ISD4004 ，它是 I2C 总线接口实时时钟芯片，可以独立于 CPU 工作，不受 CPU 主晶振及其电容的影响，且计时准确，月累积误差一般小于 10 秒。芯片还具有主电源掉电情况下的时钟保护电路，ISD4004 的时钟靠后备电池维持工作，拒绝 CPU对其读出和写入访问。同时还具有备用电源自动切换控制电路，因而可在主电源掉电和其它一些恶劣环境场合中保证系统时钟的定时准确性。同时，ISD4004 芯片内部还集成有一定容量、具有掉电保护特性的静态 RAM，可用于保存一
11、些关键数据。所以采用 ISD4004 作为时钟芯片。2.1.3 显示器件选择为了能以十进制数码直观地显示数字系统的运行数据，目前广泛使用了七段字符显示器，或称做七段数码管。这种字符显示器由七段可发光的线段拼合而成。常见的七段字符显示器有半导体数码管和液晶显示器两种。半导体数码管的每个线段都是一个发光二极管（Light Emitting Diode ，简称 LED） ，因而也把它叫作 LED 数码管或 LED 七段显示器。半导体数码管不仅具有工作电压低、体积小、寿命长、可靠性高等优点，而且响应时间短（一般不超过 0.1us） ，亮度也比较高，但是只能显示数字，显示内容比较受到限制，又过多的占用单
12、片机的 I/O 口。液晶显示器简称 LCD，液晶是一种既具有液体的流动性又具有光学特性的有机化合物，它的透明度和呈现的颜色受外加电场的影响，利用这一特点便可以做成字符显示器。液晶显示器最大的优点是功耗极小，每平方厘米的功耗在 1uW 以下。它的工作电压也很低，在 1V 以下仍能工作。而且显示内容比数码管要丰富。因此，液晶显示器在电子表以及各种小型、便携式仪器、仪表中得到了广泛的应用。综上所述，本设计中选用液晶显示器作为显示单元器件。2.2 设计方案本设计系统框图如图 2-3 所示。系统以 AT89C52 单片机为控制器，通过 ISD4004来为系统提供标准时间，单片机读取 ISD4004 时间
13、后送液晶显示器显示，通过按键来设置打铃时间。当打铃时间到时，系统实现蜂鸣器和 LED 灯声光提示。系统设计框图如下：钦州学院课程设计报告书4时钟电路按键设定打铃时间单片机控制显示电路打铃电路钦州学院课程设计报告书53 系统硬件设计3.1 硬件电路图根据系统设计框图，本设计硬件电路主要由时钟电路、按键设定电路、单片机电路、显示电路和打铃电路组成，电路原理图见附录一所示。系统工作原理：系统时间由时钟芯片 ISD4004 来提供，单片机通过 P3 口读取了ISD4004 的时间数据后，经过处理得到时间显示模式的时钟数据，并通过 P2 口送液晶显示器显示出来。再通过扫描 P1 口是否有按键按下，有按键
14、按下时，通过液晶显示器显示来设置定时时间、打铃时间间隔，通过设定、移位、加数来实现。当到达打铃时间时，单片机引脚启动蜂鸣器和 LED 灯电路工作以声光形式实现打铃功能。3.2 时钟电路3.2.1 时钟电路设计时钟电路如图 3-2 所示。时钟芯片的 SCL 引脚和 SDA 引脚分别由单片机的 P3.1和 P3.2 引脚控制，单片机只需按照 ISD4004 的工作时序来控制 DS1307 即可实现时间的写入和读取，其中 ISD4004 的时钟端与数据端需外接上拉电阻，本设计选用 5 针排阻来充当上拉电阻。图 3-1 时钟 电路3.3 按 键电 路键盘是单片机应用中常用的一种输入器件，键盘的按键有触
15、点式和非触点式之分，钦州学院课程设计报告书6按接口原理有编码键盘和非编码键盘之分。编码键盘主要用硬件来实现对按键的识别，非编码键盘是由软件来实现键盘的定义与识别。常用的按键一般为触点式按键，根据按键所连接的单片机引脚的电平高低来判断其是否按下。按功能分，键盘有独立按键和矩阵按键之分，独立按键每一路按键就占用单片机的一个控制引脚，单片机直接获取其信息；矩阵按键将按键排成由行和列组成的行列式，通过确认按键的行号和列号来确定每一路按键，利用少的单片机引脚控制更多的按键。本设计中按键电路如图 3-2 所示，由单片机的 P1 口控制按键电路。本设计中按键用于设定定时时间、打铃时间间隔，所以只需 4 路按
16、键即可实现所需功能，采用独立式按键即可。由于按键是机械式触点，所以在断开或闭合时，一般都有抖动产生，虽然这个抖动时间在我们看来非常短，但是单片机执行指令的速度为微秒级别，很容易会读取这个时间而将其判断为真正的工作状态，从而引起误判。因此，在设计中必须考虑到按键抖动的影响。常用的去抖动的方法有两种：硬件方法和软件方法。硬件方法一般是加电容或者 RS 触发器；软件方法是在单片机在检测引脚所连接的按键的工作状态时加一个延时程序再次确认，通过 2 次的确认就可以确保按键的工作状态不受机械抖动的影响了。图 3-2 按键电路3.4 单片机电路3.4.1 单片机简介单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集
17、成电路技术把具有数据处理能力钦州学院课程设计报告书7的 CPU、RAM 、ROM、多种 I/O 口、中断系统和定时器 /计时器功能集成到一块芯片上的完善的计算机系统，它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，为使更多的业内人士、学生和爱好者学习掌握这门技术，产生了单片机开发板。早期的单片机是 8 位或 4 位的，其中最成功的是 INTEL 的 8031 单片机，因简单可靠而获得了很大的好评。此后，在 8031 的基础上发展出了 MCS51 系列单片机，基于这一系统的单片机一直到现在还广泛应用着。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16 位的单片机，因性价比不好并未得到
18、广泛的应用。90 年代后期随着消费电子产品的大发展，单片机技术得到了很大的提高，32 位机迅速代替了 16 位机进入主流市场，传统的 8 位机的处理速度也提高了数百倍，而且价格也降低了很多，得到了广泛的应用。现在人们生活中几乎每个电子产品或机械产品都或多或少带有单片机控制系统，智能仪器仪表、医疗器械、家用电器、儿童玩具等等，汽车电子中单片机的应用也是非常广泛，一般汽车上配备有接近 40 多个单片机系统。AT89C52 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8 位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用ATMEL 高密度非易失性存储器制造技术，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。主要特性：与 MCS-51 产品指令系统完全兼容；4K 字节在系统编程（ISP）Flash 闪速存储器；1000 次擦鞋周期；4.0-5.5V 的电压工作范围；全静态工作模式：0Hz-33MHz；三级程序加密锁；128*8 字节内部 RAM；32 个可编程 I/O 口线（P1、P2、P3 、P4） ；2 个 16 位定时/计数器，可通过编程实现 4 种工作方式；1 个具有 6 个中断源、4 个优先级的中断潜嵌套结构；全双工 UART 通道；低功耗空闲和掉电模式；中断可从空闲模式唤醒系统；看门狗（WDT）及双数据指针；
