单片机课程设计项目系列 电铃控制器

电铃控制器课程设计任务书1．设计目的与要求设计出一个电铃控制器。准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：（1）显示：可以显示星期、时、分和秒。（2）打铃：每天可设置20次，打铃持续时间每次1-90秒可调，每次打铃的间隔时间1-99分钟可调。（3）铃声：内置蜂鸣器可以发出监控声音。2．设计内容（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；（2）确定元器件及元件参数；（3）进行电路模拟仿真；（4）SCH文件生成与打印输出；3．编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。4．答辩在规定时间内，完成叙述并回答问题。目录1引言……………………………………………………………………………………12总体设计方案…………………………………………………………………………12.1设计思路………………………………………………………………………12.2方案论证………………………………………………………………………22.3设计方框图和流程图…………………………………………………………23设计原理分析………………………………………………………………………33.1打铃电路的设计…………………………………………………………………33.2显示驱动电路的设计……………………………………………………………33.3掉电存储电路的设计……………………………………………………………43.4信号输入电路的设计……………………………………………………………44结束语…………………………………………………………………………………5参考文献…………………………………………………………………………………5附录一总体电路图………………………………………………………………6附录二程序清单………………………………………………………………………71电铃控制器应教053霍鹏飞摘要：本设计由单片机系统、按钮开关、LED显示和打铃电路组成。系统能完成显示星期、时、分和秒以及设定时间和打铃等功能。除上述基本的时钟显示功能外，还具有调电存储、指示功能，依据实际的情况还可以添加其他扩展功能。本系统成本低廉，功能实用,适合广大工厂和学校使用.关键词：单片机打铃LED显示定时调时74LS1641引言随着社会的不断发展和科学技术的不断进步，特别是电子产业的发展,以高精密、多功能、成本低、使用方便而被广大群众所青睐,因为现在的人们对时间越来越重视.而在学校、机关及工矿企事业等场合,为了为大家提供准确的休息和作息时间.而以往的打铃器是靠人工打铃,时间不准确,落后而且麻烦.人们需要准确的时间而且设定时间后无需人工管理.因此就需要一款精密而适用的自动打铃器.打铃器由AT89S51及掉电保护电路的等主要器件组成,采用按键控制调时和定时等功能,用7个数码管来分别显示星期、时、分和秒,用3个发光二极管作为指示灯.用5V直流电源,可以设定20多个打铃时间点,具有掉电保护功能,数据可长时间（40年）不丢失.以AT89S51为核心的单片机控制.主要作用:解除作息管理麻烦、改变人工打铃、人工控制电器落后现象,实行电铃周期性工作的自动化控制.同时设有数字显示器及控制系统对于设定时间具有掉电保护的功能,体积小,重量轻等优点。非常适合学校、学校、机关及工矿企事业等场合使用。2总体设计方案2.1设计思路图1设计思路框图电铃控制器设计要求具有显示星期、时、分和秒以及设定时间和调整时间等功能，这些基本要求都可以通过软件编程实现。要实现打铃提示，就需要设置打铃提示电路，信号输入电路采用单片机控制电路信号输入电路辅助功能电路驱动显示电路2按钮开关。同时为了方便，在掉电的情况下，为了保护已存储的打铃点，可设置掉电保护电路，减少人重新设置打铃点的麻烦。设计思路框图如图1所示。2.2方案论证方案一:电铃控制器是以AT89S51为核心的单片机组成。但它的辅助电路分别采用，信号输入电路采用4×4键盘，但是这种方法软件编程比较难。显示电路采用动态显示，这种方法设计电路简单，同样软件编程比较难。不采用单片机内部时钟，而采用其他时钟芯片，这种方法产生的时钟比较准确，但是成本高，而且还要另外编写时钟程序。打铃电路电路可以采用蜂鸣器代替电铃,当时间到达打铃时间点时，使单片机发出控制信号，控制信号去触发继电器工作，从而接通打铃电路使蜂鸣器发出声音，它是由三极管组成的基本放大电路来驱动。这种方法虽然使信号和打铃电路隔离，但是电路结构复杂、成本高，而且时间过长可能继电器失灵不能工作。方案二:电铃控制器是以AT89S51为核心的单片机组成。但它的辅助电路分别采用，信号输入电路采用按钮开关，可以把按钮开关设置成多功能，这样可以节省开关数目。显示电路采用串行静态显示，这种软件编程比较简单。采用单片机内部时钟，这种方法产生的时钟还可以，但是成本低，而且编写时钟程序简单。打铃电路电路可以采用蜂鸣器代替电铃,当时间到达打铃时间点时，使单片机发出控制信号，可以直接驱动三极管组成的基本放大电路，使蜂鸣器发出声音。与方案一相比不仅简单而且成本低。因此我们选用方案二.2.3设计方框图和流程图如图2所示图2设计方框图和流程图NYesAT89S51单片机显示驱动电路指示电路打铃电路按钮开关信号输入电路掉电存储电路复位电路开始初始化LED显示按键程序时间设定和存储程序调整程序时间比较程序打铃相等？NY33设计原理分析3.1打铃电路的设计打铃电路由三极管组成的放大电路和蜂鸣器组成。三极管选用8550PNP型，当单片机输出低电平时三极管导通，采用蜂鸣器代替电铃，从而驱动蜂鸣器发出声音，可以通过编程实现使蜂鸣器发出有节奏的声音。当接通电源时P3.4口为高电平，三极管截止，打铃电路不能工作当按下复位开关时，输出为高电平，三极管截止，打铃电路不能工作。当时间走到打铃时间点时，单片机输出低电平，则打铃电路开始工作。而且响铃时间的长短可通过编程实现，在响铃的时候可以采用按钮实现暂停。