單片機(jī)課程設(shè)計(jì)---多功能時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、<p>　　ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　專 業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 </p><p>　　班 級(jí)：10級(jí)科技一班 </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　完成時(shí)間：2013年6月15日 </p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用LCD液晶屏幕顯示系統(tǒng)，以STC89C52RC單片機(jī)為核心，由鍵盤、溫度采集、定時(shí)鬧鈴、日期

3、提醒等功能模塊組成?；陬}目基本要求，本系統(tǒng)對(duì)時(shí)間顯示、鬧鈴方式進(jìn)和溫度采集系統(tǒng)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)。此外，擴(kuò)展了整點(diǎn)報(bào)時(shí)、非易失鬧鈴信息存儲(chǔ)、國內(nèi)外重要節(jié)日提醒等功能。本系統(tǒng)大部分功能由軟件來實(shí)現(xiàn)，吸收了硬件軟件化的思想，大部分功能通過軟件來實(shí)現(xiàn)，使電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高。本系統(tǒng)不僅成功的實(shí)現(xiàn)了要求的基本功能，多數(shù)發(fā)揮部分也得到了實(shí)現(xiàn)，而且還具有一定的創(chuàng)新功能。</p><p><b>　　關(guān)鍵字：

4、</b></p><p>　　STC89C52RC單片機(jī)、LCD液晶顯示、雙電源供電、溫度采集、非易失定時(shí)鬧鈴、生日提醒、重要節(jié)日提醒、整點(diǎn)報(bào)時(shí)</p><p><b>　　多功能時(shí)鐘設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　一、任務(wù)設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　1、設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)

5、并制作一個(gè)多功能數(shù)字鐘。</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)能支持年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的時(shí)鐘，時(shí)鐘有時(shí)間調(diào)整功能及鬧鐘功能；</p><p>　　時(shí)鐘附帶有一個(gè)溫度計(jì)功能，溫度檢測(cè)精度高于2度，顯示精度為1度；</p><p>　　時(shí)鐘具有裝卸電池時(shí)掉電保護(hù)功能，保護(hù)時(shí)間

6、大于5分鐘；</p><p>　　時(shí)鐘功耗小于0.5MA/5V。</p><p><b>　　3.發(fā)揮部分：</b></p><p>　　提高溫度檢測(cè)精度，在0℃-40℃顯示0.1℃；</p><p>　　實(shí)現(xiàn)雙電源供電（220V及電池供電）；</p><p>　　能夠提供生日提醒指示；能夠每天提

7、供3個(gè)時(shí)間點(diǎn)的鬧鐘報(bào)時(shí)功能；</p><p><b>　　非接觸止鬧功能。</b></p><p><b>　　4.創(chuàng)新部分:</b></p><p><b>　　非易失定時(shí)鬧鈴</b></p><p><b>　　重要日期提醒</b></p>

8、<p><b>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)</b></p><p><b>　　二、方案論證：</b></p><p><b>　　1.顯示部分:</b></p><p>　　顯示部分是本次設(shè)計(jì)的重要部分，一般有以下兩種方案：</p><p><b>　　方案：<

9、;/b></p><p>　　采用LED顯示，分靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。對(duì)于靜態(tài)顯示方式，所需的譯碼驅(qū)動(dòng)裝置很多，引線多而復(fù)雜，且可靠性也較低。而對(duì)于動(dòng)態(tài)顯示方式，雖可以避免靜態(tài)顯示的問題，但設(shè)計(jì)上如果處理不當(dāng)，易造成亮度低，有閃爍等問題。</p><p><b>　　2.數(shù)字時(shí)鐘：</b></p><p>　　數(shù)字時(shí)鐘是本設(shè)計(jì)的核心的部分。

10、根據(jù)需要可采用以下兩種方案實(shí)現(xiàn)：</p><p><b>　　方案：</b></p><p>　　方案完全用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘。原理為：在單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器設(shè)三個(gè)字節(jié)分別存放時(shí)鐘的時(shí)、分、秒信息。利用定時(shí)器與軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)1秒定時(shí)中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲(chǔ)器內(nèi)相應(yīng)的秒值加1；若秒值達(dá)到60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加1；若分值達(dá)到60，則清零分字節(jié)，并將時(shí)字節(jié)值加1；

