1、教学打铃器设计东北石油大学课 程 设 计课 程 电子技术课程设计 题 目 教学打铃器设计 院 系 电气信息工程学院自动化系 专业班级 自动化08-x班 学生姓名 xxxxx 学生学号 xxxxxx 指导教师 xxxxxxxx 2010年 7 月 10日东北石油大学课程设计任务书课程 电 子 技 术 课 程 设 计 题目 教 学 打 铃 器 专业 自 动 化 姓名 xxxxxxxxxxx 学号 xxxxxxxxxxxx 主要内容：本系统主要以SPCE061A单片机作为控制核心，用DS1337C时钟芯片来计算当前时间。并通过LCD来显示当前时间和日期，以及设置打铃的数据。设置的数来存储，以达到掉电
2、后数据不丢失的目的。本打铃器最多可以设置30路打铃时间，每天循环可设定双休日或单休日不打铃。掉电后时间能保持当前时间和所设置好的数据，不用每次掉电后都要设置当前时间和设置的数据。主要参考资料：1李晓白，秦红磊，朱俊杰，潘泽 凌阳16位单片机C言语开发北京：北京航空航天大学出版社，2006. 2 21IC中国电子网 3船仓一朗，土屋 尧等（日）.机器人控制电子学.宗光华，杨 洋，唐伯雁译.北京：科学出版社，2004.4高峰编。单片微型计算机原理与接口技术。北京：科学出版社，2003.5万方数据资源统一服务系统。6 Ramon Pallas-Areny，John G. Webster（美）.传感器
3、和信号调节，第2版.张伦译.北京：清华大学出版社，2003.完成期限 2010.7.302008.7.6 指导教师 徐建军 专业负责人 2010年 7 月10 日目 录目 录 1摘 要 11、系统设计 21.1任务 21.2要求 32、方案设计与论证 32.1 控制部分 32.2 时钟部分 32.3 显示部分 43、系统硬件电路设计 43.1设计思路 43.2各模块电路设计 53.2.1 键盘电路 53.2.2 电源和继电器控制电路图及说明 63.2.3 DS1337时钟芯片电路图及说明 64、软件设计 741 I2C总路线的编程 741.1 I2C总线工作原理 74.1.2 I2C总线的数据
4、传输 841.3读写操作 94.2程序结构图 94.2.1 主程序流程图 104.2.2中断流程图 115、测试结果 116、总结 127、结束语 12参考文献 12摘 要 本系统主要以SPCE061A单片机作为控制核心，用DS1337C时钟芯片来计算当前时间。并通过LCD来显示当前时间和日期，以及设置打铃的数据。设置的数来存储，以达到掉电后数据不丢失的目的。本打铃器最多可以设置30路打铃时间，每天循环可设定双休日或单休日不打铃。掉电后时间能保持当前时间和所设置好的数据，不用每次掉电后都要设置当前时间和设置的数据。1、系统设计1.1任务设计一个可设置多路打铃时间点的教学打铃器。1.2要求（1）
5、可以实时显示当前时间。（2）可以用键盘设定多个预定打铃时间。（3）掉电后时间能与当前时间同步。（4）预定打铃时间点的数据掉电后不丢失。2、方案设计与论证 本项目设计的是一个教学打铃器，根题目的要求，我们设计了以下几个方案并进行论证。2.1 控制部分方案一：采用AT89S51单片机实现，此单片机软件编程自由度大，不但可用编程实现各种控制算法和逻辑控制，而且价格也很便宜。但是AT89S51存储容量太小需外接存放器来存储数据。如果系统增加语音播放功能，还需外接语音芯片，对外围电路来说，比较复杂，且软件实现也较麻烦。另外，51单片机需要用仿真器来实现软硬件调试，较为繁琐。方案二：采用SPCE061A单
6、片机实现，此单片机内置32K FLASH，不需外接存储芯片。而且具有很强大的语音功能，如果本系统要加语音功能的话也很方便。另外，比较方便的是该芯片内置在线仿真、编程接口，可以方便实现在线调试，这大大加快了系统的开发与调试。综上所述，由于本系统要求存储的数据量比较多，通过比较我们选择方案二。2.2 时钟部分方案一：采用单片机内部功能来实现。主要是通过中断来进行时间计算，通过变量之间来换算，以达到计时的目的。但是，一旦单片机断电的话，时间就不能保持当前时间，再次上电又得重新设置时间。还有一个很严重的问题就是，走时精确的误差大于30 秒。对时间要求精确度高的器件来说，即使给单片机提供掉电保护装置使单
7、片永不断电来确保时间不间断，但是时间误差太大做出来的打铃器也不实用。方案二：采用DS1337 I2C时钟芯片来实现。DS1337串行实时时钟是低功耗时钟/日历芯片,具有两个可编程日历闹钟与一路可编程方波输出。地址与数据通过I2C总线串行传送。时钟/日历可以提供秒、分、 小时、星期、日、月、年信息。对于少于31天的月份,到每月的最后一天会自动进行调整，包括闰年调整。该时钟可以通过AM/PM指标器工作在24小时模式或12小时模式。精确度很高，很适合于作时钟器件。综上所述，由于本系统要求时间精确度高，所以我们选择方案二。2.3 显示部分方案一：采用LED来实现。LED亮度高看起比较醒目，而且价格便宜
