作息时间控制系统

I目录第一章绪论.......................................................11.1单片机作息时间控制系统设计的目的和意义..........................11.2方案比较.......................................................11.3整体设计方框图.................................................2第二章模块电路设计...............................................32.1单片机核心控制模块.............................................32.2键盘模块.......................................................52.3实时时钟模块....................................................62.4数据存储模块...................................................92.5温度传感器模块................................................152.6红外模块......................................................172.7电机模块......................................................202.8显示模块......................................................232.9外围驱动模块..................................................25第三章系统软件设计..............................................273.1系统实现工作流程..............................................273.2系统流程图....................................................27结论与体会........................................................31主要参考材料：....................................................32附录1：元器件表...................................................33附录2：总电路原理图...............................................341第一章绪论1.1单片机作息时间控制系统设计的目的和意义随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出了很强的生命力。进入21世纪以来，开发推出单片机的公司很多，各种高性能单片机芯片市场也异常活跃，新技术的不断采用，更加使单片机的种类、性能以及应用领域不断扩大和提高。因其功耗低，超高型，低成本，功能完整，在国内越来越受到用户的重视和广泛使用。本设计是一个具有打铃、当前环境温度显示、教室灯光、广播、校门开关的自动控制等功能的作息时间控制系统。同时该系统也是一可调式万年历，采用SG12864液晶具有良好的菜单式人机界面更使本系统增色不少。它利用PCF8563实时时钟芯片计时，进行年历计算，并用SG12864将当前日期、星期、时间出来；在进行时间计算，分每加一时，都与规定的作息时间比较，如果相等则进行相应的控制或动作。由单片机核心控制模块、键盘模块、电机模块、实时时钟模块、红外模块、液晶显示模块、温度传感器模块、数据存储模块、外围驱动模块九部分组成，系统扩展16个矩阵按键用于打铃时间调整及时间校正。现代机关企业，特别是学校要求对时间加以控制，要按时打铃及播放广播，以保证学习与工作的正常运行。本设计实现了这些功能，给学校及其他机关企业带来方便，整体性好，人性化强、可靠性高，实现了对时间控制的智能化。1.2方案比较作息时间控制系统的设计有很多方案可以实现，其主流技术主要有以下几种：（1）用可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）来实现，而在本设计中如要实现功能相对来说比较复杂，必须得用到FPGA来实现，而FPGA的价格相对较贵，且系统设计比较困难。（2）用PLC来实现，PLC其实就是一被封装起来的单片机，里面设有监控程序，并对I/O端口进行了光电隔离。这样一来使得PLC性能稳定且容易使用，且只需简单2外围电路就可以实现该系统功能，但PLC比较昂贵，这样会使成本增高而失去市场竞争。（3）就是用555定时器产生时钟脉冲和数字芯片（如74LS14）来实现，但要来实现本设计需要大量的数字芯片，使得系统稳定性下降，生产难度加大，而且成本会增加。（4）就是应用单片充当主控器来再加上适量的外围实现此功能，且单片机价格便宜，性能稳定。应用的外围器件相对较少，这就提高了系统的稳定性，且单片机控制简易，开发工具简单，很容易大批量生产。经过以上比较，最终我们选择第（4）种方案来实施。1.3整体设计方框图单片机核心控制模块显示模块键盘模块外围驱动模块数据存储模块实时时钟模块温度传感器模块红外模块电机模块3第二章模块电路设计2.1单片机核心控制模块2.1.1核心器件的选择单片机是本设计的核心器件，因此单片机的选择决定了该设计的稳定和性能，目前单片机市场种类繁多，有几千种不同型号，单片机的选择应遵循在能满足性能条件下尽可能的选择功耗小资源少价格低，而且货源充足的。