11、若時(shí)值達(dá)到24，則將時(shí)字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點(diǎn)，但當(dāng)單片機(jī)不上電，程序?qū)⒉粓?zhí)行。而且由于每次執(zhí)行程序時(shí)，定時(shí)器都要重新賦初值，所以該時(shí)鐘精度不高。</p><p><b>　　3.溫度采集：</b></p><p>　　由于現(xiàn)在用品追求多樣化，多功能化，給系統(tǒng)加上溫度測(cè)量顯示模塊，能夠方便人們的生活，使該設(shè)計(jì)具有人性化。</p><p

12、><b>　　方案：</b></p><p>　　采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè)小于1攝氏度的信號(hào)是不適用的。</p><p><b>　　4.鬧鈴部分：</b></p><p>　　一般的時(shí)鐘都帶有鬧鈴，實(shí)現(xiàn)鬧鈴方式可采用以下兩種:</p>

13、;<p><b>　　方案：</b></p><p>　　將鬧鐘信息存放在單片機(jī)自帶的存儲(chǔ)器中。該方案成本低而且易于實(shí)現(xiàn)，但是一但掉電會(huì)造成之前信息的丟失。</p><p><b>　　5.電源模塊：</b></p><p><b>　　方案：</b></p><p&

14、gt;　　采用干電池作為系統(tǒng)電源。但需經(jīng)常換電池，不符合節(jié)約型社會(huì)的要求。</p><p><b>　　三、總體方案：</b></p><p><b>　　1.工作原理:</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用STC89C52RC單片機(jī)作為本系統(tǒng)的控制模塊。單片機(jī)可把由DS18B20、DS1302、AT24C02中的數(shù)據(jù)利

15、用軟件來進(jìn)行處理，從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊，實(shí)現(xiàn)溫度、日歷和鬧鈴的顯示。以LCD液晶顯示器為顯示模塊，把單片機(jī)傳來的數(shù)據(jù)顯示出來，并且顯示多樣化。在顯示電路中，主要靠按鍵來實(shí)現(xiàn)各種顯示要求的選擇與切換。</p><p><b>　　2.總體設(shè)計(jì):</b></p><p>　　設(shè)計(jì)總體框架圖如圖1</p><p>　　四、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（單元電路設(shè)

16、計(jì)及分析）：</p><p>　　1. STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)：</p><p>　　最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復(fù)位開關(guān)和電源部分。圖2為STC89C52RC單片機(jī)的最小系統(tǒng)。</p><p>　　圖2 最小系統(tǒng)電路圖</p><p><b>　　2.溫度測(cè)量模塊:</b></p><p&

17、gt;　　溫度測(cè)量傳感器采用DALLAS公司DS18B20的單總線數(shù)字化溫度傳感器，測(cè)溫范圍為-55℃~125℃，可編程為9位~12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率達(dá)到0.0625℃，采用寄生電源工作方式，CPU只需一根口線便能與DS18B20通信，占用CPU口線少，可節(jié)省大量引線和邏輯電路。接口電路如圖3所示。</p><p>　　圖3 DS18B20測(cè)量電路</p><p><b&

18、gt;　　3.時(shí)鐘模塊:</b></p><p>　　時(shí)鐘模塊采用DS1302芯片，DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒分時(shí)日日期月年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式DS1302與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅

19、需用到三個(gè)口線：</p><p>　　RST復(fù)位、I/O數(shù)據(jù)線、SCLK串行時(shí)鐘。時(shí)鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW，其接線電路如圖4所示：</p><p><b>　　圖4 時(shí)鐘電路</b></p><p><b>　　4.存儲(chǔ)器模塊

20、:</b></p><p>　　存儲(chǔ)器采用Atmel公司的AT24C02芯片。該芯片帶有2KB的串行COMS EEPROM，內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)，可通過I2C總線對(duì)其接口進(jìn)行讀寫操作，而且?guī)в袑懕Ｗo(hù)功能。其接線圖如圖5所示。</p><p>　　圖5 AT24C02存儲(chǔ)器電路</p><p>　　5. LCD液晶顯示模塊:</p>

