電子信息工程畢業(yè)論文--基于單片機的簡易燈光時鐘設計

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設計）</p><p>　　題 目： 基于單片機的簡易燈光時鐘設計 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　2014年 5 月 6 日</p><p&

2、gt;<b>　　摘要</b></p><p>　　本文介紹了一個基于單片機的簡易燈光時鐘的設計,它具有顯示年、月、日、時鐘、分鐘和秒、星期的顯示功能，還具有閏年補償?shù)裙δ?，時鐘芯片采用的是DS1302，DS1302能存儲時間信息，并且可以掉電保存。單片機通過讀取DS1302的信息后通過LCD1602顯示在液晶屏幕上面。本設計包含4個按鍵，編號分別為1、2、3、4，每個按鍵的功能分別為功能選

3、擇、光標移動、加按鍵以及減按鍵，可以設置鬧鐘，當DS1302上面的時間跟單片機所設定的鬧鐘時間一致后，單片機可以驅(qū)動蜂鳴器進行鬧鈴提醒。除此之外，系統(tǒng)還附帶整點報時，以及任何時候通過按鍵語音報時功能。</p><p>　　關鍵詞：單片機； LCD1602；蜂鳴器；DS1302；鬧鐘；語音報時；</p><p><b>　　Abstract</b></p>

4、<p>　　This paper is aim to introduce a design which is based on simple chip microcomputer clock. It owns two main functions, namely, showing time, including year, month, day, hour, minute and second; and compensati

5、on of the leap year. The chip of this design is called DS1302, which can save time information even when the electricity was cut down accidently. The Single-Chip Microcomputer is also capable of reading the information o

6、n DS1302 and reflects the data on the LCD screen through the LCD1602. Th</p><p>　　Key words: chip microcomputer, LCD1602, buzzer, DS1302, alarm clock.</p><p><b>　　目錄</b></p>&

7、lt;p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 目的和意義1</p><p>　　1.2 本系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能1</p><p>　　第二章 總體方

8、案論證與設計2</p><p>　　2.1主控模塊的選型和論證2</p><p>　　2.2顯示模塊的選型和論證2</p><p>　　2.3時鐘芯片的選型和論證2</p><p>　　2.4溫度檢測模塊的選型和論證3</p><p>　　2.5整點報時模塊的選型和論證3</p><p&

9、gt;　　2.6 電源模塊3</p><p>　　2.7系統(tǒng)整體設計概述3</p><p>　　第三章.系統(tǒng)硬件電路設計5</p><p><b>　　3.1主控模塊5</b></p><p>　　3.1.1 單片機的最小系統(tǒng)設計5</p><p>　　3.2 LCD液晶顯示器簡介6&

10、lt;/p><p>　　3.2.1 液晶原理介紹6</p><p>　　3.2.2液晶模塊簡介6</p><p>　　3.2.3液晶顯示部分與STC89C52的接口6</p><p>　　3.3鍵盤模塊設計7</p><p>　　3.4蜂鳴器模塊設計8</p><p>　　3.5時鐘模塊的

11、設計8</p><p>　　3.6溫度檢測模塊設計10</p><p>　　3.6.1溫度傳感器工作原理10</p><p>　　3.6.2 DS18B20硬件電路設計11</p><p>　　3.7 語音模塊設計11</p><p>　　第四章.系統(tǒng)軟件設計12</p><p>　

12、　4.1系統(tǒng)軟件總體設計12</p><p>　　4.2程序設計原理16</p><p><b>　　5.系統(tǒng)調(diào)試18</b></p><p>　　5.1硬件調(diào)試18</p><p>　　5.2軟件調(diào)試18</p><p><b>　　參考文獻20</b><

13、/p><p><b>　　致謝21</b></p><p><b>　　附錄22</b></p><p>　　系統(tǒng)整體原理圖22</p><p><b>　　系統(tǒng)PCB圖22</b></p><p><b>　　元件清單24</b&

14、gt;</p><p><b>　　系統(tǒng)源程序25</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 目的和意義</b></p><p>　　現(xiàn)代社會已經(jīng)邁上了信息化的步伐，微電子技術的發(fā)展也越來越快，單片機的運用也日漸廣泛。無論是

