基于单片机的校园作息时间控制系统课程设计Word文档格式.docx
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[1]孙育才等编著,《ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用》.清华大学出版社,2005.1.1
[2]孙育才,孙华芳,王荣兴.《单片机原理及其应用》.电子工业出版社,2006.3.1
[3]雷思孝,冯育长《单片机系统设计及工程应用》.西安电子科技大学出版社,2005.5.1
[4]胡健,刘玉宾,朱焕立《单片机原理及接口技术实践教程》.机械工业出版社,2004.8
[5]李朝青,刘艳玲,沈怡麟《单片机与PC机网络通信技术》北京航空航天大学出版社,2007.2.1
审查意见
系(教研室)主任签字:
年月日
摘要
校园是一个生活非常有规律的地方,良好的作息时间制度是学生能够安心学习的有力保证。
社会在进步,教育事业在稳步发展,许多学校规模不断扩大,此时,良好的作息时间制度显得更加重要。
可靠、安全、方便的校园作息时间控制系统是学校需求的。
用单片机设计这样一个控制系统能够很好的满足要求。
该控制系统是采用AT89S52单片机来实现的,控制系统偶6位数码显示器,具有实时显示时钟(显示当前时间的小时、分钟及秒)功能,通过外扩锁存器还可以实现多点、多电器设备的控制。
该控制系统可广泛应用于学校、工厂和机关单位的自动打铃,电视、室内照明及其他对象控制,也可用于家庭或学生寝室进行时间指示基多点时间提醒。
体现了系统简单、工作稳定可靠、价廉、控制时间精确及系统体积小等优点。
关键词:
AT89S52、时钟芯片
1引言1
总体方案设计1
2.1系统整体设计1
2.2控制系统时刻分析表2
2.3处理器的选择3
2.4时钟芯片的选择4
2.4.1时钟芯片功能介绍4
3控制系统硬件电路设计7
3.1系统硬件总体设计框图7
3.2单片机控制部分8
3.3键盘部分9
3.4显示部分10
3.5响铃及扩音部分10
4.作息时间控制钟程序设计12
4.1主程序流程图12
4.2时间控制比较子程序流14
4.3键盘扫描子程序流程图15
总结15
参考文献16
附录17
1引言
伴随着社会的快速发展,我国的教育事业也蓬勃的发展着,近些年许多学校都在积极的扩招,许多高校的办学规模不断扩大。
校园生活的有规律性要求学校能够对校园作息时间能够精确的控制。
通过对上下课打铃、教学楼照明、学生宿舍灯、校园路灯等的控制,不仅能对学校进行更好的管理,还能有效的节约电能,杜绝浪费现象。
所以,设计一个控制精度较高的校园作息时间控制系统是很有用的。
该控制系统是采用AT89S52单片机来实现的,控制系统偶6位数码显示器,具有实时显示时钟(显示当前时间的小时、分钟及秒)功能,通过外扩锁存器还可以实现多点、多电器设备的控制。
设计要求:
一、时钟功能:
能显示年、月、日、星期、时、分、秒
二、调整功能:
能校正年份、日期、时间等
三、打铃功能:
按指定时间表打铃、现场修改作息时间表
四、设置的作息时间表数据在单片机掉电后不会丢失
2总体方案设计
2.1系统整体设计
根据设计要求画出系统框图,如图1.1所示。
图1.1系统框图
该系统是由微处理器、时钟控制芯片、蜂鸣器、扩音设备、数码显示部分以及键盘输入部分所组成。
该控制系统设有六位数码管,可以实时显示时间;
系统还设有输入键盘,用以校正实时时钟。
系统采用AT89S52作为处理器,用DS12887实时时钟芯片作时钟计时单元,可以保证时钟及内部RAM内的数据不受停电的影响,保护数据不丢失。
显示电路采用了CD4511芯片来完成驱动和译码的功能,另外该芯片具有的数据锁存功能克服了采用软件扫描显示电路所固有的闪烁的问题。
输出驱动电路部分,采用了CD4042反相锁存器来驱动二极管、蜂鸣器及扩音设备接通工作。
2.2控制系统时刻分析表
根据实际情况对上下课打铃开关量在一天内的控制时间列表如下表1.1。
表1.1作息时间控制表
时间
事件
动作
6:
00
宿舍通电,教室灯开
D1亮、D2亮
8:
第一节上课铃响
LS1响,延时15S
45
第一节下课铃响
8:
55
第二节上课铃响
9:
40
第二节下课铃响
10:
第三节上课铃响
10:
第三节下课铃响
第四节上课铃响
11:
第四节下课铃响
14:
30
第五节上课铃响
