基于单片机的校园打铃系统设计方案
第1章绪论
校园打铃系统就是利用现代计算机、通讯等技术，以传统的铃声系统为基础，根据用户对铃声系统功能的要求，由单片机来控制、管理、播放的系统。
通过把播放的容以数字形式存放在存储器中，然后单片机通过控制软件，按照学校设定的播放时间和容控制单片机自动将存储器中的数字音乐文件播放出来。铃声控制系统整体由两部分组成：主控中心和终端电铃。主控中心以单片机为核心，包括控制电路、显示电路、键盘电路和存储电路。终端电铃为响应控制设备，通过其自身的控制系统可以获得清晰、响亮的声响。
单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，并且在很多电子产品中也将其用到校园铃声和广播控制。单片机又称单片微控制器，是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词—“智能型”，如智能型洗衣机等。
本次设计是实现一个单片机的校园打铃系统，能过设置打铃时间，同时要求能够在系统掉电时，时间能够继续，数据能够保持，能够实现打铃。
第2章方案设计与论证
2.1 系统方案选择与比较
2.1.1 控制模块方案选择
校园打铃系统设计方案有多种，下面提出两种电路方案。
方案一：主要是由石英晶体振荡电路和分频器电路组成的脉冲发生器、校时电路、报时电路以及时、分、秒计数器和译码显示电路等电路组成，其中采用计数器74LS290、译码器74LS49、分频器和八段数码管显示器等器件组成的校园打铃系统，整个系统有控制简单，调试容易等优点，但是其显示功能单一、电路复杂。其组成方框图如下2-1所示：
图2-1 方案一组成方框图
方案二：采用ATC公司的单片机ATC89C51作为控制器。单片机运算能力强，软件编程灵活，自由度大。它是MCS-51系列单片机的派生产品，在指令系统、硬件结构和片资源上与标准8051单片机完全兼容，使用时容易掌握；采用ATC89S52单片机稳定可靠、应用广泛、通用性强。
图2-2 方案二组成方框图
方案选择：采用方案一实现的校园打铃控制系统调试容易，价格相对较为便宜，但是电路结构复杂，控制单一，且整个系统性能不是很高，倒计时不是非常精确，功能不完整，如果要求系统调节打铃时间时不容易调整。采用方案二实现的校园打铃系统其电路结构简单，可实现多功能控制，计时精确，全自动化实现其所用功能，并且能在断电的情况下任能正常的实现打铃。因而对于完成此题目，方案二完全能实现设计要求，并且容易掌握，此方案是利用编程来实现，易于调整时间，且I/O接口很多，易于扩展外围电路，故选择方案二。
2.1.2 显示模块方案选择
该系统要求完成当下年、月、日、时、分、秒、星期的显示等功能。基于上述原因，考虑了三种方案。
方案一：完全采用点阵式LED 显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。
方案二：用七段LED数码管完成年、月、日、时、分、秒、星期显示，这种方案只能显示数字、英文字符及一些简单的数学符号，但价格相对便宜。
方案比较：相对比较而言，方案二比方案一更符合此设计要求，方案一采用点阵式LED显示的方法，而设计只要求年、月、日、时、分、秒、星期的显示输出。因此这种方案既软件工作量大，又价格相对较贵，因此权衡利弊，选择方案二。
2.2.3 存储模块方案选择
存储器是整个系统的“连接线”，它是系统稳定工作的保障，为使各个模块稳定工作，须有可靠存储器。下面考虑了两种电源方案。
方案一：采用单片机存储器。该方案的优点是存储方便，节约成本；缺点是断电后存储数据消失。
方案二：采用存储器24C02C 。该方案保证设置的打铃时间数据在掉电时也不会丢失，同时实现在系统运行时能够修改打铃时间，采用开关电源作为整个系统的供电，它具有多路电源输出，缺点是价格较贵。
方案比较：方案一只采用单片机自身的存储是不行的，而方案二虽然要给另外购买，但却能在断电的情况下仍能存储数据并且继续计数。故选择第二种方案。
2.2 总体方案设计思想
根据校园打铃系统的设计，可将本系统分为四个模块，第一个模块是控制模块，主要负责整个系统工作的控制和运算，从而使各模块正常工作；第二个模块为显示模块，主要是对现时刻年、月、日、时、分、秒和星期的直观显示；第三个模块是键控模块，它的主要作用是辅助控制模块，相当于输入装置，利用它可以对打铃时间进行调节；第四个模块是存储模块，它是整个系统的连接线，负责给各模块提供合适的信息，让各模块能稳定工作。其系统设计结构如图2-3所示。
图2-3 系统设计结构图
第3章硬件电路设计
3.1 控制模块设计
AT89C51在此设计中起到非常重要的作用，它就像一个人的大脑，控制着整个设计的所有系统。此设计的控制模块由单片机、复位电路、时钟电路组成的。
3.1.1 单片机AT89C51简介
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPER-OM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种商效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
图3-1 AT89C51引脚图
AT89C51单片机引脚分布如图3-1所示。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校
验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1口管脚写入1后，被部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P3.0（RXD）：串行输入口
P3.1（TXD）：串行输出口
3.1.2 单片机时钟电路复位电路介绍
1.时钟电路模块
单片机的时钟信号用来为单片机芯片部的各种操作提供时间基准。
时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，作为单片机工作的时间基准，典型的晶体管振荡频率为12MHz。
AT89C51单片机有时钟振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体和微调电容，就构成了自激振荡器并在单片机部产生时钟脉冲信号，具体电路设计如图3-2所示。图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，其值为5～30pF，在此选择30pF；晶振X1的振荡频率围在1.2～12MHz之间选择。
图3-2 单片机时钟、复位电路
2.复位电路模块
复位电路使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的状态。
当在单片机的RST引脚处引入高电平并保持2个机器周期，单片机部就执行复位操