基于单片机的自动打铃系统的设计

2019-11-30来源: 51hei关键字:单片机  自动打铃系统  STC89C51

第1章 绪论
1.1 研究的目的和意义

随着电子计算机技术的高速发展,以及其在信息处理系统中的广泛应用,单片机作为一种采用超大规模集成电路技术、并把具有数据处理能力的中央处理器CPU和随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。其体积小、功能强、成本低、适用范围广,体现出了其很大的使用价值。纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机。以前没有单片机时,这些东西也能做,但是只能使用复杂的模拟电路,然而这样做出来的产品不仅体积大,而且成本高,并且会因为长期使用,使得元器件不断老化,控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后,我们就将控制这些东西变得智能化了,我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路,核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了,成本也降低了,长期使用也不会担心精度达不到的问题。所以,它的魔力不仅是在现在,在将来将会有更多的人来接受它、使用它。据统计,我国的单片机年容量已达到3亿片,且每年以大约30%的速度高速增长。随着开发以及推出单片机的公司越来越多,各种高性能的单片机芯片市场也日趋活跃。新技术的不断加入和纳入使用,使得单片机的性能和种类及其应用范围不断增强和扩大。集成的功能及其展现出的性能得到了逐步的全面和强化,所以单片机会越来越受到广大用户的青睐和使用。


而今,在很多的公共场所,例如学校、机关、工厂、车站等单位,都是用电铃作为作息时间信号的。而最原始的电铃控制方式就是人工打铃,采用逻辑电路进行控制,其原理简单、便于操作,但会导致设备体积过大,不利于临时调整。所以,就引入以单片机为基础控制的自动打铃系统,这样不仅节省了人力,同时也使得设备的集成化大大提高,而且便于设备的调整。为此,设计一种基于单片机的自动打铃系统,采用数字钟和自动打铃系统相结合的方式。该系统一单片机为核心来控制各个功能模块,使用者可以随时对作息时间进行修改,可以很方便地设定作息时间方案。这是一个集数字钟显示、设置、打铃为一体的多功能打铃计时系统。这样,通过简单的设置,就可以满足任何学校、企事业公共场所和单位的需求。而本设计就是理论与实践并重,对于有效地掌握单片机的应用具有很重要的意义。


