單片機課程設計---多功能時鐘設計

1、<p>　　ARM嵌入式系統(tǒng)基礎教程</p><p><b>　　課程設計</b></p><p>　　專 業(yè)：計算機科學與技術學院 </p><p>　　班 級：10級科技一班 </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學 號： </p><p>　　完成時間：2013年6月15日 </p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　本設計采用LCD液晶屏幕顯示系統(tǒng)，以STC89C52RC單片機為核心，由鍵盤、溫度采集、定時鬧鈴、日期

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

4、</b></p><p>　　STC89C52RC單片機、LCD液晶顯示、雙電源供電、溫度采集、非易失定時鬧鈴、生日提醒、重要節(jié)日提醒、整點報時</p><p><b>　　多功能時鐘設計</b></p><p><b>　　一、任務設計：</b></p><p>　　1、設計任務：設計

5、并制作一個多功能數(shù)字鐘。</p><p><b>　　2、設計要求：</b></p><p>　　設計能支持年、月、日、星期、時、分、秒的時鐘，時鐘有時間調整功能及鬧鐘功能；</p><p>　　時鐘附帶有一個溫度計功能，溫度檢測精度高于2度，顯示精度為1度；</p><p>　　時鐘具有裝卸電池時掉電保護功能，保護時間

6、大于5分鐘；</p><p>　　時鐘功耗小于0.5MA/5V。</p><p><b>　　3.發(fā)揮部分：</b></p><p>　　提高溫度檢測精度，在0℃-40℃顯示0.1℃；</p><p>　　實現(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個時間點的鬧鐘報時功能；</p><p><b>　　非接觸止鬧功能。</b></p><p><b>　　4.創(chuàng)新部分:</b></p><p><b>　　非易失定時鬧鈴</b></p><p><b>　　重要日期提醒</b></p>

8、<p><b>　　整點報時</b></p><p><b>　　二、方案論證：</b></p><p><b>　　1.顯示部分:</b></p><p>　　顯示部分是本次設計的重要部分，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)顯示和動態(tài)顯示。對于靜態(tài)顯示方式，所需的譯碼驅動裝置很多，引線多而復雜，且可靠性也較低。而對于動態(tài)顯示方式，雖可以避免靜態(tài)顯示的問題，但設計上如果處理不當，易造成亮度低，有閃爍等問題。</p><p><b>　　2.數(shù)字時鐘：</b></p><p>　　數(shù)字時鐘是本設計的核心的部分。

10、根據(jù)需要可采用以下兩種方案實現(xiàn)：</p><p><b>　　方案：</b></p><p>　　方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內部存儲器設三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結合實現(xiàn)1秒定時中斷，每產生一次中斷，存儲器內相應的秒值加1；若秒值達到60，則將其清零，并將相應的分字節(jié)值加1；若分值達到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；

11、若時值達到24，則將時字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點，但當單片機不上電，程序將不執(zhí)行。而且由于每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度不高。</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)加上溫度測量顯示模塊，能夠方便人們的生活，使該設計具有人性化。</p><p

12、><b>　　方案：</b></p><p>　　采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復性、可靠性較差，對于檢測小于1攝氏度的信號是不適用的。</p><p><b>　　4.鬧鈴部分：</b></p><p>　　一般的時鐘都帶有鬧鈴，實現(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自帶的存儲器中。該方案成本低而且易于實現(xiàn)，但是一但掉電會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。但需經常換電池，不符合節(jié)約型社會的要求。</p><p><b>　　三、總體方案：</b></p><p><b>　　1.工作原理:</b></p><p>　　本設計采用STC89C52RC單片機作為本系統(tǒng)的控制模塊。單片機可把由DS18B20、DS1302、AT24C02中的數(shù)據(jù)利

15、用軟件來進行處理，從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊，實現(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，主要靠按鍵來實現(xiàn)各種顯示要求的選擇與切換。</p><p><b>　　2.總體設計:</b></p><p>　　設計總體框架圖如圖1</p><p>　　四、系統(tǒng)硬件設計（單元電路設

16、計及分析）：</p><p>　　1. STC89C52RC單片機最小系統(tǒng)：</p><p>　　最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復位開關和電源部分。圖2為STC89C52RC單片機的最小系統(tǒng)。</p><p>　　圖2 最小系統(tǒng)電路圖</p><p><b>　　2.溫度測量模塊:</b></p><p&

17、gt;　　溫度測量傳感器采用DALLAS公司DS18B20的單總線數(shù)字化溫度傳感器，測溫范圍為-55℃~125℃，可編程為9位~12位A/D轉換精度，測溫分辨率達到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測量電路</p><p><b&

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

19、需用到三個口線：</p><p>　　RST復位、I/O數(shù)據(jù)線、SCLK串行時鐘。時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW，其接線電路如圖4所示：</p><p><b>　　圖4 時鐘電路</b></p><p><b>　　4.存儲器模塊

20、:</b></p><p>　　存儲器采用Atmel公司的AT24C02芯片。該芯片帶有2KB的串行COMS EEPROM，內部含有256個8位字節(jié)，可通過I2C總線對其接口進行讀寫操作，而且?guī)в袑懕Ｗo功能。其接線圖如圖5所示。</p><p>　　圖5 AT24C02存儲器電路</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，具有很低的功耗，正常工作時電流僅2.0mA/5.0V。通過編程實現(xiàn)自動關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16個字符。LCD1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，通過內部指令可實現(xiàn)對其顯示多樣的控制，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>　　雙電源設計是本設計的重點。220V交流轉5V直流穩(wěn)壓電源會更加安全、實用。當沒有交流電時，系統(tǒng)采用干電池供電；當接通交流電時，則電路自動切換到交流電供電，并且對干電池進行慢性充電。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)軟件設計流程：</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.時間設定程序流程如圖10所示：</p><p>　　圖10 顯示時間子程序流程</p><p>　　3. 溫度測量流程圖如圖11所示：</p><p>　　圖11 溫度測量程序流程圖</p><p>　　4.鬧鈴設定流程圖如圖12所示：</p><

25、p>　　圖12 鬧鈴設定程序流程圖</p><p>　　5. 生日設定流程圖如圖13所示：</p><p>　　圖13 生日設定程序流程圖</p><p><b>　　六、程序：</b></p><p>　　//實時時鐘寫入一字節(jié)(內部函數(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>　　//實時時鐘讀取一字節(jié)(內部函數(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>　　//獲取時鐘芯片的時鐘數(shù)據(jù)到自定義的結構型數(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BCD碼為十進制碼</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、設計心得體會：</b></p><p>　　經過大家多天的努力，終于完成

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

43、這次的實踐，也可以說是經過了多天的學習，盡管期間苦難重重，但我們還是從中學習了不少新的知識和解決困難的方法，也體驗到了自主創(chuàng)作的快樂。</p><p><b>　　八、參考資料：</b></p><p>　　[1]求是科技. 單片機典型模塊設計實例導航. 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、型機原理及應用. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社. 2005.1</p><p>　　[3]孫余凱. 精選實用電子電路260例. 北京：電子工業(yè)出版社. 2007.6</p><p>　　[4]殷春浩, 崔亦飛. 電磁測量原理及應用. 徐州：中國礦業(yè)大學出版社. 2003.7</p><p>　　[5]《LCD1602A數(shù)據(jù)手冊》</p><p&g