15:
15
第五节下课铃响
25
第六节上课铃响
16:
10
第六节下课铃响
第七节上课铃响
17:
第七节下课铃响
第八节上课铃响
18:
第八节下课铃响
19:
第九节上课铃响
路灯开
D3亮
20:
第九节下课铃响
第十节上课铃响
21:
第十节下课铃响
23:
宿舍灯熄灭,路灯熄灭,教室等灭
D1灭、D2灭、D3灭
2.3处理器的选择
方案一:
89C51芯片内部有ROM,且片内ROM全部采用FlashROM,它能于3V的超低压工作,与MCS-51系列单片机完全兼容,但是其不具备ISP在线编程技术,需把程序编写好以后再放到编程器中烧写,才可以进行硬件电路的调试,倘若程序编写出现问题,调试电路就比较麻烦,而且其芯片内存也只有4KB。
方案二:
At89s52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案,故选这个处理器
2.4时钟芯片的选择
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5V~5.5V。
采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。
DS1302内部有一个31×
8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。
但是 DS1302存在时钟精度不高,易受环境影响,出现时钟混乱等缺点。
方案二:
DS12887是DALLAS公司生产的实时时钟芯片RTC,它功能丰富,应用广泛,PC机内的时钟信号就是由DS12887提供的。
DS12887内部自带晶体振荡器及锂电池,可以计算到2100前的秒、分、小时、星期、日、月、年七种日历信息并带闰年补偿,断电后能运行十年之久且不丢失数据。
选用夏令时,具有24小时和12小时两种制式。
且时钟精度,环境影响小。
所有选此时钟芯片。
2.4.1时钟芯片功能介绍
在此次作息时间控制钟的设计中采用的时钟芯片是DS12887,DS12887是一个DALLAS公司生产的实时时钟芯片(如图3.1),它把时钟芯片所需的晶振电路和外部锂电池等相关电路都集成与芯片内部,具有低功耗、工作稳定、功能集成度高、计时精确、与各种微处理器接口简便、在没有外接电源情况下可正常工作10年等一系列优点。
它主要由振荡电路、分频电路、周期中断、方波选择电路14字节时钟和控制单元、114字节非易失RAM、十进制、二进制加法器、总线接口电路、电源和写保护单元、内部锂电池等部分组成。
图3.1DS12887的引线端子排列图
各引线端子功能分配如下:
Ucc、GND——直流电源(+5V)电压,当Ucc低与4.25V时读写禁止,当Ucc低与3V时,电源切换至内部锂电池。
MOT——(模式选择):
MOT接Ucc为MOTROLA方式,MOT接GND为INTEL方式。
SQW——方波输出。
AD0~AD7——双向数据/地址复用线。
AS——(地址选通输入)用于实现信号分离,在AS信号的下降沿把地址锁入DS12887。
DS——数据选通或读输入。
R/W——读写输入。
CS——片选输入。
IRQ——中断申请输入。
RESET——复位输入。
DS12887利用AS(地址选通信号),可以对总线分时复用的微处理器实现简便的接口。
从00H—09H10个单元为时钟、日历及闹钟单元,其内容可由程序写入或读出。
其初始值在芯片初始化时由程序写入,其值可用BIN值(二进制数,编程时写作16进制数)或BCD值,这由寄存器B的DM位(b2)决定。
时钟初始化时,寄存器B的SET位(b7)必须置1,采用每天12H或24h制有寄存器B的24/12位(b1)决定。
在12h制时,时字节的最高位为1表示下午(PM)。
在各单元的内容写完之后,将寄存器B的SET位清0,时钟即开始运行。
这三个闹钟单元有两种用法。
①根据写入到三个闹钟单元的时分秒值,每天产生闹中断一次;
②在各闹钟单元写入“自由”码=0C0~0FFH,即最高两位为“1”时为“自由”状态。
如时钟单元写入0C0~0FFH,则每小时闹一次,在时闹和分闹两单元写入0C0~0FFH,则每分闹一次,在三个闹钟单元均写入0C0~0FFH,则每秒闹一次。
DS12887内部的4个可由程序访问的寄存器。
寄存器A
b7
b6
b5
b4
b3
b2
b1
b0
UIP
DV2
DV1
