单片机的自动打铃器系统的设计毕业论文
目 录
一、 引言 1
（一） 自动打铃控制系统的发展背景 1
（二） 国内外发展背景 1
（三） 本文主要研究内容及设计目标 2
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 2
（二） AT89C51单片机 3
（三） DS1302时钟芯片介绍 3
（四） 蜂鸣器概述 4
（五） 按键驱动电路概述 4
（六） 显示器概述 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 硬件结构框图设计 6
（二） 单片机最小系统设计 6
（三） DS1302芯片及外围电路设计 7
（四） 打铃模块设计 8
（五） 显示器与单片机电路设计 9
四、 软件系统设计 9
（一） 软件系统流程图设计 9
（二） DS1302工作流程图设计 10
（三） 按键消抖流程设计 11
（四） 显示器工作流程设计 12
五、 实物调试 13
（一）最终实物功能展示 13
（二）调试过程中出现的问题 13
总结 14
致谢 15
参考文献 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 元件列表 19
附录四 程序 20
引言
自动打铃控制系统的发展背景
所谓的“自动打铃控制系统”指的是能够按时播放上课、下课铃声，能够将作息时间存储在系统内部并且具有一定显示功能的自动控制系统。它主要由微处理器、声 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
音模块、RTC始终模块、显示模块以及一定的按键控制模块组成。自动打铃控制系统的出现以及被广泛应用得益于单片机等微处理器的发展与成熟，在这种电子式系统还未出现以前，早就有一种同样功能的传统作息时间管理存在，并被延续使用了很长时间，只不过这种传统管理方式采用人工管理。二十几年前的校园内，电子式作息时间管理系统还未出现，上课下课的铃声全由值班师傅拿一根木棍敲击铃铛发出，这种现象是中国校园内早期的一个典型特征，这种方法在电子式课程作息管理系统出现以前自然发挥了很大的作用，然而它也存在不少弊端——首先是人工击铃方式需要安排专门的人员去负责这项工作，增加了人力物力的付出；二是击铃时间往往有延迟，造成作息时间管理混乱；三是当值班人员突然有事不能值勤，那全学校当天的作息时间就会受到严重影响。这种方法延续了很长一段时间后，全世界的电子技术以及半导体技术飞速发展，由这些技术带来的仪器、芯片以及大大小小的电子系统进入了人们的生活，而在课程作息管理方面，设计人员别出心裁地将数字芯片中的计时器、数码管、喇叭等器件融合在一起，设计出了具有电子打铃功能的课程管理系统，然而这种系统还是没有能够完全解决传统系统存在的三个问题，它只是使用起来更省力，不需要人工敲击铃铛，而只要按下铃声产生按键即可发出嘹亮的电子铃声。在单片机技术不断取得成熟后，设计人员立即意识到通过单片机等微处理器，辅之以EEPROM、RTC时钟芯片等器件，就能够将传统系统的三个问题全部解决掉——将作息时间烧录到EEPROM存储芯片中，单片机每次从RTC芯片中读取当前时间，并将其与EEPROM中存储的上下课时间做比较，当时间到后，单片机驱动系统内的声音模块发出铃声，与此同时能够将时间显示在液晶屏等模块上，可以发现这一系列过程完全由单片机进行控制，判断上下课时间是否已到、打铃全部出于无人化的自动管理，因此完美的解决了传统系统的三大弊端。因此本文就以“基于单片机的课程作息时间管理”作为研究课题，设计一款高性能的课程作息自动管理系统。
国内外发展背景
目前国内外大大小小的新学校正在不断出现，新式校园以更加崭新的面貌以及更加健全的教学管理系统迎接着学生，课程作息管理系统作为教学系统的一个重要部分，在教学活动中常常扮演着举足轻重的角色，因此被广泛研究。目前的研究成果能够实现课程管理系统的组网化，即将多个学校的课程作息管理系统组成一个稳定的网络，该网络内具有反馈机制，该反馈机制向校园内的师生开放，师生对于作息时间的评价以及建议能够通过反馈机制直接传达给校方管理者或者教育局管理员，这样能在一定程度上不断改善教学活动有条不紊的进行，同时教育管理者也能够更多地听到来自学生的声音。
本文主要研究内容及设计目标
本文以“自动打铃控制系统”作为研究课题，通过查阅资料、了解该系统的发展现状、器件选取以及软硬件设计等工作，设计了一款使用单片机作为主控的管理系统，并实现如下指标：
具有作息时间存储功能，并可以通过按键灵活设置。
当上下课时间到后，立即发出铃声。
具有液晶显示功能，显示实时时间。
方案选择及元器件介绍
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大系统的构建时，就无需进行片外FLASH的配置了。虽然STM32单片机相对于51单片机有这么多的优点，然而其在本课题中的缺点也是不可小觑的，第一STM32的寄存器高达上百个，如果没有相关开发经验，那么将无从下手；第二STM32单片机芯片的管脚也多达上百个，并且是贴片式芯片，对于PCB的布局要求相当高；第三是目前网上关于STM32单片机的资料还不是很丰富，不能够保证毕业设计的顺利进行。
一、 引言 1
