基于單片機(jī)的校園作息時(shí)間控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的校園作息時(shí)間控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課 程 設(shè) 計(jì) 課程設(shè)計(jì)名稱: 基于單片機(jī)的校園作息時(shí)間控制系統(tǒng) 專 業(yè) 班 級(jí) : 自動(dòng)化0705計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名胡超專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化0705學(xué)號(hào)20074280515題 目基于單片機(jī)的校園作息時(shí)間控制系統(tǒng)課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題來源自擬指導(dǎo)教師王 黎主要內(nèi)容(參數(shù)) 該控制系統(tǒng)是采用AT89S52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的,控制系統(tǒng)偶6位數(shù)碼顯示器,具有實(shí)時(shí)顯示時(shí)鐘功能,通過外擴(kuò)鎖存器還可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、多電器設(shè)備的控制。該校園作息時(shí)間控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)上下課打鈴、教學(xué)樓照明、學(xué)生宿舍燈、校園路燈四個(gè)開關(guān)量的精確控制,月時(shí)間累計(jì)誤差小于等

2、于1分鐘,該系統(tǒng)設(shè)有鍵盤電路,方便定期進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)。任務(wù)要求(進(jìn)度) 第1天:熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求,針對(duì)課題查閱技術(shù)資料。 第2天:確定設(shè)計(jì)方案。要求對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析、比擬、論證,畫出方框圖,并簡(jiǎn)述工作原理。 第3 - 4天:按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫出單元電路圖,元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù),各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。 第5天:撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式標(biāo)準(zhǔn)、方案合理、設(shè)計(jì)正確,篇幅不少于6000字。主要參考審查意見系(教研室)主任簽字: 年 月日摘要 校園是一個(gè)生活非常有規(guī)律的地方,良好的作息時(shí)間制度是學(xué)生能夠安心學(xué)習(xí)的有力保證。社會(huì)在進(jìn)步,教育

3、事業(yè)在穩(wěn)步開展,許多學(xué)校規(guī)模不斷擴(kuò)大,此時(shí),良好的作息時(shí)間制度顯得更加重要。可靠、平安、方便的校園作息時(shí)間控制系統(tǒng)是學(xué)校需求的。用單片機(jī)設(shè)計(jì)這樣一個(gè)控制系統(tǒng)能夠很好的滿足要求。 該控制系統(tǒng)是采用AT89S52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的,控制系統(tǒng)偶6位數(shù)碼顯示器,具有實(shí)時(shí)顯示時(shí)鐘(顯示當(dāng)前時(shí)間的小時(shí)、分鐘及秒)功能,通過外擴(kuò)鎖存器還可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、多電器設(shè)備的控制。該控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于學(xué)校、工廠和機(jī)關(guān)單位的自動(dòng)打鈴,電視、室內(nèi)照明及其他對(duì)象控制,也可用于家庭或?qū)W生寢室進(jìn)行時(shí)間指示基多點(diǎn)時(shí)間提醒。 該校園作息時(shí)間控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)上下課打鈴、教學(xué)樓照明、學(xué)生宿舍燈、校園路燈四個(gè)開關(guān)量的精確控制,月時(shí)間累計(jì)誤差小

4、于等于1分鐘,該系統(tǒng)設(shè)有鍵盤電路,方便定期進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)。表達(dá)了系統(tǒng)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠、價(jià)廉、控制時(shí)間精確及系統(tǒng)體積小等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:AT89S52、時(shí)鐘芯片1 引言1總體方案設(shè)計(jì)12.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)12.2 控制系統(tǒng)時(shí)刻分析表22.3 處理器的選擇32.4 時(shí)鐘芯片的選擇42.4.1 時(shí)鐘芯片功能介紹43 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)73.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)框圖73.2 單片機(jī)控制局部83.3 鍵盤局部93.4 顯示局部103.5響鈴及擴(kuò)音局部104.作息時(shí)間控制鐘程序設(shè)計(jì)124.1主程序流程圖124.2 時(shí)間控制比擬子程序流144.3鍵盤掃描子程序流程圖15總結(jié)15參考文獻(xiàn)16附錄171 引言 伴

