基于单片机的定时打铃设计

本科毕业设计（论文）题 目 基于单片机的时控打铃设计 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 设计所在单位 基于单片机的时控打铃设计摘要：随着家用电器的越来越普及和人们生活节奏的加快，人们对电器的依赖性进一步提高，对电器的定时需求也进一步增大。定时开关打铃可用于工厂、学校等需要定时打铃的场合。定时开关打铃的使用能够做到节能、安全、方便等。本文介绍了一种基于 STC89C52RC 单片机的定时开关打铃设计方案。本文首先介绍定时开关打铃设计要实现的功能，接着阐述系统电路的设计及原理说明，包括设计方案选择、关键元器件介绍、电路设计说明（包括电源电路、键盘、单片机控制电路、液晶 1602 显示、蜂鸣器工作电路）软件设计流程以及系统的测试。最后总结了定时开关打铃设计完成的任务，分析系统的不足并提出了系统的应用展望。关键词：STC89C52RC；定时打铃； 1602液晶；键盘 Design of Control Outlet Based on SCMAbstract: with the increasing popularity of household appliances and people life rhythm speeding up, people for the dependence of the electrical appliances to further improve, demand for electric timing also increases further. Time switch ringing the bell can be used in factories, schools and so on need to regular the occasion of ringing the bell. Time switch the use of ringing the bell can achieve energy saving, safety, convenience, etc. This paper introduces a kind of based on STC89C52RC single-chip microcomputer timer switch design of ringing the bell.This paper introduces the time switch design in order to realize the function of ringing the bell, and then expounds design and principle of the circuit system, including design scheme selection, key components, circuit design specificSTCion (including power circuit, keyboard, 1602 single chip microcomputer control circuit, liquid crystal display, relay circuit) software design process, and system test. Finally summarizes the time switch ringing the bell design task, the shortcoming of the system and put forward the applicSTCion prospect of the system.Key words：STC89C52RC,Timer switch,LCD 1602,Keyboard目录第 1 页目录第一章 绪论 .11.1 选题的目的与意义 .1第二章 系统设计方案 .22.1 系统结构与功能 .22.2 方案框图 .22.2.1 方案 1.22.2.2 方案 2.22.3 开关的选择 .32.4 显示方式选择 .42.5 时钟的实现及单片机的选择 .42.6 按键控制部分的实现 .4第三章 主要元器件原理及其应用 .63.1 单片机 STC89C52 简介 .63.1.1 主要特性 .63.1.2 引脚功能说明 .73.2 1602 工业字符型液晶简介 .93.2.1 主要特性 .93.3 蜂鸣器介绍 .103.3.1 蜂鸣器的继电特性 .103.3.2 蜂鸣器工作原理及特性 .103.3.3 蜂鸣器主要产品技术参数 .113.3.4 蜂鸣器的选用 .12第四章 硬件电路的设计 .134.1 单片机最小系统 .134.2 液晶显示 .144.3 蜂鸣器驱动电路 .154.4 键盘电路 .15第五章 系统软件设计 .175.1 开发环境 .175.2 各模块程序设计 .175.2.1 主程序流程图 .17目录第 2 页5.2.2 DS1302 计时程序的编写 .185.2.3 LCD1602 显示电路程序编写 .205.2.4 按键电路程序编写 .21第六章 系统制作及调试 .226.1 硬件制作 .226.2 硬件电路调试 .226.2.1 独立元件的检测 .226.2.2 单片机最小系统的调试 .226.2.3 显示模块的调试 .236.2.4 键盘模块的调试 .236.2.5 蜂鸣器电路的调试 .236.3 软件调试 .236.3.1 显示模块调试 .236.3.2 时钟模块调试 .236.3.3 键盘模块调试 .236.3.4 人机界面模块调试 .23结束语 .24致谢 .25参考文献 .26附录一 系统原理图 .27附录二 程序清单 .28西安文理学院本科毕业设计（论文）第 1 页第一章 绪论1.1 选题的目的与意义电铃广泛应用于学校、机关及工矿企事业单位，可实现作息时间的固定周期打铃，提示人们工作、学习或是休息。本文用单片机 STC89S52 作为控制芯片，开发了一种新型实用的电铃控制电路。本电铃控制电路的优点：不再使用于电池做备用电源；数据存储时间达十年；平时万年历显示；打铃时显示不中断。电铃控制电路体积小、功耗低、可靠性好、性价比高。随着社会的发展，科学技术水平的日益提高，多种多样性能良好的电子产品逐渐取代了很多旧式的手动器件，比如说这件基于单片机设计的电铃控制器，不仅能够非常准确的预定的时刻响铃，而且还能够设定多个定时点，更方便的是，它还能够直观的显示星期、时、分、秒等信息，为人们的使用带来了很多方便。