15、通信業(yè)的學生，老師或者是研發(fā)人員，對于單片機的運用均青睞有加，因此單片機已成為研發(fā)人員必須掌握的能力之一，而且單片機也會發(fā)展成為一個高薪行業(yè)。</p><p>　　而時鐘作為電子類的一個小設計，不僅深受人們的喜愛，也是單片機實驗中一個非常常見的題目。由于單片機給人有很大的發(fā)揮空間，是以會對制作人以高要求對待，并且在掌握設計的同時程序要以簡潔為主，功能上要能滿足人們需求，顯示界面要大膽創(chuàng)新，標新立異。LCD顯示的數(shù)

16、字時鐘清晰直觀的顯示準確時間、而且精度很是高、并且有夜視功能，還擴展出多種與人方便功能。</p><p>　　本設計中的簡易燈光時鐘既是一個時間控制系統(tǒng)，又包含溫度檢測系統(tǒng)，既能準確無誤的顯示出正確的高精度的時間又能檢測當前的溫度</p><p>　　本文提出了以STC51系列單片機為核心，采用DS1302作為電子時鐘的核心芯片的設計方案，與溫度傳感器DS18B20、LED顯示、時鐘芯片D

17、S1302、按鍵等模塊組成硬件的電子電路系統(tǒng)。顯示采用LCD，以實現(xiàn)顯示年、月、日、時、分鐘、秒、星期、溫度。設計過程中使用Keilc51軟件，采用C語言編程；此外，還要從多方面保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的性能指標</p><p>　　本設計可以對時間進行實時的校準，讀取時間方便、能直觀顯示實時時間、功能方面體現(xiàn)多樣話、簡單明了的電路、低廉的成本都是該設計的優(yōu)點，滿足未來電子設計的發(fā)展要求，市場前景好。</

18、p><p>　　1.2 本系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能</p><p>　　本系統(tǒng)設計制作一個基于單片機的簡易燈光時鐘。能實現(xiàn)以下幾種功能：</p><p>　?。?）鍵盤掃描，設計按鍵掃描程序下載到單片機，每個按鍵賦予一個功能，單片機通過掃描程序檢測用戶按鍵，確定后實現(xiàn)功能。</p><p>　?。?）通過單片機的ds1302的數(shù)據(jù)采集，并實時顯示年，月

19、，日，時，分，秒，和星期在液晶屏上，并且可以設置時間，系統(tǒng)不供電的情況時鐘芯片依然可以由后備紐扣電池供電，使其掉電時間保存。</p><p>　?。?）用戶可以設定鬧鐘時間，當時間到了之后，系統(tǒng)自動驅(qū)動蜂鳴器發(fā)響。</p><p>　　（4）系統(tǒng)附帶有整點報時功能，以及任何時候通過按鍵報時功能。</p><p>　?。?）系統(tǒng)還帶有測溫功能，單片機可以實時讀取DS1

20、8B20的溫度數(shù)據(jù)并在液晶上顯示。</p><p>　　第二章 總體方案論證與設計</p><p>　　本系統(tǒng)可以由主控、顯示、時鐘、溫度檢測、電源等模塊組成，以下是討論這幾個模塊的選型和論證。</p><p>　　2.1主控模塊的選型和論證</p><p><b>　　方案一：</b></p><p

21、>　　采用MSP430F149，MSP430F169系列單片機，該單片機是TI公司1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器。其內(nèi)部集成了很多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器，提供12位ADC，具有采樣、保持、自動掃描，有2個16位計數(shù)器等強大的功能。但芯片價格昂貴，不適合一般的設計和開發(fā)。方案二</p><p>　　采用52系列的單片機，該單片機具有可靠性高，價格成本低，解密難，高性能的特點，

22、32個IO口，且STC系列的單片機可以在線編程、調(diào)試。</p><p>　　因此選用方案二中的52系列單片機作為主控芯片。</p><p>　　2.2顯示模塊的選型和論證</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　用點陣式數(shù)碼管顯示，它是由發(fā)光二極管八行和八列顯示文本，更適合用于顯示文字，如進行數(shù)