DV0
RS3
RS2
RS1
RS0
UIP(b7)——时间的更新正在进行位。
UIP=1,表示正在进行。
UIP=0不更新,此时读写时钟日历字节有效。
DV2、DV1、DV0——这三位用于震荡器开关和复位计数器链,当他们为010组合时将打开震荡器并允许RTC保持时间;
为11X(X为0或1)组合时将使能震荡器并保持计数器链为复位状态。
在把010写到DV0、DV1、DV2之后500ms将发生新的数据更新。
RS3、RS2、RS1、RS0——速率选择位,用于选择周期中断的速率和SQW输出的方波速率,如RS3~RS0全为0,则禁止分频器输出,如表3.1所示。
表3.1DS12887方波输出频率的选择
寄存器A选择位
时基4.194304MHz或1.048576MHz
时基32.768KHz
周期中断速率
SQW方波输出频率
1
30.517us
32.768kHz
3.90625ms
256Hz
61.035us
16.384kHz
7.8125ms
128Hz
122.07us
8.192kHz
244.141us
4.096kHz
488.281us
2.048kHz
976.562us
1.024kHz
1.0234kHz
1.953125us
512Hz
3.90625us
15.625ms
64Hz
31.25ms
32Hz
6.25ms
16Hz
125ms
8Hz
250ms
4Hz
500ms
2Hz
寄存器B
SET
PIE
AIE
UIE
SQWE
DM
24/12
DSE
SET——设置位。
时钟不更新,SET=1用于时钟初始化。
SET=0时钟每秒更新一次。
PIE——周期中断允许位,RESET使PIE=0。
AIE——闹钟中断允许位,RESET使AIE=0。
UIE——更新结束中断允许位,RESET使UIE=0。
SQWE——方波输出允许位,RESET使SQWE=0。
DM——数据模式位。
DM=1,时间用BIN值;
DM=0,时间用BCD值。
24/12——该位=1时,时间为24h模式。
该位=0时,时间为12h模式。
DSE——夏时制允许位。
DSE=1,自动执行夏时制制作。
寄存器C
IRQF
PF
AF
UF
IRQF——中断请求标志。
当下例事件之一或多件同时出现时IRQF=1
1PF=PIF=1。
2AF=AIE=1。
3UF=UIE=1。
4即:
IRQF=PF*PIE+AF*AIE+UF*UIE
当IRQF=1时,IRQ端子变为低电平,发出中断请求。
PF——周期中断标志。
当由RS3~RS0决定的周期中断时间到时,
PF置1。
AF——闹钟中断标志。
当设置的闹钟时间到时,AF置1。
UF——更新结束中断标志。
每个时间更新周期结束时,UF=1。
B3、b2、b1、b0——无用位,读时为0。
寄存器D
VRT
3控制系统硬件电路设计
3.1系统硬件总体设计框图
按系统框图分五个部分设计如下图2.1。
图2.1硬件系统框图
3.2单片机控制部分
单片机采用片内带有4KBE2PROM的AT89C52,这样就不需要再扩展片外程序存储器,可以简化线路;
用一片74LS138译码器提供5个外部地址(CS0、CS1、CS2、CS3、CS4),分别对于6个七段码显示器、1个时钟芯片和1个锁存器地址;
采用一片时钟芯片DS12887为系统提供准确时间。
该芯片内部自带锂电池,计时精确,不受系统电源影响;
AT89S52的T0与T1相连,利用单片机内部的定时/计数器完成15秒打铃控制。
如图2.2所示。
图2.2系统部分原理图
3.3键盘部分
键盘是由若干按键组成的开关矩阵,它是微型计算机最常用的输入设备,用户可以通过键盘向计算机输入指令、地址和数据。
本系统中采用
独立式按键结构,如图2.3所示,各按键相互独立地接通一条输入数据线,当任何一个键按下时,与之相连的输入数据线即被置0,而平时该线置1。
独立式按键电路配置灵活,软件结构简单。
当功能键不很多时,采用该种方式比较合适。
图2.3键盘接口原理图
3.4显示部分
选用6个七段数码管分别显示时、分、秒,数码管的驱动选用具有译码、锁存、驱动功能的CD4511芯片,显示数据来自DS12887的时单元、分单元、秒单元,经P0口(BCD码)送到CD4511芯片,译码后再送到显示器显示。
如图2.4所示。
图2.4显示部分原理图
3.5响铃及扩音部分