自动控制在人们的生活中可以说“无孔不入” ，小到遥控儿童玩具，大到冰箱空调的智能化，都体现了科学技术的进步。特别是单片机（SingleChip Microcomputer SCM）技术的应用，不但降低了生产成本，同时也方便了消费者，使操作简洁、安全。单片机的应用使许多复杂的事情，都能够简单、方便的实现了。用单片机控制的自动打铃器，充分发挥单片机体积小，价格便宜，功耗低，可靠性好等特点，充分发挥了单片机的控制优势。本打铃器可用于作息时间控制，方便了广大师生。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 2 页第二章 系统设计方案本章主要讨论了系统的总体方案以及各模块的设计方案，包括了控制核心、开关、显示模块、时钟电路以及键盘电路方案。2.1 系统结构与功能系统总体设计主要实现以下功能：（1）人机交互界面：通过 1602 液晶显示屏，与独立按键建立起一套完善的人机交互界面。可以用于设置定时的参数。查看定时参数，现实时间。（2）设置定时时间：用户通过人机交互界面，查找到设定时间界面，设置对应的每一组的设置时间。（3）设置现实时间：由于各种外界因素会导致系统现实时间与实际现实时间相异，系统支持修改系统现实时间。用户通过人机交互界面，查找到设定时间界面，设置系统现实时间。（4）报警：当用户设定时间结束时会出现报警提示。2.2 方案框图2.2.1 方案 1采用数字电路控制。用以 74LS161 计数器构成的定时器电路做为智能打铃的核心控制，用拨码开关做为用户设置按键，其中包括了定时时间设定，系统时间初始化设定，开始停止控制时间的设定。通过 555 定时电路为计数器提供时钟，通过级联 74LS161 做为倒计时电路，通过与输出时间比较控制触发器从而控制电路的开关。采用数字电路设计的方案需要大量的 74LS161 芯片以提供较长的定时时间（若定时时钟为 1Hz，定时 10 小时需要 36000S，需要四片 74LS161） ，系统结构复杂，成本较高，系统稳定性差，定时时间调整不灵活。故不采用此方案。2.2.2 方案 2采用一种以 STC89C52 为核心的单片机控制方案。选用单片机 STC89S52 作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的 IO 端口，及其控制的准确性，实现基本的定时控制功能。在单片机的外围电路外接输入键盘及 1602 液晶用于构造人机交互界面以设置各个参数。其原理如下图 2.1 所示：西安文理学院本科毕业设计（论文）第 3 页STC 89C52DS1302计时模块蜂鸣器模块红外接收模块蜂鸣器按键模块5V 稳压模块图 2.1 硬件电路原理图由此可以看出方案二控制灵活、节约成本和稳定性强的特点，此外还具有扩展功能，根据现实生活的需要此次设计采用此方案。本方案能独立设置 20 组开启和闭合的时间，同时能够独立设置星期一到星期日每一天的工作方式，如果当前星期被选中同时，当前时间符合开启时间，蜂鸣器闭合，否则蜂鸣器断开。本方案打铃有三种工作方式，即自动工作方式，永久打开方式，永久关闭方式。2.3 开关的选择现代自动控制设备中，都存在一个电子电路电气电路的互相连接的问题，一方面要是电子电路的控制信号能够控制电气电路的执行元件（电动机、电灯、热水器等） ，另一方面又要为电子线路的电器电路提供良好的电隔离，以保护电子电路和人身的安全。电子蜂鸣器和光耦合器便能起到这一桥梁的作用。下面简要介绍各个方案的特点。方案一：采用蜂鸣器作为控制 220V 通、断的开关。固态蜂鸣器 (SSR)与机电蜂鸣器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的蜂鸣器，但它具有与机电蜂鸣器本质上相同的功能。SSR 是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的点，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。选用 SRD-05VCD-SL-C 蜂鸣器最大电路可达到 10A，即蜂鸣器的正常工作范围为 0 到 2200 瓦，可以给大部分家用电器供电。方案二：采用光耦合器实现单片机控制开关。耦合器（optical coupler，英文缩写为 OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 4 页本次设计开关部分可以用蜂鸣器也可以用光耦合器。考虑到本设计蜂鸣器足以满足设计要求，而且蜂鸣器比光耦合器便宜，故选用蜂鸣器。2.4 显示方式选择在模拟电子和数字电子中,常用显示数据的有数码管和液晶显示器。方案一：采用 LED 数码管显示。虽然功耗低，控制简单，但却只能显示数字和一些简单的字符，而且显示信息少，需要较多位的数码管，占用了较多的单片机I/O 口，没有较好的人机界面。方案二：采用 LCD 液晶显示，可以显示所有字符及自定义字符，并能同时显示多组数据、汉字，字符清晰。由于自身具有控制器，不但可以减轻主单片机的负担，而且可以实现菜单驱动方式的显示效果，达到友好的人机介面。LCD 显示能解决 LED 只能显示数字等几个简单字符的缺点，性能好，效果多，控制方便，显示方式多，且能耗也较少。这次设计中不仅要显示相应的时钟、定时组别、目前运行的模式，而且还要显示出相应的定时开始时间和结束时间，需要显示的信息较多，所以采用方案二，用LCD 显示结果。2.5 时钟的实现及单片机的选择时钟的实现可已通过使用时钟芯片或者单片机的定时器实现。下面简要介绍几种方案的特点。单片机仅用于控制蜂鸣器、键盘，实现时钟和定时，用 52 结构的有 STCmel 的 STC89CXX 系列、STC89SXX 系列、 STC89C20 系列（20 引脚）或STC 的所有单片机都可以实现。根据在学校比较流行的学习单片机是 STC89C52 系列，而且 STC89C52 单片机便宜，购买方便，下载方便，故单片机选用 STC89C52单片机。方案一：时钟通过使用时钟芯片来实现，控制部分通过使用单片机来实现。时钟芯片种类非常多，有内置晶振及充电电池的，也有外置晶振的，现在流行的时钟芯片有 DS1302、 DS1307、PCF8485 、SB2068 等。使用时钟芯片可以得到准确的时钟走时，可用简单的程序实现定时开关打铃的定时功能。方案二：时钟通过单片机的内部定时器来实现时钟。单片机的内部定时器可实现较为精确的时钟走时，定时 50 毫秒的误差率极小，可达到定时开关打铃的使用要求。使用单片机内部定时器可简化硬件电路，可以节省开支，但是编程的难度有所提高。本