21、<p>　　LCD液晶顯示模塊采用LCD1602型號(hào)，具有很低的功耗，正常工作時(shí)電流僅2.0mA/5.0V。通過編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉屏幕能夠更有效的降低功耗。LCD1602分兩行顯示，每行可顯示多達(dá)16個(gè)字符。LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，通過內(nèi)部指令可實(shí)現(xiàn)對(duì)其顯示多樣的控制，并且還能利用空余的空間自定義字符。其接線如圖6所示：</p><p>

22、;　　圖6 LCD顯示電路</p><p><b>　　6.系統(tǒng)電源:</b></p><p>　　雙電源設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。220V交流轉(zhuǎn)5V直流穩(wěn)壓電源會(huì)更加安全、實(shí)用。當(dāng)沒有交流電時(shí)，系統(tǒng)采用干電池供電；當(dāng)接通交流電時(shí)，則電路自動(dòng)切換到交流電供電，并且對(duì)干電池進(jìn)行慢性充電。電路圖如圖7：</p><p><b>　　圖7 電源

23、電路</b></p><p><b>　　7.整體電路：</b></p><p>　　系統(tǒng)整體電路如圖8 所示：</p><p>　　圖8 系統(tǒng)總體電路圖</p><p>　　五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程：</p><p>　　1.主程序流程如圖9所示:</p><p>

24、;　　圖9 系統(tǒng)主程序流程</p><p>　　2.時(shí)間設(shè)定程序流程如圖10所示：</p><p>　　圖10 顯示時(shí)間子程序流程</p><p>　　3. 溫度測(cè)量流程圖如圖11所示：</p><p>　　圖11 溫度測(cè)量程序流程圖</p><p>　　4.鬧鈴設(shè)定流程圖如圖12所示：</p><

25、p>　　圖12 鬧鈴設(shè)定程序流程圖</p><p>　　5. 生日設(shè)定流程圖如圖13所示：</p><p>　　圖13 生日設(shè)定程序流程圖</p><p><b>　　六、程序：</b></p><p>　　//實(shí)時(shí)時(shí)鐘寫入一字節(jié)(內(nèi)部函數(shù)) </p><p>　　void DS1302I

26、nputByte(uchar d) </p><p>　　{ uchar i;</p><p><b>　　ACC = d;</b></p><p>　　for(i=8; i>0; i--)</p><p>　　{ io = ACC0; //相當(dāng)于匯編中的 RRC </p&g

27、t;<p><b>　　clk = 1;</b></p><p><b>　　clk = 0;</b></p><p>　　ACC = ACC >> 1; </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b

28、></p><p>　　//實(shí)時(shí)時(shí)鐘讀取一字節(jié)(內(nèi)部函數(shù)) </p><p>　　uchar DS1302OutputByte(void) </p><p>　　{ uchar i;</p><p>　　for(i=8; i>0; i--)</p><p>　　{ ACC = ACC >&g

29、t;1; //相當(dāng)于匯編中的 RRC </p><p>　　ACC7 = io;</p><p><b>　　clk = 1;</b></p><p><b>　　clk = 0;</b></p><p><b>　　} </b></p>

30、<p>　　return(ACC); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　//寫入DS1302數(shù)據(jù)</p><p>　　//參數(shù)說明：ucAddr --DS1302地址, ucData--要寫的數(shù)據(jù) *</p><p>　　void Write1302(uchar ucAddr, u

31、char ucDa) </p><p>　　{ rst = 0;</p><p><b>　　clk = 0;</b></p><p><b>　　rst = 1;</b></p><p>　　DS1302InputByte(ucAddr); // 地址，命令 </p&

32、gt;<p>　　DS1302InputByte(ucDa); // 寫1Byte數(shù)據(jù) </p><p><b>　　clk = 1;</b></p><p><b>　　rst = 0;</b></p><p><b>　　} </b></p><p

33、>　　//讀取DS1302某地址的數(shù)據(jù)</p><p>　　uchar Read1302(uchar ucAddr) </p><p>　　{ uchar ucData;</p><p><b>　　rst = 0;</b></p><p><b>　　clk = 0;</b></