5、隨著社會(huì)的快速開展,我國(guó)的教育事業(yè)也蓬勃的開展著,近些年許多學(xué)校都在積極的擴(kuò)招,許多高校的辦學(xué)規(guī)模不斷擴(kuò)大。校園生活的有規(guī)律性要求學(xué)校能夠?qū)π@作息時(shí)間能夠精確的控制。通過對(duì)上下課打鈴、教學(xué)樓照明、學(xué)生宿舍燈、校園路燈等的控制,不僅能對(duì)學(xué)校進(jìn)行更好的管理,還能有效的節(jié)約電能,杜絕浪費(fèi)現(xiàn)象。所以,設(shè)計(jì)一個(gè)控制精度較高的校園作息時(shí)間控制系統(tǒng)是很有用的。 該控制系統(tǒng)是采用AT89S52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的,控制系統(tǒng)偶6位數(shù)碼顯示器,具有實(shí)時(shí)顯示時(shí)鐘(顯示當(dāng)前時(shí)間的小時(shí)、分鐘及秒)功能,通過外擴(kuò)鎖存器還可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、多電器設(shè)備的控制。該控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于學(xué)校、工廠和機(jī)關(guān)單位的自動(dòng)打鈴,電視、室內(nèi)照明及其他

6、對(duì)象控制,也可用于家庭或?qū)W生寢室進(jìn)行時(shí)間指示基多點(diǎn)時(shí)間提醒。 該校園作息時(shí)間控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)上下課打鈴、教學(xué)樓照明、學(xué)生宿舍燈、校園路燈四個(gè)開關(guān)量的精確控制,月時(shí)間累計(jì)誤差小于等于1分鐘,該系統(tǒng)設(shè)有鍵盤電路,方便定期進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)。表達(dá)了系統(tǒng)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠、價(jià)廉、控制時(shí)間精確及系統(tǒng)體積小等優(yōu)點(diǎn)。 設(shè)計(jì)要求: 一、時(shí)鐘功能:能顯示年、月、日、星期、時(shí)、分、秒 二、調(diào)整功能:能校正年份、日期、時(shí)間等 三、打鈴功能:按指定時(shí)間表打鈴、現(xiàn)場(chǎng)修改作息時(shí)間表 四、設(shè)置的作息時(shí)間表數(shù)據(jù)在單片機(jī)掉電后不會(huì)喪失 2 總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求畫出系統(tǒng)框圖,如圖1.1所示。 圖1.1 系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng)是由微處理

7、器、時(shí)鐘控制芯片、蜂鳴器、擴(kuò)音設(shè)備、數(shù)碼顯示局部以及鍵盤輸入局部所組成。該控制系統(tǒng)設(shè)有六位數(shù)碼管,可以實(shí)時(shí)顯示時(shí)間;系統(tǒng)還設(shè)有輸入鍵盤,用以校正實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 系統(tǒng)采用AT89S52作為處理器,用DS12887實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片作時(shí)鐘計(jì)時(shí)單元,可以保證時(shí)鐘及內(nèi)部RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)不受停電的影響,保護(hù)數(shù)據(jù)不喪失。 顯示電路采用了CD4511芯片來完成驅(qū)動(dòng)和譯碼的功能,另外該芯片具有的數(shù)據(jù)鎖存功能克服了采用軟件掃描顯示電路所固有的閃爍的問題。 輸出驅(qū)動(dòng)電路局部,采用了CD4042反相鎖存器來驅(qū)動(dòng)二極管、蜂鳴器及擴(kuò)音設(shè)備接通工作。2.2 控制系統(tǒng)時(shí)刻分析表 根據(jù)實(shí)際情況對(duì)上下課打鈴開關(guān)量在一天內(nèi)的控制時(shí)間列表如下

8、表1.1。表1.1 作息時(shí)間控制表時(shí)間事件動(dòng)作6:00宿舍通電,教室燈開D1亮、D2亮 8:00第一節(jié)上課鈴響LS1響,延時(shí)15S8:45第一節(jié)下課鈴響LS1響,延時(shí)15S8:55第二節(jié)上課鈴響LS1響,延時(shí)15S9:40第二節(jié)下課鈴響LS1響,延時(shí)15S10:00第三節(jié)上課鈴響LS1響,延時(shí)15S10:45第三節(jié)下課鈴響LS1響,延時(shí)15S10:55第四節(jié)上課鈴響LS1響,延時(shí)15S11:40第四節(jié)下課鈴響LS1響,延時(shí)15S14:30第五節(jié)上課鈴響LS1響,延時(shí)15S15:15第五節(jié)下課鈴響LS1響,延時(shí)15S15:25第六節(jié)上課鈴響LS1響,延時(shí)15S16:10第六節(jié)下課鈴響LS1響,延