23、字顯示使用就太浪費了，而且價格比較高，所以不用此種作為顯示。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　使用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描，LED數(shù)碼管雖然價格適中，最適合數(shù)字顯示，采用動態(tài)掃描的方法與單片機連接，單片機口線占用得少。但是由于數(shù)碼管動態(tài)掃描需要借助74LS164移位寄存器，74LS164在調(diào)試的時候，電路方面常出故障，所以不采用LED數(shù)碼

24、管作為顯示。</p><p><b>　　方案三：</b></p><p>　　選用LCD液晶顯示屏，它可以清晰可見的顯示文字，圖像，功能很是強大，關于本設計的要求，我們使用一個LCD1602即能滿足要求，成本低，雖然接口線有點多，但是調(diào)試會很方便。</p><p>　　所以本設計中方案三中的LCD1602液顯示屏作為顯示模塊。</p&g

25、t;<p>　　2.3時鐘芯片的選型和論證</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　用程序控制單片機實現(xiàn)時間計數(shù)。采取該方案雖然能夠縮小時鐘芯片的使用量，節(jié)省成本開支，但是，誤差會非常大。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　采用

26、DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，DS1302是美國DALLAS公司推出的一種性能比較高、性價比高，功耗較低、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、時鐘、分鐘、秒以及星期進行計時，還能進行閏年補償，工作電壓為2.5V~5.5V。DS1302里面含有一個8*31的RAM存儲器，用于臨時存放數(shù)據(jù)。DS1302主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，具有可編程充電和掉電保護功能，采用普通32.768KHz晶振作為標準時鐘。</p><

27、;p>　　因此本設計中采用方案二中的DS1302作為時鐘模塊</p><p>　　2.4溫度檢測模塊的選型和論證</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　AD590感溫電流源的輸出電流與絕對溫度成比例。電源電壓在4 V—30 V范圍內(nèi)，AD590可充當一個高阻抗，調(diào)節(jié)系數(shù)為1 µA/K為恒流調(diào)節(jié)器。通過

28、激光調(diào)整的片內(nèi)薄膜電阻，用于校準裝置，使該器件在25°C時有298.2 µA的輸出電流。由于該芯片輸出為模擬量還同時需要AD轉(zhuǎn)換器對其進行采集。因此不適用于本設計</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　DS18B20數(shù)字溫度傳感器耐磨耐碰，體積小，主要根據(jù)應用場合的不同而外觀不同，DS18B20用途廣泛，如電纜溝測溫，機

29、房測溫，彈藥庫測溫、農(nóng)業(yè)大棚測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，潔凈室測溫等場合。使用場合廣，價格低，實用性強。</p><p>　　因此本設計采用方案二中的DS18B20芯片進行溫度采集。</p><p>　　2.5整點報時模塊的選型和論證</p><p>　　整點報時模塊集成的語音芯片NY3P035，NY3P035是一款具有PWM輸出的OTP語音標準芯片，該芯片內(nèi)部

30、集成了0~9以及一些常用單位的錄音。使用時只要根據(jù)錄音存放的位置依次讀出就能播報出當前的重量和價格。</p><p><b>　　2.6 電源模塊</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　選用以下兩塊芯片LM337和LM317自制一個可調(diào)的電源模塊，LM317和LM337分別是三端可調(diào)式輸

31、出正電壓穩(wěn)壓器和三端可調(diào)式輸出負電壓穩(wěn)壓器。通過這2塊芯片，我們可以很容易的得到正負5V，正負12V和正3V電壓，但由于本設計需求各模塊體積小，而自制電源體積較大，故不采用此方案。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　采用USB接口供電，既能夠下載程序，也能供電，一舉兩得，故采用此方案。</p><p>　　2.7

