基于单片机的校园打铃系统设计方案.pdf

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漏极开路。因此,SDA总线要求在该引脚与V之间接入上拉电阻〔通常频率为100KHz时该电阻阻值CC8/29:..10K,频率为400KHz和1MHz时,阻值为2K。对于正常的数据传输,只允许在SCL为低电平期间改变SDA电平。而SDA电平在SCL高电平期间若发生变化,表明起始和停止条件产生。〔2写保护〔WP引脚该引脚必须连接到V或者V。如果连接到V,写操作使能。如果连接到V,写操作被禁止,,这种方法能够节约I/O输出端口。它主要的特点有:〔1总线只有两根线,即串行时钟线和串行数据线,这在设计大简化了硬件接口;〔2每个连接到总线上的器件地址同时由芯片部硬件电路和外部地址引脚决定,避免了片选线的线连接方法,并建立简单的主从关系,主器件既可以作为发送器,又可作为接收器;〔3它是一个真正的多主总线,带有竞争监测和仲裁电路,多个主机可以任意发送而不破坏总线上的数据;〔4同步时钟可以作为停止或重新启动串行口发送的握手方式;〔5连接到同一总线的集成电路数量只受400pF最大总线电容的限制。学校设定的系统时间和打铃时间存储在24C02C中。24C02C的三个地址端口A0、A1、A2都接地,因而其存储地址为A000H-A6FFH,共1KB的存储空间。其中,WP是24C02C的写保护控制引脚,WP为低电平时,串行存储器可以正常地读/写;WP为高电平时,对串行存储器部的数据进行写保护。在系统掉电时不会丢失其中的容,保证了设置的打铃时间不会因系统掉电而需要重新设置。如图3-6所示。图3-,它是各种仪表中最常用的输入设备。操作人员可通过键盘输入数据或命令,实现简单的人机对话。在单片机应用系统中,有的是单个按键,有的是矩阵式的按键,即行列式按键。按键是一种常开型按钮开关,常态时按键的两个触点处于断开状态,按下键时它们才闭合。根据本设计本的要求,我们选用独立式键盘实现整个功能。9/29:..独立式键盘介绍图3-7独立式按键结构独立式键盘的按键相互独立,每个按键占用一根I/O口线,每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其他按键的工作状态。这种按键软件程序简单,但占用I/O口线较多〔一根口线只能接一个键,适用于键盘应用数量较少的系统中。独立式按键电路配置灵活,软件结构简单,但每个按键必须占用一根I/O口线,因此,在按键较多时,I/O口线浪费较大,不宜采用。独立式按键结构图如图3-7所示。:模式按键:它的主要功能就是选择时钟芯片里的年、月、日、时、分、秒,当按下模式这个键时,它从年到月依次往后的选中,这时按调节按钮就能从当前的时间往上调。调节按键:它的主要功能就是想改变当前的系统时间首先要按模式键,选中要修改的时间,再按调节键就能控制当前系统时间递增。存入按键:它的主要功能就是把系统不正确的时间修改后按下存入键,系统的时间就为按下那瞬间的时间。清空按键:它的主要功能就是当学校要重新输入打铃时间的时候,就先按下清空键,再输入新的时间。通过上述每个按键的功能介绍,实现对打铃系统的打铃时间设置。与单片机具体图,如图3-8所示。图3-、月、日、星期、时、分、秒,如果用发光二极管不能具体的显示出来,所以采用了七段数码显示管来作为显示元件。,可以用来显示数字、字符等它在家电及工业控制中有着很广泛的应用。数码管实际上是由7个发光管组成字形构成的,加上小数点就是8个。这些段分别由字母a、b、c、d、e、f、g、dp来表示。数码管的引脚结构如图3-9所示,引脚为公共端,用来控制数码管显示的打开或关闭,既起到使能作用。当数码管特定的段加上电压后,这些特定的段就会发亮,以形成我们眼睛看到的字样。10/29:..,数码管又分为共阴极和共阳极两种结构的二极管,分别如下:,接到正极,当相应字段为低电平时,可以点亮该字段;但相应字段为高电平时,该字段不亮。,接负极,当相应字段为高电平时,可以点亮该字段;当相应字段为低电平时,该字段不亮。图3-9LED数码管引脚数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元〔多一个小数点显示;按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。>的数码管。接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时,相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时,相应字段就不亮。