34、p><p><b>　　rst = 1;</b></p><p>　　DS1302InputByte(ucAddr|0x01); // 地址，命令 </p><p>　　ucData = DS1302OutputByte(); // 讀1Byte數(shù)據(jù) </p><p><b>　

35、　clk = 1;</b></p><p><b>　　rst = 0;</b></p><p>　　return(ucData);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//獲取時(shí)鐘芯片的時(shí)鐘數(shù)據(jù)到自定義的結(jié)構(gòu)型數(shù)組</p><p>　　v

36、oid DS1302_GetTime(SYSTEMTIME *Time) </p><p>　　{uchar ReadValue;</p><p>　　ReadValue = Read1302(DS1302_SECOND);</p><p>　　Time->Second = ((ReadValue&0x70)>>4)*10 + (Rea

37、dValue&0x0F);//由高低各四位組成，轉(zhuǎn)BCD碼為十進(jìn)制碼</p><p>　　ReadValue = Read1302(DS1302_MINUTE);</p><p>　　Time->Minute = ((ReadValue&0x70)>>4)*10 + (ReadValue&0x0F);</p><p>　　

38、ReadValue = Read1302(DS1302_HOUR);</p><p>　　Time->Hour = ((ReadValue&0x70)>>4)*10 + (ReadValue&0x0F);</p><p>　　ReadValue = Read1302(DS1302_DAY);</p><p>　　Time->D

39、ay = ((ReadValue&0x70)>>4)*10 + (ReadValue&0x0F);</p><p>　　ReadValue = Read1302(DS1302_WEEK);</p><p>　　Time->Week = ((ReadValue&0x70)>>4)*10 + (ReadValue&0x0F);&l

40、t;/p><p>　　ReadValue = Read1302(DS1302_MONTH);</p><p>　　Time->Month = ((ReadValue&0x70)>>4)*10 + (ReadValue&0x0F);</p><p>　　ReadValue = Read1302(DS1302_YEAR);</p>

41、;<p>　　Time->Year = ((ReadValue&0x70)>>4)*10 + (ReadValue&0x0F);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　七、設(shè)計(jì)心得體會(huì)：</b></p><p>　　經(jīng)過大家多天的努力，終于完成

42、了第一次任務(wù)，設(shè)計(jì)出了匯集外觀精美、方便實(shí)用、功能強(qiáng)大于一體的數(shù)字電子鐘。該數(shù)字鐘采用桌面式擺放設(shè)計(jì)，精美雅觀；附帶雙電源裝備，可供不時(shí)之需，而且具有溫度、鬧鈴、生日一些列常用的附加功能，更加方便實(shí)用，符合現(xiàn)實(shí)要求；多功能時(shí)鐘還具有掉電也不會(huì)丟失時(shí)間、鬧鈴、生日等信息的優(yōu)點(diǎn)，可避免不必要的煩惱，設(shè)計(jì)更加的人性化和智能化。同時(shí)還能夠自定義調(diào)整顯示灰度和屏幕背光亮度，帶背光功能，夜里更實(shí)用！</p><p>　　經(jīng)過

43、這次的實(shí)踐，也可以說是經(jīng)過了多天的學(xué)習(xí)，盡管期間苦難重重，但我們還是從中學(xué)習(xí)了不少新的知識(shí)和解決困難的方法，也體驗(yàn)到了自主創(chuàng)作的快樂。</p><p><b>　　八、參考資料：</b></p><p>　　[1]求是科技. 單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航. 北京：人民郵電出版社. 2005.8</p><p>　　[2]徐淑華, 程退安等.單片微

44、型機(jī)原理及應(yīng)用. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社. 2005.1</p><p>　　[3]孫余凱. 精選實(shí)用電子電路260例. 北京：電子工業(yè)出版社. 2007.6</p><p>　　[4]殷春浩, 崔亦飛. 電磁測(cè)量原理及應(yīng)用. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社. 2003.7</p><p>　　[5]《LCD1602A數(shù)據(jù)手冊(cè)》</p><p&g