9、時(shí)15S16:30第七節(jié)上課鈴響LS1響,延時(shí)15S17:15第七節(jié)下課鈴響LS1響,延時(shí)15S17:25第八節(jié)上課鈴響LS1響,延時(shí)15S18:10第八節(jié)下課鈴響LS1響,延時(shí)15S19:30第九節(jié)上課鈴響路燈開LS1響,延時(shí)15SD3亮20:15第九節(jié)下課鈴響LS1響,延時(shí)15S20:25第十節(jié)上課鈴響LS1響,延時(shí)15S21:10第十節(jié)下課鈴響LS1響,延時(shí)15S23:00宿舍燈熄滅,路燈熄滅,教室等滅D1滅、D2滅、D3滅2.3 處理器的選擇方案一: 89C51芯片內(nèi)部有ROM,且片內(nèi)ROM全部采用Flash ROM,它能于3V的超低壓工作,與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,但是其不具

10、備ISP在線編程技術(shù), 需把程序編寫好以后再放到編程器中燒寫,才可以進(jìn)行硬件電路的調(diào)試,倘假設(shè)程序編寫出現(xiàn)問題,調(diào)試電路就比擬麻煩,而且其芯片內(nèi)存也只有4KB。方案二: At89s52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造,與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程,亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上,擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash,使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案,應(yīng)選這個(gè)處理器2.4 時(shí)鐘芯片的選

11、擇方案一: DS1302 是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路,它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí),具有閏年補(bǔ)償功能,工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與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)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM存放器。但是 DS1302 存在時(shí)鐘精度不高,易受環(huán)境影響,出現(xiàn)時(shí)鐘混亂等缺點(diǎn)。方案二 :DS12887是DALLAS公司生產(chǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片RTC,它功能豐富,應(yīng)用廣泛,PC機(jī)內(nèi)的時(shí)鐘信號(hào)就是由DS12887提供的。DS12887內(nèi)部自帶晶體振蕩器及鋰

12、電池,可以計(jì)算到2100前的秒、分、小時(shí)、星期、日、月、年七種日歷信息并帶閏年補(bǔ)償,斷電后能運(yùn)行十年之久且不喪失數(shù)據(jù)。選用夏令時(shí),具有24小時(shí)和12小時(shí)兩種制式。且時(shí)鐘精度,環(huán)境影響小。所有選此時(shí)鐘芯片。2.4.1 時(shí)鐘芯片功能介紹 在此次作息時(shí)間控制鐘的設(shè)計(jì)中采用的時(shí)鐘芯片是DS12887,DS12887是一個(gè)DALLAS公司生產(chǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片(如圖3.1),它把時(shí)鐘芯片所需的晶振電路和外部鋰電池等相關(guān)電路都集成與芯片內(nèi)部,具有低功耗、工作穩(wěn)定、功能集成度高、計(jì)時(shí)精確、與各種微處理器接口簡(jiǎn)便、在沒有外接電源情況下可正常工作10年等一系列優(yōu)點(diǎn)。它主要由振蕩電路、分頻電路、周期中斷、方波選擇電路

13、14字節(jié)時(shí)鐘和控制單元、114字節(jié)非易失RAM、十進(jìn)制、二進(jìn)制加法器、總線接口電路、電源和寫保護(hù)單元、內(nèi)部鋰電池等局部組成。 圖3.1 DS12887的引線端子排列圖 各引線端子功能分配如下: Ucc、GND?直流電源(+5V)電壓,當(dāng)Ucc低與4.25V時(shí)讀寫禁止,當(dāng)Ucc低與3V時(shí),電源切換至內(nèi)部鋰電池。 MOT?(模式選擇):MOT接Ucc為MOTROLA方式,MOT接GND為INTEL方式。 SQW?方波輸出。 AD0AD7?雙向數(shù)據(jù)/地址復(fù)用線。 AS?(地址選通輸入)用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)別離,在AS信號(hào)的下降沿把地址鎖入DS12887。 DS?數(shù)據(jù)選通或讀輸入。 R/W?讀寫輸入。 CS?