32、系統(tǒng)整體設計概述</p><p>　　圖2.7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　本系統(tǒng)是以STC89C52單片機為核心，首先要對系統(tǒng)進行初始化，然后單片機對鍵盤，DS18B20等模塊進行掃描，實現(xiàn)對鍵盤的響應，實時顯示分鐘、秒等，對1602液晶顯示，鬧鐘、溫度測量等功能，其中，單片機起到控制和協(xié)調(diào)各功能模塊的工作。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖見圖2.7。</p><p>　　第

33、三章.系統(tǒng)硬件電路設計</p><p><b>　　3.1主控模塊</b></p><p>　　單片機在全部設計中起到了統(tǒng)領全局，承前啟后的作用，在該設計中單片機需要完成的任務主要有對鍵盤掃描，對DS18B20進行及時的檢測，驅(qū)動蜂鳴器，驅(qū)動液晶顯示需要顯示的內(nèi)容，所以，在本設計中我們選用52系列的單片機作為系統(tǒng)的總控制模塊。</p><p>

34、　　如圖3.1所示為STC89C52單片機的結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　圖3.1 STC89C52單片機結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.1.1 單片機的最小系統(tǒng)設計</p><p>　　圖3.1.1 單片機最小系統(tǒng)電路圖</p><p>　　圖3.1.1所示的電路圖是單片機在本設計中的最小系統(tǒng)，時鐘電路選用12M的晶振，作用是為單片機提

35、供一個時鐘基準，其執(zhí)行一條指令需要一個機械周期，單片機的復位電路是讓單片機的狀態(tài)回到剛上電的狀態(tài)，因為P0口是一個漏極準雙向的I/O口，所以需要上拉電阻才能正常工作。</p><p>　　3.2 LCD液晶顯示器簡介</p><p>　　由于本設計中要求顯示界面顯示一些參數(shù)，因此這里選用了LCD1602作為界面顯示，可以把一些相關的參數(shù)進行顯示。 </p><p>

36、　　3.2.1 液晶原理介紹</p><p>　　顯示部分選用LCD1602字符型液晶，輔以必要的外接電路組成顯示模塊，單片機控制帶字符的LCD1602查找其字符庫，從中選出要顯示的字符，設置光標，將之前查找到的字符在此對應即可。</p><p>　　3.2.2液晶模塊簡介</p><p>　　LCD1602液晶模塊的引腳圖如圖3.2.2所示。</p>

37、<p>　　圖3.2.2 LCD1602引腳圖</p><p>　　液晶寄存器選擇控制如表1。</p><p><b>　　表1寄存器選擇控制</b></p><p>　　3.2.3液晶顯示部分與STC89C52的接口 </p><p>　　如圖3.2.3所示。用STC89C52的P0口作為數(shù)據(jù)線，用P1.2

38、、P1.1、P1.0分別作為LCD的EN、R/W、RS。其中EN作為片選信號，在出現(xiàn)下降沿的時候觸發(fā)，RS是寄存器選擇信號，R/W是讀寫信號，在整個顯示模塊中，我們主要設計步驟如下：首先進行清屏，顯示模塊初始化。然后將接口數(shù)據(jù)位設置為8位，顯示行數(shù)設置為2行，設定字型為5×7點陣，然后取消光標和字體閃爍, 顯示設置為整體顯示，最后設置為正向增量方式且不移位。將要顯示的字符送到對應的數(shù)組中，最后進行統(tǒng)一顯示。</p>

39、<p>　　圖3.2.3 LCD1602與STC89C52的接口</p><p><b>　　3.3鍵盤模塊設計</b></p><p>　　本按鍵模塊按鍵一端接單片機的I/O口，另一端接地，由于單片機的I/O口內(nèi)部都有上拉電阻，所以在沒有按鍵按下的時候，我們會檢測到高電平，當按鍵被按下，I/O口與地面等電勢，此時為低電平，因此通過I/O端口的狀態(tài)變化檢

40、測即可知道按下了哪個按鍵。4個按鍵分別代表以下功能，第一為功能選擇按鍵，可以切換不同參數(shù)設置界面，第二個為切換按鍵，可以切換時、分、秒等參數(shù)進行設置，第三個為增加按鍵，第四個為減少按鍵。其中按鍵還可以設置鬧鐘，重置時間等功能。鍵盤模塊電路圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3鍵盤模塊電路圖</p><p>　　3.4蜂鳴器模塊設計</p><p>　　本設

