1、本科毕业论文作息时间控制器设计专 业： 电子信息科学与技术 指导教师： 学生姓名： 学生学号： 目录目录 .I摘要 .IIIAbstract .IV第一章 系统方案介绍 .11.1 Proteus 与 Keil 软件的介绍与整合 .11.1.1 Proteus 软件的介绍 .11.1.2 Keil 软件的介绍 .11.1.3 Proteus 与 Keil 软件的整合 .11.2 单片机 .21.3 时钟芯片 DS1307 .41.4 显示器 LCD128*64 .41.5 作息时间表 .5第二章 系统的硬件设计 .72.1 单片机主控模块 .72.2 实时时钟日历模块 .72.2.1 DS13
2、07 实时时钟芯片介绍 .72.2.2 DS1307 的主要技术性能指标 .82.2.3 DS1307 的工作时序 .92.3 打铃模块 .92.4 复位电路模块 .92.5 键盘模块 .102.6 液晶显示模块 .11第三章 系统的软件设计 .133.1 主程序 .133.2 定时中断程序 .133.3 打铃程序 .14第四章 制作印刷电路板 .164.1 元件封装 .164.2 印刷电路板布局与调整 .164.3 元件布局及调整 .174.4 布线与调整 .174.5 PCB 文件保存与输出 .17参考文献 .18附录 1 硬件原理图 .19附录 2 程序清单 .20致谢 .32贵州大学科
3、技学院本科毕业论文（设计） 第 IV 页 作息时间控制器摘要校园作息时间控制器主要用于学校，对一些以二十四小时为周期的开关量进行自动控制。鉴于单片机原理与技术实验课程的教学现状，提出了一种新的思路，把 Proteus 和Keil 仿真软件整合起来，提高了软件的利用范围，拓展了它的仿真能力，在一定范围内，创造了以软件代替硬件的实验思路，通过整合节约了硬件资源，更加有效地提高了单片机实践教学的效率。本学科除了让学生掌握单片机的基本原理之外，更重要的是培养学生对单片机的应用能力，单片机实验室存在着一些限制问题，学生除了上实验课外，平时难得有机会进行实践，为此，通过 Proteus 和 Keil 仿真
4、软件的整合，为解决这一问题提供了一个思路，首先采用 Proteus 软件绘制硬件电路图，然后通过 Keil 进行软件部分的程序设计，最后在通过两部分的整合进行仿真调试。该控制系统是以 AT89C52 单片机来实现对上述开关量的控制，利用时钟来提供时钟信息，可以实时显示时间、系统可以修改实时时钟，体现了系统简单、工作稳定可靠、价廉、控制时间精确及系统体积小等优点。关键词：AT89C52;作息时间；控制器Schedules ControllerAbstractCampus schedules controller is mainly used for school, for some period
5、s of 24 hours to switch quantity for automatic control. In view of single-chip microcomputer principle and technology experiment course teaching situation, this paper proposes a new kind of thinking, to Proteus and Keil simulation software together, raised software use scope, expanded its simulation
6、 capabilities, within a certain range, created by software, the experimental ideas instead of hardware by integrating hardware resource conservation, more effectively improve the efficiency of the single-chip practice teaching. This discipline in addition to let the students master the basic princip
7、le of MCU outside, more important is to train the student to the MCU application ability, microcontroller laboratory exists some restrictions in the experiment, students are able to extracurricular, usually carries on the practice, therefore, through Proteus and Keil simulation software integration,
8、 in order to solve the problem provides a mentality, used first drawing hardware circuit Proteus software, then through Keil software part of the program design, and the last in the integration of the two parts by simulation test. This control system is to achieve the above AT89C52 single chip compu
