可调电子时钟的设计毕业论文.doc
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1、 编号 2010311124 毕 业 设 计( 2014 届本科) 设计题目: 可调电子时钟的设计 学 院: 电气工程学院 专 业: 电子信息工程 班 级: 10级电信班 作者姓名: 杨小林 指导教师: 雷继海 职称: 研究生 完成日期: 2014 年 4 月 12 日 陇东学院本科生毕业设计诚信声明(1)可调电子时钟的设计(1)摘 要(1)Abstract(1)1 引 言(1)2 功能要求(2)3 方案论证与设计(2)3.1 单片机芯片的选择方案和论证(2)3.2 显示模块选择方案和论证(2)3.3 时钟芯片的选择方案和论证(3)3.4 温度传感器的选择方案与论证(3)3.5 键盘电路的选择
2、方案与论证(3)3.6 电路设计最终方案决定(4)4 系统总体结构框图(4)5 系统硬件的设计(4)5.1 系统硬件概述(5)5.2 主控芯片AT89S52(5)5.2.1 AT89S52单片机引脚功能(6)5.2.2 AT89S52单片机硬件结构的特点(7)5.2.3 AT89S52单片机的硬件原理(8)5.3 时钟电路DS1302(10)5.3.1 DS1302芯片介绍(10)5.3.2 DS1302 的应用(13)5.4 温度采集电路DS18B02(14)5.4.1 DS18B20的主要特性(14)5.4.2 DS18B20的电路连接(15)5.5 调时按键设计(15)5.6 显示模块的
3、设计(16)5.6.1 LCD1602的基本参数及引脚功能(16)5.6.2 LCD1602的指令说明及时序(18)5.6.3 LCD1602的电路连接(20)6 系统软件的设计(20)6.1系统总流程图的设计(20)6.2阳历程序流程图(21)6.3 时间调整程序流程图(22)6.4 DS1302时钟程序流程图(23)6.5 温度显示程序流程图(24)6.6 LCD1602显示程序流程图(25)7总结(26)参考文献(27)致 谢(28) 陇东学院本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明:所呈交的本科毕业设计,是本人在指导老师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议,除文中已
4、经注明引用的内容外,本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名: 二 O 一 年 月 日 28可调电子时钟的设计杨小林, 雷继海(陇东学院 电气工程学院,甘肃 庆阳 745000) 摘 要:电子时钟是单片机系统的一个应用,由硬件和软件相配合使用。本文是通过对单片机的控制能实现日历功能电子时钟的设计,从而达到学习、了解单片机相关指令在各方面的应用。硬件由主控器、时钟电路、温度检测电路、显示电路、键盘接口电路5个模块组成。主控模块用AT89C52、时钟电路用时钟芯片DS13
5、02、显示模块用LCD液晶屏、温度检测采用DS18B20温度传感器、键盘接口电路用普通按键完成;软件利用C语言编程实现单片机的控制功能。单片机通过时钟芯片DS1302获取时间数据,DS18B20采集温度信号送该给单片机处理,单片机再把时间数据和温度数据送给LCD液晶显示屏显示阳历年、月、日、时、秒、星期以及温度。 关键词:电子时钟;单片机;温度传感器;LCD液晶显示 The design of the adjustable electronic clock YANG Xiao-lin, LEI Ji-hai (Electrical Engineering College,LongDong Un
6、iversity,Qingyang 745000,Gansu,china) Abstract: Electronic clock is an application of the single-chip microcomputer system, used by combination of hardware and software. This article is based on single chip microcomputer control can realize the calendar function the design of the electronic clock, s
7、o as to learn and understand SCM related instruction in all aspects of the application. Hardware consists of the host controller, the clock circuit, temperature detection circuit, display circuit, keyboard interface circuit of five modules. Master control module with AT89C52, punching a time clock c
8、hip DS1302 clock circuit, with LCD display module, temperature detection using DS18B20 temperature sensor, keyboard interface circuit using ordinary buttons; Software using C language programming to realize single chip microcomputer control function. Single-chip computer time data accessed by the cl
9、ock chip DS1302, DS18B20 collecting temperature signal send MCU processing, the single chip microcomputer to give the time and temperature data to the LCD liquid crystal display shows The Gregorian calendar year, month, day, and, second, week and temperature.Key words: electronic clock;microcontroll
10、er;temperature sensor;LCD liquid crystal display 1 引 言 在日新月异的21世纪里,家用电子产品得到了迅速发展。许多家电设备都趋于人性化、智能化,这些电器设备大部分都含有微控制器。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点,近几年得到迅猛发展和大范围推广,广泛应用于工业控制系统、通讯设备、日常消费类产品和玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各个方面,如车间流水线控制、自动化系统、智能型家用电器(冰箱、空调、彩电)等。用单片机来控制的小型家电产品具有便携实用,操作简单的特点。其中电子时钟是一种应用非常广泛的日常计时
11、工具,数字显示的电子钟已经越来越流行,特别是适合在家庭居室、办公室、大厅、会议室、车站和广场等使用。为此设计了一种功能全面、计时准确、成本低廉的基于51单片机的数字时钟。2 功能要求 电子时钟可用LCD液晶屏显示阳历年、月、日以及星期和时、分、秒。 对日期、时间以及星期有校准功能。 数字式温度计要求测温范围-2050, LCD液晶屏直读显示。3 方案论证与设计3.1 单片机芯片的选择方案和论证方案一: 采用89C51芯片作为硬件核心。采用Flash ROM,内部具有4KB ROM 存储空间,能以3V的超低压工作;而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编