输出控制信号由P2口送到锁存器锁存,经74LS04芯片驱动相应的输出部分动作。
P2口各位所控制的对象见表2.1,输出部分原理图如图2.5所示。
表2.1位控表
P2口的位控制,“0”控制发光二极管或三极管截止、“1”控制发光二极管或三极管导通
P2.5
P2.4
P2.3
P2.2
P2.1
P2.0
接通或断开扩音设备
电铃
X
片选信号输出端
图2.5输出部分原理图
4.作息时间控制钟程序设计
软件设计以时钟显示、键盘扫描、为主程序。
在设计中利用单片机时钟计时集成电路完成计时的任务,并500ms向单片机发一个中断,中断子程序有时钟显示及时间比较,如比较相等,则说明作息时间已到,发出指令控制电铃开、关操作。
4.1主程序流程图
根据控制钟的设计要求,设计的程序流程图如图4.1所示。
4.2时间控制比较子程序流
4.3键盘扫描子程序流程图
总结
对于自动化专业的学生来说,课程设计是最重要的课程,通过课程设计,能够把理论知识和工程实践有机的结合起来。
通过这次课程设计,让我对实际的工程设计的复杂性有了深刻的认识,也对工程设计的基本框架有了初步的了解。
经过这次课程设计,我接触到了更多元器件以及相关的使用调试经验,发现了自己很多不足之处,体会到了所学理论知识的重要性。
理论知识结合实践操作加深了对理论知识的理解,而且知识掌握得越多,设计的会更好,更全面。
在设计过程中,通过针对性地查找资料,了解了些电子方面的资料,既增长了自己见识,补充最新的专业知识,又提高了自己的应用能力。
通过校园作息时间控制系统的设计,让我体会到单片机使用的广泛性以及其重要性,单片机技术的出现给现代控制领域带来了一项新的改变。
目前,单片机在控制系统诸多领域中得到了极为广泛的应用,特别是其中S51系列的单片机的出现,具有很好的稳定性,更快和更准确的运算精度,推动了工业生产,影响着人们的工作和学习。
所以我们要不断学习加强这方面的知识以及相关的知识,比如PCB电路板设计、汇编语言编程、C语言等。
参考文献
[1]李刚,林凌,姜苇.《51系列单片机系统设计与应用技巧》.北京:
北京航天航空大学出版社,2004,1
[2]李广弟,朱月秀,冷祖祁.《单片机基础》.第三版.北京:
北京航空航天大学出版社,2007.6
[3]孙育才等编著,《ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用》.清华大学出版社,2005.1.1
[4]孙育才,孙华芳,王荣兴.《单片机原理及其应用》.电子工业出版社,2006.3.1
[5]汪贵平等编著,《新编单片机原理及应用》.机械工业出版社
2009.9.1
[6]雷思孝,冯育长《单片机系统设计及工程应用》.西安电子科技大学出版社,2005.5.1
[7]胡健,刘玉宾,朱焕立《单片机原理及接口技术实践教程》.机械工业出版社,2004.8
[8]期刊网论文周兴华《实时时钟芯片DS12887特点与应用》
[9]电子天下网论文《单片机时钟芯片DS12887的应用》
[10]李朝青,刘艳玲,沈怡麟《单片机与PC机网络通信技术》北京航空航天大学出版社,2007.2.1
附录
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;
学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;
学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;
在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
日期:
年月日
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涉密论文按学校规定处理。
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导师签名:
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指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学
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- 基于 单片机 校园 作息 时间 控制系统 课程设计