9、ter switch quantity control, using a clock to provide clock information can be real-time display time, system can modify real time clock, reflected the system is simple and stable and reliable, low price and time to control precision and system small volume, etc. Keywords: AT89C52 singl,Schedules, C
10、ontroller 第一章 系统方案介绍1.1 Proteus 与 Keil 软件的介绍与整合1.1.1 Proteus 软件的介绍Proteus 软件是英国 Labcenter 公司推出的 EDA 工具软件，是一个电子设计的实验平台，涵盖了电子技术实验室和单片机应用实验室的全部功能。Proteus 是一个基于ProSPICE 混合模型仿真器的、完整的嵌入式系统软硬件设计仿真平台，它包含 ISIS和 ARES 应用软件，其镇南关 ISIS 是只能原理图输入系统，系统设计与仿真的基本平台；ARES 是高级 PCB 布线编辑软件。其主要特点如下： 可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，其最大的特点
11、是可以支持许多型号的单片机仿真以及各种外围芯片，该软件的单片机仿真库里有 8051 系列、PIC 系列、AVR 系列、68000 系列等，Proteus 的仿真基于 SPICE3F5 内核，因此也能像其它的 EDA 软件那样进行电路分析。 提供了虚拟示波器、逻辑分析仪、信号发生器、计数器、电表、虚拟中断等虚拟仪器仪表供选择用； 能够进行 SCH 原理图与 PCB 印制板电路图的设计； 能够无缝整合其他优秀的第三方单片机开发工具如 KeilVision,并进行联调，以便达到更好的仿真效果 1。1.1.2 Keil 软件的介绍Keil 是德国开发的一个 51 单片机开发软件平台，支持汇编语言和 C
12、 语言等高级语言。现在通常使用 KeilVision2 不但可以进行纯粹的软件仿真，也可以利用硬件仿真器，连接上单片机硬件系统，在仿真器中载入项目程序后进行实时仿真，还可以使用Vision2 的内嵌模块 Monitor-51,在不需要额外的硬件仿真器的条件下，连接单片机硬件系统对程序进行实时仿真。1.1.3 Proteus 与 Keil 软件的整合这两个软件的整合过程就是建立一个软硬件联合仿真系统的过程，软硬件联合仿真系统由一个硬件执行环境和一个软件执行环境组成，通常软件环境和硬件环境都有自己的纠错和控制界面，Keil 与 Proteus 的整合调试可以实现系统的总调，在该系统中，Keil 作
13、为软件调试界面，Proteus 作为硬件仿真和调试界面。利用 Proteus 与 Keil 软件的整合进行单片机的实践教学，使实验更为深入更具有拓展性，在本次设计中，通过 Proteus 与 Keil 软件的整合，采用软件仿真的形式进行软硬件综合调试，大大提高了实验教学的效率，不仅弥补了实验仪器和元器件缺乏带来的不足，而且排除了原材料消耗和仪器损坏等因素，加深了对概念、原理的理解。两个软件具体的整合步骤是：1）在 Windows 中安装 Proteus6 7SP3 和 KeilVision 2。2）把安装 ProteusMODELS 目录下 VDM51.dll 文件复制到 Keil 安装目录下
14、的51BN 目录中。3）修改 Keil 安装目录下 Tools ini 文件，在 C51 字段加入 TDRV5=BINVDM 51.DLL（“Proteus V SM Monitor Driver”）,保存。4）打开 Proteus 画出相应电路，在 Proteus 的 debug 菜单中选中 use remote debug monitor。5）在 Keil 中编写 MCU 的程序。6）进入 Keil 的 project 菜单 option for target工程名。在 DEBUG 选项中右栏下拉菜单选中 Proteus VSM Monitor-51 Driber。在进入 setting
15、如果同一台机 IP 名为127.0.0.1，如不是同一台机则填另一台的 IP 地址，端口另一定为 8000。7）在 Keil 中进行 debug 同时在 Proteus 中查看直观的结果。经过设置使两个软件之间建立了有机联系，开辟了一条实时仿真的新途径 2。1.2 单片机单片机全称为单片微型计算机。因为单片机主要用于控制系统中，所以又称微控制器或嵌入式控制器，它具有嵌入式应用系统所要求的体系结构、微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。通常片内都含有中央处理部件（CPU） 、数据存储器(RAM)、程序存储器（ROM、EPROM 、Flash Rom） 、定时器/计数器和各种输入/输出（I/O
16、）接口。单片机发展至今已有 30 余年，若将 8 位单片机的诞生为起点，那么，单片机的发展大致分为三个阶段。第一阶段：单片机的初级阶段。以 Intel 公司生产的 MCS-48 单片机系列为代表，该系列单片机集成了一个 8 位 CPU、一个 8 位平行 I/O 口和一个 8 位定时器/计数器，片内存储器 RAM、ROM 容量较小，它们的寻址范围均不大于 4KB，无串行接口等。第二阶段：单片机的高性能阶段。由于 8 位单片机的应用日益广泛，故各公司和生产厂家都不断改进产品的结构和性能，使单片机功能大大增强，此阶段推出的单片机都有串行接口、16 位定时器/计数器和多级中断控制系统，片内 RAM、R