1.2国内外的发展研究状况

自1986年德国诞生了世界上第一款商用电子时钟后,电子钟的发展趋势在全球逐步蔓延开来。继德国之后,日本也普及了电子钟,英国、美国以及大多数欧洲国家也都在将消费者的热点转移到了电子钟表上面,逐步提高了市场占有率。中国是继德、日、英、美以后,第五个拥有电子钟制造技术的国家。中国科学院国家授时中心与西安高华科技有限公司,在河南建立了电子钟研发基地,用于开发多功能的电子钟表和数字电子钟等产品,极大地推动了电子钟行业的发展。中国第一款数字电子时钟已经推出针对中国市场接受中国国家授时中心信号的多功能电子钟表,走时精确,在信号覆盖区域外日累计误差小于0.5秒,质量可靠,价格仅为国外同期同类竞品的1/8。从区域格局来看,全国已形成以广州、深圳为龙头的珠三角地区、福建、浙江、江苏、山东、天津等6大多功能时钟主产区;从产量来看,我国已成为世界多功能时钟生产大国,多功能时钟产量稳居世界第一。监测数据显示,2011年,我国多功能时钟的产量达到2.89亿只。我国多功能时钟行业发展虽然取得长足的进步,但国内多功能时钟企业及其品牌在国际市场上的信誉度和影响力还微不足道,产量占比虽然已经达到80%以上。可见,其发展趋势迅猛。而随着技术的进步,各种新的的功能也负之而上,使得电子钟的精度大大提高。例如,在国外企业中,日本RICOH公司推出的时钟芯片甚至已经出现时基软件调校功能(TTF)及振荡器停振自动检测功能而且芯片的价格极为低廉。目前,这些芯片已被客户大量使用中。最新一代时钟芯片产品中,除了包含第二代产品所具有的全部功能,更加入了复合功能,如低电压检测,主备用电池切换功能,抗印制板漏电功能,且本身封装更小(高度 0.85mm,面积仅2mm*2mm),如RICOH公司的代表产品R2051。而如今,使用范围较广的多功能电子时钟一般由振荡器,分频器,译码器,显示器等部分组成,这些都是数字电路中最基本的,应用最广的电路。当前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售,价格较便宜。由于数字集成电路技术的发展,使数字电子钟具有走时准确,性能稳定,携带方便等特点,是目前人们生活和工作补课或缺的报时用品。国内厂家的产品拥有时间、日期、温度、夜光、贪睡功能、倒计时、顺计时、省电模式、多组闹钟、可循环显示、多档亮度调节、12/24时制转换、调节亮度、遥控操作等功能。比如美国的INTEL公司在上世纪80年代推出的AT89C51芯片与HD7279芯片构成的键盘控制电路,通过程序的编写控制I/O口的输出进而控制显示定时数据及打铃电路。当然也有部分采用德州仪器公司产的8255芯片为核心部件的打铃系统,原理都大同小异。现今在一些特殊的对定时精确度要求高的领域。比如,微电子方面,体育竞技项目等行业,单片机技术显然会有一定的误差,于是随之出现了部分通过计算机控的打铃系统,或者是结合其他影像技术设计而成的打铃系统。随着技术的不断发展,自动打铃系统不断地走向体积小、模块化的集成电路的形式,在一些大型的电子设备或机械仪器中充当不可或缺的一部分,基于单片机为基础的打铃系统不仅有较成熟的技术而且成本低廉、体积小,根据功能需求可以很容易的设计多元的定时器,未来的自动打铃系统将会朝着多元化的趋势行进,比如定时与记忆保护功能的实现,基于单片机为基础的自动打铃系统适合于低成本的大量生产,多元化发展的道路上具有很大的发展前景。


1.3研究的基本任务与方案设计
1.3.1 研究任务

研究基于单片机的自动打铃系统设计,掌握基于单片机自动打铃系统工作原理与设计思想,并设计具体电路,达到一定的设计要求,熟悉基本电路原理及模拟技术,掌握基于单片机的自动打铃系统的结构及原理,具体电路设计和功能等。


1.3.2 方案设计

方案的确立与论证

根据设计要求,进行方案设计,形成以数字逻辑电路为基础的方案一、以单片机位控制核心的方案二。对这两种方案说明如下:


方案一:采用数字逻辑电路(即与或非等门电路)设计的自动打铃系统。利用函数信号发生器来进行脉冲信号输出,利用74160N来设置十进制和六进制的进位输出。利用数码显示器来显示时间,利用或门、与门、非门、与非门、等电路元件进行组合实现打铃的控制。


方案二:采用以51单片机为基础而设计的自动打铃系统。单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断,每产生一次中断,存储器内相应的秒字节值加1;若秒字节值达到60,则将其清零,并将相应的分字节值加1;若分值达到60,则清零分字节,并将时字节值加1;若时值达到24,则将时字节清零。建立完一个实时时钟后,接下来进行定时分析处理和打铃输出,当主程序检测到有分进位标志时,便开始比较当前时间与用户设定的定时时间是否相同,若相同,则执行打铃提醒功能;不相同,则返回主程序。


通过对比以上两种方案,可以看出:方案一的设计只能事先设定打铃时间而不能完全自动打铃,且在修改打铃时间上存在一定的困难,操作过程繁琐。而方案二中的设计就能完全实现自动化,并且控制精确、操作简易、方便,也诠释了本设计的最终要求和目的。所以,我选择方案二进行设计。


根据所选定的设计方案,具体的设计主要分为硬件和软件两大部分,现规划如下:


硬件部分:其中包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图,然后对硬件进行调试、测试,达到设计要求。硬件电路采用结构化系统设计方法,该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机,并确定与之配套的外围芯片,使设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计包括输入射出接口设计,画出详细电路图,标出芯片的信号、器件参数值,根据电路图在仿真机上进行调试,修改,最终达到设计要求。


软件部分:首先在总体设计中完成软件系统流

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