8、。但是LED显示比较单调，一般只能显示数字，对于汉字很显示出来。根据本设计的要求很难实现。方案二：采用MzL05-12864 LCD来实现。LCD能显示的内容很丰富，在LCD上显示多级菜单，用户通过键盘输入设定信息只要通过编程就可以显示不同的代码。而且让人看起来很直观。对于本系统的要求能够很容易的实现。综上所述，由于本系统要显示的内容比较多，所以我们选方案二。3、系统硬件电路设计 3.1设计思路根据题目要求系统可划分为以下几个基础模块，如图3-1：图3-1 系统方框图 3.2各模块电路设计 3.2.1 键盘电路 六个按键分别接IOB0IOB5图3-2 键盘原理图 3.2.2 电源和继电器控制电
9、路图及说明电源主要采用LM7805和LM7824来做稳压，其中+5V用来为单片机供电，另外一路+24V用来做电铃电源。继电器采用5V的，通过单片机的IO口用来控制继电器的吸合，以达到控制电铃响或停的目的。3.2.3 DS1337时钟芯片电路图及说明DS1337C是两线的I2C总线时钟芯片，内罢晶振。其中4-13脚为空脚，要接地。VCC用3V的CR2032纽扣电池，主要是为DS1337C单独供电，为了在单片机断电时时间还在继续跳动保持着当前时间。值得注意的是DS1337C一定要与单片机共地否则不能读出 (a) 原理图 (b)封装图图3-4 DS1337C原理图和封装图4、软件设计 41 I2C总
10、路线的编程41.1 I2C总线工作原理I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路
11、虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。 开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。 结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。4.1.2 I2C总线的数据传输发送到SDA 线上
12、的每个字节必须为8 位。每次传输可以发送的字节数量不受限制。每个字节后必须跟一个响应位首先传输的是数据的最高位（MSB）。 如果从机要完成一些其他功能后（例如一个内部中断服务程序）才能接收或发送下一个完整的数据字节，可以使时钟线SCL 保持低电平迫使主机进入等待状态。当从机准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL 后，数据传输继续。41.3读写操作数据的传输遵循图4-3所示的格式。在起始条件（S）后，发送了一个从机地址。这个地址共有7 位，紧接着的第8 位是数据方向位（R/W）0表示发送（写），1 表示请求数据（读）。4.2程序结构图 图4-3 程序方框图4.2.1 主程序流程图 图4-4
13、主程序方框图4.2.2中断流程图 5、测试结果对本设计教学打铃器测试看是否完成设计所要求如表5-1、5-2所示：表5-1实际LCD显示结果是否一致设定测试项日历2008年7月20日2008年7月20日一致星期星期日星期日一致时间（时、分、秒）15:58:2815:58:28一致表5-2设置时间点到该打铃时间点是否响铃开响铃8:30响9:00响关响铃8:30不响9:30不响从表5-1、5-2得到测试结果与实际一致。6、总结由于SPCE061A的时钟精度高，内置32K FLASH，而且具有一定的语音处理功能等，这些为我们实现本项目设计提供了非常有利的条件。同时，经过测试表明本教学打铃器完成了所需要
14、的要求。 7、结束语我们的教学打铃器在完成设计要求的前提下，还可以扩充一些功能，只需要程序上的编写。通过做这个项目我们对SPCE061有了进一步了解，同时对I2C总线读写也有了一定的认识。参考文献1李晓白，秦红磊，朱俊杰，潘泽 凌阳16位单片机C言语开发北京：北京航空航天大学出版社，2006. 2 21IC中国电子网 3船仓一朗，土屋 尧等（日）.机器人控制电子学.宗光华，杨 洋，唐伯雁译.北京：科学出版社，2004.4高峰编。单片微型计算机原理与接口技术。北京：科学出版社，2003.5万方数据资源统一服务系统。6 Ramon Pallas-Areny，John G. Webster（美）.传
15、感器和信号调节，第2版.张伦译.北京：清华大学出版社，2003.东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称电 子 技 术 课 程 设 计题目名称教 学 打 铃 器学生姓名xxx学号xxxxxxxxx指导教师姓名xxxxxxxxxxxxxx职称xxxxx序号评价项目指 标满分评分1工作量、工作态度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。202课程设计质量课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。453创新工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。54答辩能正确回答指导教师所提出的问题。30总分评语：指导教师： 年 月 日