17、OM 容量也有增加，且寻址范围均可达 64KB。这类单片机以 Intel 公司的 MCS-51 系列单片机为主流。第三阶段：8 位单片机的巩固发展和 16 位、32 位单片机的推出阶段。这个阶段，一个方面推出 16 位、32 位单片机和专用机，另一方面不断完善和提高 8 位单片机的性能。目前以 Intel 公司的 MCS-96/196 系列、TI 公司的 MSP430 系列、Motorola 的68HC12 系列、日立公司的 H8/3048 系列等为主。8 位单片机是目前品种最丰富、应用最广泛的单片机。自 8 位单片机问世以来，由于制造工艺的提高和新技术的采用，使 8 位单片机的性能也以惊人的
18、速度提高和完善，单片机具有体积小、功耗低、功能强、稳定、可靠、使用灵活、性能/价格比高、便于推广应用等显著优点，所以 8 位单片机被广泛应用于自动控制装置、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、计算器、家用电器等领域。目前世界上比较著名的部分 8 位单片机的生产厂家和部分主要机型如下:Intel(美国英特尔)公司:MCS-51/96 及其增强型列。NS（美国国家半导体）公司：NS8070 系列。RCA（美国无线电）公司：CDP1800 系列。TI（美国得克萨斯仪器仪表）公司：TMS700 系列。Cypress(美国 Cypress 半导体）公司：CYXX 系列。Rockwell(美国洛克威尔
19、）公司：6500 系列。Motorola(美国摩托罗拉）公司：6805 系列。Fairchild(美国仙童）公司：FS 系列及 3870 系列。Zilog（美国齐洛格）公司：Z8 系列及 SUPER8 系列。Atmel(美国 Atmel）公司： AT89 系列。National(日本松下）公司： MN6800 系列。Hitachi(日本日立）公司： HD6301、HD65L05、HD6305 系列。NEC（日本电气）公司：UCOM87、 （UPD7800）系列。Philips（荷兰菲利浦）公司： P89C51XX 系列。其中 Intel 公司的 MCS-51 系列及其增强型系列单片机市场占的份
20、额最大，达 50%左右。由于 MCS-51 系列单片机比MCS-48 系列的性价比高得多，所以自 1980 年 MCS-51 系列单片机推广至今，其市场仍然很坚挺，这已是我国在工业检测、控制领域中的优选机种和机型 3。我们最终选用的是 ATMEL 公司的 AT89C52 单片机，功能强大的 AT89C52 单片机适用于许多较为复杂的控制应用场合。1.3 时钟芯片 DS1307现 在 使 用 的 串 行 时 钟 电 路 很 多 ， 如 DS1302、 DS1307 等 。 这 些 电 路 的 接 口 简单 、 价 格 低 廉 、 使 用 方 便 ， 被 广 泛 地 采 用 。DS1307 是美国
21、 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，它是一款具有 I2C 总线接口的实时时钟芯片，要驱动具有 I2C 总线接口的 DS1307 芯片，一种办法是选择一款带有 I2C 总线接口的高档单片机，然而，在许多小型仪器仪表中以及在单片机的教学环境中，使用带有 I2C 总线接口的高档单片机在经济上是不合算的，在这种情况下，可以采用 I2C 总线虚拟技术，利用单片机的通用 I/O 端口模拟实现 I2C总线接口。时钟日历芯片，采用两线与 CPU 进行通信，片内含有 8 个特殊功能寄存器和 56位的 SRAM，地址和数据通过两线双向的串行总线传输，I 2C 总线是同步串行数据传输总线，其
22、内部为双线传输电路，端口输出为开漏结构，故总线上必须有上拉电阻，通常可取 510k，因单片机内部有上拉电阻，故 DS1307 芯片的 SCL 引脚与 SDA 引脚与单片机接口时，不需要添加上拉电阻，此外，按照 DALLAS 公司推荐的硬件接法，往往需要精度很高的晶体，为了提高其可靠性并节约成本，可将 DS1307 的 X2 引脚添加上拉电阻，从而可以克服使用普通晶振时 DS1307 不起震的问题，从而保证了DS1307 的起震 4。1.4 显示器 LCD128*64 LCD 是一种被动式显示器，由于它的功耗极低，抗干扰能力强，因而在低功耗的单片机系统中大量使用,LCD 的主要参数有：响应时间，
23、余辉，阀值电压，功耗；LCD是指显示的基本单元是由一定数量的点阵组成，专门用于显示数字、字母、常用图形符号、少量自定义符号或汉字。显示器 LCD128*64 如图 1.4 所示。图 1.4 LCD12864LCD12864 为数字点阵式液晶模块，它包括 128*64 点的液晶面板、CMOS 驱动、由于该模块有整体的图形点阵显示，因而用它来显示图形和字符。其特性有：CMOS大规模集成电路 LCD 驱动；大容量图形类型，能够显示数字、字母、特殊字符、曲线、图标和模型等；阳性驱动；高对比度、宽视觉范围；1/64 分辨率 5。1.5 作息时间表如表 1.5 所示在信息技术发展的今天，数字化、多媒体化、
24、高速化、智能化和网络化已是我们生活的发展趋势，在高校中尤其应该做到，我们已经告别了传统的打铃方式，作息时间控制器的开发使学校的管理向电子化和网络化转变，作息时间控制器可以解决日常学生上下课作息时间的统一控制，在学校统一考试中，对时间的精确设定，可以避免人为造成的对考生的影响，在作息时间系统开发中根据性价比及程序的编写与维护的易用性，我们在考虑简单，快捷并且低成本的要求下采用上述的一种数据记录存储方式来开发一个作息时间控制系统，结合网络通信技术和控制技术使学校的管理实现数字化、多媒体化、智能化的信息社会的要求，从总体上来说，软件开发要比硬件实现容易的且操作简单方便，功能强大，但软件开发的成本总体要比硬件实现要高 6。根据学校起床，上课，休息制定了一个合理的作息时间表，从早上七点到一直到晚上十一点都有一个合理的铃声，以此来规范学生的学习，休息，使学校能合理的进行管理。