（一） 自动打铃控制系统的发展背景 1
（二） 国内外发展背景 1
（三） 本文主要研究内容及设计目标 2
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 2
（二） AT89C51单片机 3
（三） DS1302时钟芯片介绍 3
（四） 蜂鸣器概述 4
（五） 按键驱动电路概述 4
（六） 显示器概述 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 硬件结构框图设计 6
（二） 单片机最小系统设计 6
（三） DS1302芯片及外围电路设计 7
（四） 打铃模块设计 8
（五） 显示器与单片机电路设计 9
四、 软件系统设计 9
（一） 软件系统流程图设计 9
（二） DS1302工作流程图设计 10
（三） 按键消抖流程设计 11
（四） 显示器工作流程设计 12
五、 实物调试 13
（一）最终实物功能展示 13
（二）调试过程中出现的问题 13
总结 14
致谢 15
参考文献 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 元件列表 19
附录四 程序 20
引言
自动打铃控制系统的发展背景
所谓的“自动打铃控制系统”指的是能够按时播放上课、下课铃声，能够将作息时间存储在系统内部并且具有一定显示功能的自动控制系统。它主要由微处理器、声 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
音模块、RTC始终模块、显示模块以及一定的按键控制模块组成。自动打铃控制系统的出现以及被广泛应用得益于单片机等微处理器的发展与成熟，在这种电子式系统还未出现以前，早就有一种同样功能的传统作息时间管理存在，并被延续使用了很长时间，只不过这种传统管理方式采用人工管理。二十几年前的校园内，电子式作息时间管理系统还未出现，上课下课的铃声全由值班师傅拿一根木棍敲击铃铛发出，这种现象是中国校园内早期的一个典型特征，这种方法在电子式课程作息管理系统出现以前自然发挥了很大的作用，然而它也存在不少弊端——首先是人工击铃方式需要安排专门的人员去负责这项工作，增加了人力物力的付出；二是击铃时间往往有延迟，造成作息时间管理混乱；三是当值班人员突然有事不能值勤，那全学校当天的作息时间就会受到严重影响。这种方法延续了很长一段时间后，全世界的电子技术以及半导体技术飞速发展，由这些技术带来的仪器、芯片以及大大小小的电子系统进入了人们的生活，而在课程作息管理方面，设计人员别出心裁地将数字芯片中的计时器、数码管、喇叭等器件融合在一起，设计出了具有电子打铃功能的课程管理系统，然而这种系统还是没有能够完全解决传统系统存在的三个问题，它只是使用起来更省力，不需要人工敲击铃铛，而只要按下铃声产生按键即可发出嘹亮的电子铃声。在单片机技术不断取得成熟后，设计人员立即意识到通过单片机等微处理器，辅之以EEPROM、RTC时钟芯片等器件，就能够将传统系统的三个问题全部解决掉——将作息时间烧录到EEPROM存储芯片中，单片机每次从RTC芯片中读取当前时间，并将其与EEPROM中存储的上下课时间做比较，当时间到后，单片机驱动系统内的声音模块发出铃声，与此同时能够将时间显示在液晶屏等模块上，可以发现这一系列过程完全由单片机进行控制，判断上下课时间是否已到、打铃全部出于无人化的自动管理，因此完美的解决了传统系统的三大弊端。因此本文就以“基于单片机的课程作息时间管理”作为研究课题，设计一款高性能的课程作息自动管理系统。
国内外发展背景
目前国内外大大小小的新学校正在不断出现，新式校园以更加崭新的面貌以及更加健全的教学管理系统迎接着学生，课程作息管理系统作为教学系统的一个重要部分，在教学活动中常常扮演着举足轻重的角色，因此被广泛研究。目前的研究成果能够实现课程管理系统的组网化，即将多个学校的课程作息管理系统组成一个稳定的网络，该网络内具有反馈机制，该反馈机制向校园内的师生开放，师生对于作息时间的评价以及建议能够通过反馈机制直接传达给校方管理者或者教育局管理员，这样能在一定程度上不断改善教学活动有条不紊的进行，同时教育管理者也能够更多地听到来自学生的声音。
本文主要研究内容及设计目标
本文以“自动打铃控制系统”作为研究课题，通过查阅资料、了解该系统的发展现状、器件选取以及软硬件设计等工作，设计了一款使用单片机作为主控的管理系统，并实现如下指标：
具有作息时间存储功能，并可以通过按键灵活设置。
当上下课时间到后，立即发出铃声。
具有液晶显示功能，显示实时时间。
方案选择及元器件介绍
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大系统的构建时，就无需进行片外FLASH的配置了。虽然STM32单片机相对于51单片机有这么多的优点，然而其在本课题中的缺点也是不可小觑的，第一STM32的寄存器高达上百个，如果没有相关开发经验，那么将无从下手；第二STM32单片机芯片的管脚也多达上百个，并且是贴片式芯片，对于PCB的布局要求相当高；第三是目前网上关于STM32单片机的资料还不是很丰富，不能够保证毕业设计的顺利进行。
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