现在主流单片机种类有以下几类：①PIC单片机：是MICROCHIP公司的产品,其突出的特点是体积小,功耗低,精简指令集,抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码保密性好,大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片。②EMC单片机：是台湾义隆公司的产品,有很大一部分与PIC8位单片机兼容,且相兼容产品的资源相对比PIC的多,价格便宜,有很多系列可选,但抗干扰较差。③ATMEL单片机(51单片机)：ATMEL公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列,AT89系列是8位Flash单片机,与8051系列单片机相兼容,静态时钟模式;AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机,也叫AVR单片机。④PHLIPIS51PLC系列单片机(51单片机)：PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机,嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能,这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求。⑤HOLTEK单片机：台湾盛扬半导体的单片机,价格便宜,种类较多,但抗干扰较差,适用于消费类产品。⑥TI公司单片机(51单片机)：德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合;MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机,特别适用于要求功耗低的场合。最后我们决定选用ATMEL公司的AT89S51单片机，AT89S51是ATMEL公司生4产的低功耗，高性能、高性价比的CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，AT89S51含有128×8字节内部RAM、32个可编程I/O口线、2个16位定时/计数器、6个中断源和全双工串行UART通道，已能满足系统控制需求。2.1.2模块电路设计单片机运行需要满足几个条件，首先必需提供电源，还时钟振荡源，还有复位。由于十二个时钟周期构成一个机器周期，在这里为方便计算我们选取晶振频率为12MHZ的晶振，因为晶振产生的信号比较弱，电容选取范围只能是小于30PF，在这里我们选取C1、C2为22PF。当单片机的复位端持续为两个机器周期高电平时产生复位，因此复位电路的参数需要根据晶振来决定，单片机控制系统一般都要求达到上电复位，因此这就对电容和电阻的选择有一定的要求，这可以通过计算来得出元件参数，但单片机最小系统的参数有一个经验值，在这里我们选用取R2100Ω、R110K，C3取10UF。由于单片机的P0口结构的特殊性，需加上拉电阻，这里我们选取阻值为10K的电阻，而耐压值的选择我们则只须选择大于7.5V就行了。2.1.3模块电路图如图2.1所示5Y112.000MHZP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9RXD/P3.010TXD/P3.111INTR0/P3.212INTR1/P3.313TIMER0/P3.414TIMER1/P3.515WR/P3.616RD/P3.717XTAL218XTAL119EA31ALE30PSEN29P0.0(AD0)39P0.1(AD1)38P0.2(AD2)37P0.3(AD3)36P0.4(AD4)35P0.5(AD5)34P0.6(AD6)33P0.7(AD7)32P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28U1AT89S51C122pC222pXTAL1XTAL2XTAL2XTAL1S0SW-PBC310uR110KVCCR210012345678161514131211109RP110KVCCDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0D/IR/WECS2CS1AT24_SDAAT24_SCLPCF_SCLPCF_SDAVCC图2.1单片机核心控制模块电路图2.2键盘模块2.2.1键盘电路选择键盘可以有几种选择：一种是利用键盘LED芯片（如HD7279、HD8279、MAX7219等），一种则是直接利用单片机I/O口搭建键盘电路。采用键盘LED芯片，具有编程简单，抗干扰能力强、稳定性好、功能强大等特点，但其成本比较高，而且占用额外的功耗和空间，通常用在对键盘读取要求较高的场合。而普通的键盘电路，则有电路简单，成本低等特点，但其抗干扰能力较前者弱。而键盘电路结构又分为直接型和矩阵型，直接型具有编程、电路简单等特点，但占用的I/O口比较多，适用于只需少量键盘的场合。矩阵型具有电路、编程复杂等特点，但占用I/O口少，比较适应于要求键盘比较多的场合。而本设计的显示电路是采用的LCD显示，且对键盘读取要求也不是太高，采取键盘芯片不能充分利用其功能，有点浪费。且单片机I/O口比较紧张，所以决定采用普6通矩阵键盘。2.2.2模块电路设计在本设计中有用到数字键0-9，且还有上、下、左、右、确定、取消键。一共十六个键，刚好可用8个I/O口组成4*4矩阵键盘。而矩阵键盘的搭建比较简单，只需遵循行列相交搭建就行，而必需在行或列添加上拉电阻，而上拉电阻的选取就只需遵循上拉电流小于单片机最大灌电流就行，在这里我们选取10K的电阻来充当上拉电阻。2.2.3模块电路图如图2.2所示S1SW-PBS2SW-PBS3SW-PBS4SW-PBS5SW-PBS6SW-PBS7SW-PBS8SW-PBS9SW-PBS10SW-PBS11SW-PBS12SW