41、計還帶有鬧鐘功能，用戶可以通過按鍵設定好鬧鐘，當當前時間跟鬧鐘時間一致的時候，單片機就可以驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。</p><p>　　通過試驗，發(fā)現(xiàn)單片機的I/O口無法直接驅(qū)動蜂鳴器，是因為蜂鳴器的工作電流一般比較大，所以我們利用三極管開關電路來提供足夠大的驅(qū)動電流。本處選用的是8550三極管，它是一個PNP型的三極管，當基極給低電平的時候三極管導通，這時候蜂鳴器發(fā)聲，當給高電平的時候，三極管關閉，蜂鳴器不發(fā)聲。<

42、;/p><p>　　蜂鳴器模塊的電路圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 蜂鳴器驅(qū)動電路電路圖</p><p>　　3.5時鐘模塊的設計</p><p>　　在本設計中，時鐘模塊的設計，我們把DS1302這塊串行日歷時鐘芯片作為核心，因為DS1302具有與單片機的連線很少，節(jié)省單片機的系統(tǒng)資源的有點，單片機通過I/O讀取DS1302上

43、的數(shù)據(jù)可以得到實時時間。</p><p>　　由于采用單片機作為計時模塊會占用硬件資源，而且采用中斷、查詢等方式也要耗費單片機的資源，可能會造成很大的浪費，而采用DS1302卻可以很好的解決這類問題。</p><p>　　DS1302是美國DALLAS公司推出的一種帶RAM、高性能、能對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，并且低功耗，可以進行閏年補償?shù)臅r鐘電路，工作電壓為2.5V～5.5

44、V。采用24小時或是12小時的格式。此外，DS1302采用雙電源供電，主電源和備用電源，VCC1作為備用電源，在模塊整體供電中提供電壓相對低的電壓，而VCC2作為主電源，VCC1和VCC2的供電模式?jīng)Q定如下：</p><p>　　VCC2>VCC1+0.2時 由VCC2供電</p><p>　　VCC2<VCC1時 由VCC1供電&

45、lt;/p><p>　　圖3.5.1 DS1302 引腳示意圖</p><p>　　如圖3.5.1為DS1302的引腳圖。X1和X2是震蕩源，外接32.76KHz的晶振，GND為接地端，RST為復位端，低電平有效，圖3.5.2為DS1302的引腳功能圖</p><p>　　圖3.5.2 DS1302引腳功能表</p><p>　　在3.5.3中

46、，最高位控制字（第七位）必須是一個合乎邏輯的，即必須為邏輯1，第六位控制字為0是日歷時鐘對數(shù)據(jù)的訪問，第六位是1表示存取RAM數(shù)據(jù)，第五位地址到第一位（A4-A0）表示指針指向操作單元地址，電平1或0分別表示寫操作是讀操作。</p><p>　　圖3.5.3 DS1302控制字</p><p>　　DS1302共有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式，

47、其日歷、時間寄存器及其控制字見表2，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。</p><p>　　總共有12個寄存器DS1302，與日歷 ，時鐘相關寄存器共7個，都存儲為BCD格式，日歷，時鐘寄存器和相關聯(lián)的控制字的數(shù)據(jù)位如表2所示，其特征在于所述奇數(shù)讀操作，寫操作是偶數(shù)。</p><p>　　表2 DS1302的日歷、時鐘寄存器及其控制字</p><p>　　從表2我們可

48、以發(fā)現(xiàn)，小時寄存器的第七位為1是12小時計時模式，在12小時計時模式下，第五位為高電平表示AM，低電平表示PM，第七位為0是24小時模式，這是位5為第二個十小時位標志。</p><p>　　暫停位位于秒寄存器的第七位，當該位被設置為1時，時鐘振蕩器停止工作，然后DS1302工作在低功率模式，該位為0時，時鐘正常運行。</p><p>　　控制寄存器地址是8FH，8EH，其第七位是寫保護位，

