基于单片机开题报告

北京联合大学毕业设计（论文）开题报告

题目：基于单片机的校园作息系统的设计

专业：电子信息工程指导教师：

学院：信息学院学号： 2009080403224

班级： 20090804032 姓名： wcx

一、 课题任务与目的

本设计利用51系列单片机实现了对时间控制的智能化，利用时钟芯片来提供时钟。外扩六位数码管，可以实时显示时间；系统还外扩输入键盘，用以修改实时时钟。校园作息时间控制系统主要应用于学校管理，对一些以24小时为周期的开关量进行自动控制，如上下课打铃、教学楼照明的定时开关、学生宿舍等及校园路灯的定时开关、水泵的定时启动及自来水供水时间控制等。

基本要求：

系统至少提供6位数码显示器，具有实时显示时钟功能，同时利用外扩锁存器来实现多点、多电器设备的控制。时钟系统通过键盘电路进行校准。

系统需实现对上下课打铃、教学楼照明、学生宿舍灯、校园路灯四个开关量的精确控制，误差累计≤1秒/天。

二、调研资料情况

随着计算机技术的发展和在控制系统的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，最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上也异常活跃，新技术的不断采用，更加使单片机的种类、性能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。

51系列单片机是指Intel的MCS-51系列及和具有兼容内核的单片机。MCS-51系列单片机是最早、最基本的单片机，功能也最简单。Intel公司生产的MCS-51系列单片机包括8031、8051、8032、8052、8751、8752等。

以AT89S52为核心控制器件的作息时间控制钟，由键盘、声音输出模块、电源转换模块和存储模块四部分组成。

参考文献：

[1] 张毅坤.单片微型计算机原理及应用.西安电子科技大学出版社.1998.9第1版

[2] 何立民.单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，1996、2000

[3] 肖金球.单片机原理极其接口技术.北京：清华大学出版社，2006

[4] 求是科技.单片机典型模块设计实例导航.北京：人民邮电出版社，2004

[5] 先锋工作室.单片机程序设计实例. 北京：清华大学出版社，2003

[6] 黄仁欣.单片机原理及应用技术. 北京：清华大学出版社，2005

[7] 李刚、林凌、姜苇.51系列单片机系统设计与应用技巧.北京：北京航天航空大学出版社，2004

[8] 耿长清.单片机应用技术.化学工业出版社,2002

[9] 胡建、刘玉宾、朱焕立.单片机原理及接口技术实践教程.机械工程出版社，2004

[10]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1994.

[11]蔡美琴.MCS-51系列单片机系统及其应用[M].北京：高档教育出版社，1992.

[12] Jhomas L.Floyd.数字基础(英文影印版)[M].Digital Fundamental.北京：科学出版社，2002.

二、 初步设计方法与实施方案

1、开发工具：AT89S52精简开发板、Proteus仿真环境，单片机C语言程序。

AT89S52单片机是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

硬件仿真环境介绍：Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件(该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司)。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，20##年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

C语言是国际上广泛流行的计算机语言，即可用来写系统文件，也可以用来写应用软件。以前的操作系统等系统软件主要是用汇编语言编写的(包括UNIX操作系统在内) 。由于汇编语言以来于计算机硬件,程序的移植性都比较差。为了提高可读性和可移植性,最好改用高级语言,但一般高级语言难以实现汇编语言的某些功能(汇编语言可以直接对硬件进行操作,例如对内存地址的操作、位操作等)。而C语言是一种既具有一般高级语言特性，又具有低级语言特性的语言，集它们的优点于一身。

2、初步设计方法与实施方案

以AT89S52为核心控制器件的作息时间控制钟，由键盘、声音输出模块、电源转换模块和存储模块四部分组成。

总系统整体框图，如图1所示

图1 系统框图

利用AT89S52的定时/计数器来计算时间，并用存储器记录数据，保证了系统的可靠性。AT89S52单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程。整体性好、人性化强、可靠性高，实现了对时间控制的智能化。该时钟控制系统有6位数码显示器，具有实时显示时钟（显示当前时间的小时、分钟及秒）功能，通过外扩锁存器还可以实现多点、多电器设备的控制。该控制系统可广泛用于学校、工厂和机关的自动打铃、电视、室内照明及其他对象控制，也可用于家庭或学生寝室进行时间指示及多点时间提醒。该校园作息时间控制系统实现了对上下课打铃、教学楼照明、学生宿舍灯、校园路灯四个开关量的精确控制。月时间累计误差≤1分钟。系统设有的键盘电路，方便定期进行时间校准。

该控制系统是由微处理器、时钟控制芯片、蜂鸣器、数码显示部分以及键盘输入部分所组成。该控制系统设有六位数码管、可以实时显示时间、系统还设有输入键盘，用以修改实时时钟。

系统采用AT89S52作为处理器，用DS12887实时时钟芯片作时钟计时单元，它不仅可以计时，同时内部还有RAM单元，可以保证时钟及内部RAM内的数据不受停电的影响，保护数据不丢失。

显示电路采用了CD4511芯片来完成驱动和译码的功能，另外该芯片具有的数据锁存功能克服了采用软件扫描显示电路所固有的闪烁的问题。

输出驱动电路部分，采用了CD4042反相锁存器来驱动二极管、蜂鸣器工作。

DS12887是一个DALLAS公司生产的实时时钟芯片，它把时钟芯片所需的晶振电路和外部锂电池等相关电路都集成与芯片内部，具有低功耗、工作稳定、功能集成度高、计时精确、与各种微处理器接口简便、在没有外接电源情况下可正常工作10年等一系列优点。用DS12887实时时钟芯片作时钟计时单元，它不仅可以计时，同时内部还有RAM单元，可以保证时钟及内部RAM内的数据不受停电的影响，保护数据不丢失。显示电路采用了CD4511芯片来完成驱动和译码的功能，另外该芯片具有的数据锁存功能克服了采用软件扫描显示电路所固有的闪烁的问题。

输出驱动电路部分，采用了CD4042反相锁存器来驱动二极管、蜂鸣器工作。由单片机的引脚控制教室灯、宿舍灯、校园灯、上下课铃四个开关量。

四、预期结果

校园作息时间控制系统设计好后能实现如下功能：

1、实现了以24小时为周期的教室灯、路灯、宿舍灯、上下课铃开关量进行自动控制。

2、用单片机引脚控制上下课按时打铃用蜂鸣器响来实现、教学楼照明的定时开关、学生宿舍等及校园路灯的定时开关用二极管亮灭实现。实现具有报时功能的作息时间控制钟。

3、实现了用七段数码管显示时钟时、分、秒，用键盘显示时钟并可实现手动修改时间。

五、进度计划

该课题设计分以下六个阶段：

第一阶段：进行AT89S52单片机的入门学习及初步进行系统架构设计，查阅和设计任务相关的资料（2周）；

第二阶段：巩固和加深汇编语言的编程能力，同时对16位单片机的汇编语言编程部分进行加强训练（2周）；

第三阶段：硬件主体设计,含线路设计、原理图、印刷电路板图（2周）；

第四阶段：系统软件设计,注意:在整个实施过程中要随时记录工作进程、收集并随时整理有关的资料、程序、电路图等等，以便顺利进入论文工作（2周）；