14、片選輸入。 IRQ?中斷申請(qǐng)輸入。 RESET?復(fù)位輸入。 DS12887利用AS(地址選通信號(hào)),可以對(duì)總線分時(shí)復(fù)用的微處理器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便的接口。 從00H?09H 10個(gè)單元為時(shí)鐘、日歷及鬧鐘單元,其內(nèi)容可由程序?qū)懭牖蜃x出。其初始值在芯片初始化時(shí)由程序?qū)懭?其值可用BIN值(二進(jìn)制數(shù),編程時(shí)寫作16進(jìn)制數(shù))或BCD值,這由存放器B的DM位(b2)決定。時(shí)鐘初始化時(shí),存放器B的SET位(b7)必須置1,采用每天12H或24h制有存放器B的24/12位(b1)決定。在12h制時(shí),時(shí)字節(jié)的最高位為1表示下午(PM)。在各單元的內(nèi)容寫完之后,將存放器B的SET位清0,時(shí)鐘即開始運(yùn)行。這三個(gè)鬧鐘單元有兩

15、種用法。根據(jù)寫入到三個(gè)鬧鐘單元 的時(shí)分秒值,每天產(chǎn)生鬧中斷一次;在各鬧鐘單元寫入“自由碼0C00FFH,即最高兩位為“1時(shí)為“自由狀態(tài)。如時(shí)鐘單元寫入0C00FFH,那么每小時(shí)鬧一次,在時(shí)鬧和分鬧兩單元寫入0C00FFH,那么每分鬧一次,在三個(gè)鬧鐘單元均寫入0C00FFH,那么每秒鬧一次。 DS12887內(nèi)部的4個(gè)可由程序訪問的存放器。 存放器A b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 UIP DV2 DV1 DV0 RS3 RS2 RS1 RS0 UIPb7?時(shí)間的更新正在進(jìn)行位。UIP1,表示正在進(jìn)行。UIP0不更新,此時(shí)讀寫時(shí)鐘日歷字節(jié)有效。 DV2、DV1、DV0?這三位用于震

16、蕩器開關(guān)和復(fù)位計(jì)數(shù)器鏈,當(dāng)他們?yōu)?10組合時(shí)將翻開震蕩器并允許RTC保持時(shí)間;為11X(X為0或1)組合時(shí)將使能震蕩器并保持計(jì)數(shù)器鏈為復(fù)位狀態(tài)。在把010寫到 DV0、DV1、DV2之后500ms將發(fā)生新的數(shù)據(jù)更新。 RS3、RS2、RS1、RS0?速率選擇位,用于選擇周期中斷的速率和SQW輸出的方波速率,如RS3RS0全為0,那么禁止分頻器輸出,如表3.1所示。 表3.1 DS12887方波輸出頻率的選擇RS3RS2RS1RS0周期中斷速率SQW方波輸出頻率周期中斷速率SQW方波輸出頻率0000000130.517us32.768kHz3.90625ms256Hz001061.035us16

17、.384kHz7.8125ms128Hz01111.953125us512Hz1.953125us512Hz10003.90625us256Hz3.90625us256Hz10017.8125ms128Hz7.8125ms128Hz101015.625ms64Hz15.625ms64Hz101131.25ms32Hz31.25ms32Hz11006.25ms16Hz6.25ms16Hz1101125ms8Hz125ms8Hz1110250ms4Hz250ms4Hz1111500ms2Hz500ms2Hz存放器Bb7b6b5b4b3b2b1b0SETPIEAIEUIESQWEDM24/12DSE