,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出我们要的数字,因此根据数码管的驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式两类。图3-10数码管动态显示电路动态显示驱动:数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一,动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划、b、c、d、e、f、g、的同名端连在一起,增加位选通控制电路,位选通由各自独立的I/O线控制,当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,但究竟是那个数码管会显示出字形,端电路的控制,我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就显示出字形,没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个端,就使各个数码管轮流受控显示,这就是动态驱动。在轮流显示过程中,每位数码管的点亮时间为1~2ms,由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应,尽管实际上各位数码管并非同时点亮,但只要扫描的速度足够快,给人的印象就是一组稳定的显示数据,不会有闪烁感,动态显示的效果和静态显示是一样的,能够节省大量的I/O端口,而且功耗更低。数码管动态显示连接,如图3-10所示。11/29:..-,在系统掉电时不会丢失其中的容,保证了设置的打铃时间不会因系统掉电而需要重新设置。24C02C的三个地址端口A0、A1、A2都接地,因而其存储地址为A000H-A6FFH,共1KB的存储空间。其中,WP是24C02C的写保护控制引脚,WP为低电平时,串行存储器可以正常地读/写;WP为高电平时,对串行存储器部的数据进行写保护。实时时钟芯片DS1302采用3V的电池作为后备电源,使DS1302部的时钟不会因为系统掉电而停止。在系统正常供电时,DS1302通过部的涓流充电电阻给后备电池充电,能保证系统电池的长时间工作。掉电情况下:由BAT1干电池通过DS1302的引脚V1供电,系统时间不会因为没有CC电而停止工作,显示电路、键盘电路、存储电路、声音控制电路因为AT89C51没有电,所以停止工作。来电时,数码管上显示的系统时间不会是停电时刻的时间,系统继续工作。正常情况下:、、、、存入、清空系统当前时间和打铃时间和模式选择。当前系统时间在数码管上显示系统时间和打铃时间,学校设置的打铃时间存储在外部存储器24C02C中。、低电平。如果当前系统与打铃时间不一致,,三极管Q1截止,继电器断开,电铃电路不导通。如果当前系统时间与打铃时间一致,,三极管Q1导通,继电器闭合,电铃电路导通打铃。12/29:..5章软件设计本系统中软件部分应承担日期时间显示、按键扫描、系统状态设置、打铃时间判断等功能。,把闹铃值与计时值的时、分单元比较,看是否相等,如果不相等就不打铃,如果相等就启动闹铃,闹铃延时时间为12秒。程序流程图如图5-1所示。开始初始化Y,启动闹钟分单元相等?标志置位N闹钟计时12秒?Y停闹、清除闹钟标志和2秒计时标志返回13/29:..图5-,再对是显示年月日还是显示时分秒进行判断,并利用总线加以显示。程序流程图如图5-2所示。14/29:..TimeToDisplay开始赋初值开始Nif<yh||mode_N>3>YN显示年、月、日秒、星期开始开始返回开始图5-。测量数据在显示时需转换成10进制BCD码放在24C02C存储器中,再转换成十进制进过总线输出,经由单片机控制LED显示。程序流程图如图5-3所示。15/29:..NY图5-,初始化完成后,调用按键扫描程序,取得键值,并根据当前系统状态调用相应的子程序。这里有五个基本的子程序供调用,分别对应系统的各种功能状态。分别是打铃时间设置子程序、当前时间显示子程序、键盘模块子程序、打铃校准子程序等。程序流程图如图5-4所示。16/29:..Main<>时、分、秒、星期While<1>N模式键?YN调节键?Y校正LED显示模式主循环计数打铃点设置打铃返回17/29:..图5-4控制模块的流程图第6章仿真和调试下面用keil与porteus仿真软件实现校园打铃的仿真与调试。