12、程技术, 当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二: 采用AT89S52。片内ROM全都采用Flash ROM;能以3V的超底压工作。同时也兼容MCS-51指令系统,8K可反复擦写ISP Flash ROM;同样具有89C51的功能,且具有在线编程可擦除技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,不需要对芯片多次拔插,所以不会对芯片造成损坏。所以选择采用AT89S52作为主控制系统。3.2 显示模块选择方案和论证方案一: 采用LED数码管显示。LED数码管价格适中,对于显示数字较
13、为合适,一个人数码管可以显示一位数字,但是当要显示位数比较多的时候,数码管操作起来十分繁琐;并且当硬件电路设计好之后,系统显示能力也基本确定,系统显示能力的拓展受到限制。所以不用此种作为显示。方案二: 采用点阵式数码管显示。点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成,对于显示文字比较适合,用于显示数字显得比较浪费,且价格也相对较高,所以在此也不用此种作为显示。方案三: 采用1602液晶显示屏。该液晶显示屏的显示功能强大,内置192种字符,可显示大量符号、数字清晰可见,而且功率消耗小寿命长抗干扰能力强。所以在此设计中采用1602液晶显示屏。3.3 时钟芯片的选择方案和论证方案一: 直接采用单片机定
14、时计数器提供秒信号。使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用,节约成本,但是编程任务繁重,时间误差较大。所以不采用此方案。方案二: 采用DS1302时钟芯片实现时钟。DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片,可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数,而且精度高,318位的RAM做为数据暂存区,工作电压2.5V5.5V范围内,2.5V时耗电小于300nA。所以本设计采用DS1302时钟芯片。3.4 温度传感器的选择方案与论证方案一: 使用热敏电阻作为传感器。用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压,利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性,采集这两
15、个电阻变化的分压值,并进行A/D转换。此设计方案需用A/D转换电路,增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的,会产生较大的测量误差。方案二: 与前面相比,采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件,测温范围为-55125,最大分辨率可达0.0625。DS18B20可以直接读出被测温度值,而且采用3线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点。因此本设计选用DS18B20温度传感器。3.5 键盘电路的选择方案与论证 在对日期和时间进行调节校准过程中,系统需要检测高低电平,因此需要用按键。方案一: 使用
16、独立式键盘。独立式键盘是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。独立式按键电路配置灵活,软件编程简单。方案二: 使用矩阵式键盘。矩阵式键盘是由行线和列线组成,按键位于行、列交叉点上,行线、列线分别连接到按键开关的两端,其特点是简单且不增加成本,这种按键适合按键数较多的场合。 根据以上的论述,因本系统需要的按键不多,要求简单。因此采用方案一,选用独立式键盘。3.6 电路设计最终方案决定 综上各方案所述,对此设计品的方案选定:采用STC89C52作为主控制芯片,DS1302时钟芯片计时,DS18B20采集温度,独立式键盘用于校准,LCD1602作为显示模块。4 系统总体结构框图 按照系统设计功能的要
17、求,初步确定设计系统由主控模块、时钟模块、键盘接口模块、显示模块和温度采集模块共5个模块组成,电路系统构成框图如图4-1所示。 AT89S52 主控制模块键盘模块LCD液晶显示模块温度采集模块DS1302时钟模块 图4-1系统结构框图 在本设计中,以按键作为输入装置,LCD液晶显示屏作为显示装置,各按键的功能为:S1键:P3.2口 设置键 S2键:P3.3口 上调键 S3健:P3.4口 下调键5 系统硬件的设计5.1 系统硬件概述 本电路是以AT89S52单片机为控制核心,该芯片具有在线编程功能,功耗低,能在3.3V的超低压下工作。时钟芯片使用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带R
18、AM的实时时钟芯片DS1302,DS1302作为主要计时芯片,具有使用寿命长,精度高和功耗低等特点,同时具有掉电自动保存功能,可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,其工作电压为2.5V5.5V;温度检测模块由DS18B20构成,它采用独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯,具有测量精度高、测量范围广等优点,其测温范围在-55+125,工作电压为3v5.5v;显示部份使用LCD1602液晶显示屏来实现,该显示屏具有低功耗、寿命长、可靠性高的特点,其工作电压为5v。5.2 主控芯片AT89S52 AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K在系统可编
19、程存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash ,使得AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O 口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2 种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作
20、,允许RAM 、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM 内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。图5-1 AT89S52的引脚5.2.1 AT89S52单片机引脚功能 P0口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O 口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。 P1口:P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口,P1 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把
21、端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。此外,P1.0 和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。 P2口:P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口,P2输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行M
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