18、 SET?設(shè)置位。時(shí)鐘不更新,SET1用于時(shí)鐘初始化。SET0時(shí)鐘每秒更新一次。 PIE?周期中斷允許位,RESET使PIE0。 AIE?鬧鐘中斷允許位,RESET使AIE0。 UIE?更新結(jié)束中斷允許位,RESET使UIE0。 SQWE?方波輸出允許位,RESET使SQWE0。 DM?數(shù)據(jù)模式位。DM1,時(shí)間用BIN值;DM0,時(shí)間用BCD值。 24/12?該位1時(shí),時(shí)間為24h模式。該位0時(shí),時(shí)間為12h模式。 DSE?夏時(shí)制允許位。DSE1,自動(dòng)執(zhí)行夏時(shí)制制作。存放器Cb7b6b5b4b3b2b1b0IRQFPFAFUF0000 IRQF?中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)下例事件之一或多件同時(shí)出現(xiàn)時(shí)IR

19、QF1PFPIF1。AFAIE1。UFUIE1。 即:IRQFPF*PIE+AF*AIE+UF*UIE當(dāng)IRQF1時(shí),IRQ端子變?yōu)榈碗娖?發(fā)出中斷請(qǐng)求。PF?周期中斷標(biāo)志。當(dāng)由RS3RS0決定的周期中斷時(shí)間到時(shí),PF置1。 AF?鬧鐘中斷標(biāo)志。當(dāng)設(shè)置的鬧鐘時(shí)間到時(shí),AF置1。 UF?更新結(jié)束中斷標(biāo)志。每個(gè)時(shí)間更新周期結(jié)束時(shí),UF1。 B3、b2、b1、b0?無(wú)用位,讀時(shí)為0。存放器Db7b6b5b4b3b2b1b0VRT00000003 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)框圖按系統(tǒng)框圖分五個(gè)局部設(shè)計(jì)如下列圖2.1。 圖2.1 硬件系統(tǒng)框圖3.2 單片機(jī)控制局部 單片機(jī)采用片內(nèi)帶有4

20、KB E2PROM的AT89C52,這樣就不需要再擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器,可以簡(jiǎn)化線路;用一片74LS138譯碼器提供5個(gè)外部地址(CS0、CS1、CS2、CS3、CS4),分別對(duì)于6個(gè)七段碼顯示器、1個(gè)時(shí)鐘芯片和1個(gè)鎖存器地址;采用一片時(shí)鐘芯片DS12887為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確時(shí)間。該芯片內(nèi)部自帶鋰電池,計(jì)時(shí)精確,不受系統(tǒng)電源影響;AT89S52的T0與T1相連,利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器完成15秒打鈴控制。如圖2.2所示。圖2.2系統(tǒng)局部原理圖 3.3 鍵盤局部 鍵盤是由假設(shè)干按鍵組成的開關(guān)矩陣,它是微型計(jì)算機(jī)最常用的輸入設(shè)備,用戶可以通過鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中采用?獨(dú)立式按鍵

21、結(jié)構(gòu),如圖2.3所示,各按鍵相互獨(dú)立地接通一條輸入數(shù)據(jù)線,當(dāng)任何一個(gè)鍵按下時(shí),與之相連的輸入數(shù)據(jù)線即被置0,而平時(shí)該線置1。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活,軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。當(dāng)功能鍵不很多時(shí),采用該種方式比擬適宜。3.4 顯示局部 選用6個(gè)七段數(shù)碼管分別顯示時(shí)、分、秒,數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)選用具有譯碼、鎖存、驅(qū)動(dòng)功能的CD4511芯片,顯示數(shù)據(jù)來自DS12887的時(shí)單元、分單元、秒單元,經(jīng)P0口(BCD碼)送到CD4511芯片,譯碼后再送到顯示器顯示。如圖2.4所示。圖2.4 顯示局部原理圖 輸出控制信號(hào)由P2口送到鎖存器鎖存,經(jīng)74LS04芯片驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的輸出局部動(dòng)作。P2口各位所控制的對(duì)象見表2.1,輸出局部原理圖如圖2.5所示。表2.1 位控表P2口的位控制,“0控制發(fā)光二極管或三極管截止、“1控制發(fā)光二極管或三極管導(dǎo)通接通或斷開擴(kuò)音設(shè)備電鈴X片選信號(hào)輸出端 軟件設(shè)計(jì)以時(shí)鐘顯示、鍵盤掃描、為主程序。在設(shè)計(jì)中利用單片機(jī)時(shí)鐘計(jì)時(shí)集成電路完成計(jì)時(shí)的任務(wù),并500ms向單片機(jī)