打铃电路的电路图如图3所示。8550v1GNDBUZZERVCCP3.4图3打铃电路3.2显示驱动电路的设计显示驱动电路采用串行动态显示电路，只使用单片机的两个串行口，就可以完成单片机的显示功能，。它由7个74LS164移位记存器和7个LED数码管组成。c1d2g10e4dp5b6a7f98LED1c1d2g10e4dp5b6a7f98LED2c1d2g10e4dp5b6a7f98LED3c1d2g10e4dp5b6a7f98LED4A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U474LS164A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U574LS164A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U674LS164A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U774LS164P3.0P3.1VCCGNDD3IN4007D2IN4007D1IN4007VCCc1d2g10e4dp5b6a7f98LED1c1d2g10e4dp5b6a7f98LED2c1d2g10e4dp5b6a7f98LED3A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U474LS164A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U574LS164A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U674LS164图4显示驱动电路从单片机串口输出的信号先送到左边的移位寄存器（74LS164）,由于移位脉冲的作用，使数据向右移，达到显示的目的。移位寄存器74LS164还兼作数码管的驱动，显示驱动电路的电4源采用5V直流电源经过三个IN4007的二极管降压，三个整流管D1——D3的作用是降低数码管的工作电压，增加其使用寿命，这种方法简单使用。同时用三个发光二极管作为指示灯，用来指示不同的功能和操作，这样可以是各种操作和指示一目了然，而且哪一块功能出现错误，能够方便查找，指示电路将在信号输入电路中体现出来。显示驱动电路的电路图如图4所示。3.3掉电存储电路的设计掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的时间和打铃时间信息。AT24C02A是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10uA(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8脚的DIP封装，使用方便。掉电存储电路的电路图如图5所示。图中R1、R2是上拉电阻，其作用是减少AT24C02A的静态功耗，由于AT24C02A的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SCL（移位脉冲）和SDA（数据/地址）与单片机传送数据。NC1NC2NC3GND4SDA5SCL6WP7VCC8U1AT24C02AGNDP1.3P1.4VCCR15.1kR25.1k图5掉电存储电路每当设定一次打铃时间，系统就自动调用存储程序，将打铃时间信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的打铃时间等信息，读到缓存单元中，供主程序使用。3.4信号输入电路的设计信号输入电路采用按钮开关控制。将单片机的P2口接开关的一端，将开关的另一端接地。单片机复位以后，P2口变为高电平，当按下按钮开关时，对应的P2口就变为低电平，给单片机送入信号，开始对应的功能。S1为调时和定时键，S2为转换键，S3为返回键，S4为加一键，S5为减一键，S6为确定键。其他按键如果想设置其它功能可以使用。通过软件编程可以使按钮开关实现多功能。信号输入电路的电路图如图6所示。5P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728ALE/PROG30PSEN29EA/VPP31P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/SCK8REST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20U1AT89S51VCCS1S2S3S4S5S6S7S8S9R32.2kD3IN4007D2IN4007D1IN4007VCC图6信号输入电路4结束语这次课程设计基本达到了设计的要求，但是明显存在着问题，由于在编程方面的问题，使有的功能还没能实现。为此，多次修改了程序，希望能够解决问题，遗憾的是问题仍然没有得到彻底解决。这次单片机的综合实验我们学到了有用的知识，更重要的是学会了程序出问题时调试的方法，再一次熟悉了编程，学到了程序出问题后怎样去解决的基本方法。参考文献[1]阎石.数字电子技术基础（第三版）［Ｍ］.北京：高等教育出版社，1989[2]蔡振江.单片机原理及应用.北京：电子工业出版社，2007年2月,第1版[3]童诗白,华成英.模拟电子技术基础.北京:高等教育出版社,2001年,第3版[4]李朝青.单片机原理及接口技术［Ｍ］.北京:北京航空大学出版社,2005年,第3版[5]万光毅.单片机实验与实践教程.北京:北京航空航天大学出版社,2006年,第2版6附录一P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728ALE/PROG30PSEN29EA/VPP31P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.5