18/29:..调试软件的介绍Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件,Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在的完整开发方案,通过一个集成开发环境〔uVision将这些部份组合在一起。KeilC51Vision2集成开发环境是KeilSoftware,Inc/KeilElektronikGmbH开发的基于80C51核的微处理器软件开发平台,嵌多种符合当前工业标准的开发工具,可以完成从工程建立到管理、编译、、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平,而且可以附加灵活的控制选项,在开发大型项目时非常理想。Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具,它不仅能仿真单片机CPU的工作情况,也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。可以仿真51系列、AVR,PIC等常用的MCU及其外围电路〔如LCD,RAM,ROM,键盘,马达,LED,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件。〔Project,扩展文件名为UV2,并为该项目选定合适的单片机CPU器件。,可以是汇编文件〔.ASM,也可以使C语言文件〔,并将该文件添加到项目中去。一个项目文件可以包含多个文件,除了源程序文件外,还可以是库文件、头文件或文本说明文件。,配置编译环境、连接定位器以及Debug调试器的功能。,生成绝对目标代码和可选的HEX文件,如果出现编译连接错误则返回到第2步,修改源文件中的错误后重构整个项目。,调试成功后将HEX文件写入到单片机应用系统的ROM中。。,来实现校园打铃系统设计的仿真:19/29:..1:LED数码管对年、月、日显示的仿真效果如图6-1所示。图6-1当前年、月、日的显示状态2:LED数码管对时、分、秒和星期显示的仿真效果如图6-2所示。图6-2当前年、月、日的显示Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统,可仿真各种电路和IC,并支持单片机,元件库齐全,使用方便,是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。表6-1器件库及所选器件器件库器件名称MicroprocessorICs89C51MemoryICs24C02CSwitches&RelaysBUTTONMemoryICsDS1302Optoelectronics7SEG-MPX8-CAOptoelectronicsLAMPResistorsMINRES200RDiodes1N4148Transistors2N2905Switches&RelaysRELAYMiscellaneousBATTERYTerminalsModePOWER操作步骤如下:,在工作前,在systerm菜单下设置界面的颜色、图形界面大小等项目,我采用了系统默认值。〔从库中选择元件命令命令,在pickdevices窗口中选择电路所需的元件,放置元件到编辑区并调整其相对位置,进行元件参数设置,元器件间连线。器件库如表6-1所示。20/29:..论本次是通过51单片机实现校园打铃系统的设计,设计的目的是能过通过按键系统的功能对打铃时间的更改、存储、清除等操作,能通过数码管显示低昂前系统的时间,并显示具体的打铃时间。单片机的存储容量小,所以采用了I2C总线的串行存储器24C02C,并通过始终芯片DS1302进行时钟控制,最后经过三极管的开关性能控制继电器进而控制铃声。通过本次设计,巩固了单片机原理及应用这门课的所学的知识与技能,更加了解单片机的功能及应用,最开始拿到这个课题的时候,脑袋里只是白茫茫的一片,说不懂吧,好像又有点懂,说全懂吧,好像又有些不懂。其实这次设计说难也不是很难,但也不会简单哪里去。只是要把以前学的东西融合起来变成自己需要的东西。这次毕业设计我认为不仅仅是一次简单的设计,同时也教会我们学以致用的道理,很多知识我们学过却没有应用到实践中,很可能就荒废了,但通过这次设计让我加深知识的理解,真正将知识与实践结合,达到了理论的升华,同时也是一次熟悉知识、改正错误、提升自己的机会。这次毕业设计提高了我的查阅资料的能力,同时也使我的能力也得到了提升,提高是有限的但提高也是全面的,正是