49、其余七位均要置0，在對時鐘進行的任何寫操作時，寫保護位WP必須是0，否則，寫保護位禁止任何一個寄存器進行寫操作。</p><p>　　3.6溫度檢測模塊設計</p><p>　　本設計還帶有一個溫度檢測的功能，系統(tǒng)可以通過讀取DS18B20的溫度數(shù)據(jù)并在LCD1602上顯示，使整個時鐘的功能更加豐富。</p><p>　　3.6.1溫度傳感器工作原理</p&g

50、t;<p>　　溫度傳感器DS18B20測溫在-55至+125攝氏度范圍內(nèi)，具有12位的精度。它有0.0625攝氏度的測溫分辨率，可設置存儲在EEPROM中，用戶自定義的報警溫度在掉電后仍然可以保存。另外，多個溫度傳感器可以并聯(lián)連接，但只需要使用CPU上的一個端口就可以與溫度傳感器電路進行通信，這樣微控制器端口占用最少。它可以節(jié)省大量的端口和邏輯電路就能構(gòu)成溫度測量系統(tǒng)。圖3.6.1是DS18B20的引腳圖。</p&

51、gt;<p>　　圖3.6.1 DS18B20引腳圖</p><p>　　我在實驗中發(fā)現(xiàn)，當使用DS18B20，VCC電壓應保持在5V，否則，如果電壓太低，降低了溫度傳感器的精度。而且，溫度傳感器從測量溫度結(jié)束后，將溫度傳出到轉(zhuǎn)換到數(shù)字量的時候，需要一定的延時時間，否則會導致轉(zhuǎn)換錯誤，總是顯示一個時間不動。</p><p>　　3.6.2 DS18B20硬件電路設計</

52、p><p>　　圖3.6.2 DS18B20溫度檢測電路圖</p><p>　　如圖3.6.2所示的是DS18B20的硬件設計，DQ作為溫度傳感器DS18B20數(shù)據(jù)輸出端口，單片機通過檢測可以實時輸出溫度值的數(shù)據(jù)，由于該溫度傳感器是單線通信，所以當發(fā)送數(shù)據(jù)時為低電平有效，接收數(shù)據(jù)是為高電平有效，即輸出邏輯1，但是，在接收狀態(tài)下，必須外接上拉電阻將其拉為高電平，才能正常輸出邏輯1.</p&

53、gt;<p>　　3.7 語音模塊設計</p><p>　　語音模塊設計采用NY3P035芯片，該芯片內(nèi)部含有一個ROM表。單片機通過對該芯片發(fā)送序列的脈沖信號來查找該ROM的地址，以此來發(fā)出聲音。</p><p>　　圖3.7.1語音芯片引腳圖</p><p>　　單片機控制原理是：先發(fā)送一個復位脈沖到 RST（Rest）腳，接著發(fā)送 10 個脈沖到

54、 DATA 腳。芯片即刻工作，播放第十段的聲音；如果需要播放第五段的聲音，則是：先發(fā)送一個復位脈沖到 REST 腳，接著發(fā)送 5 個脈沖到 DATA 腳。芯片即刻工作，播放第 5 段的聲音；</p><p>　　第四章.系統(tǒng)軟件設計</p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件總體設計</p><p>　　圖4.1.1主程序流程圖</p><p>　　

55、主程序流程圖如圖4.1.1所示，首先系統(tǒng)經(jīng)過初始化，清除系統(tǒng)中原有的一些冗余信息后，讀取時鐘芯片DS1302的內(nèi)部相關信息，例如：年、月、日等時間參數(shù)，緊接著判斷當前信息是不是和設定的鬧鐘信息一致，如果是的話，單片機就發(fā)出驅(qū)動信號驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音，如果不是，則單片機將讀取溫度傳感器DS18B20的相關信息，然后將讀取的時間信息和溫度信息傳入LCD1602進行顯示，單片機在每個循環(huán)時都會檢測是否有用戶按鍵，如果有按鍵的話，將自動跳轉(zhuǎn)到相

56、應的子程序。</p><p>　　圖4.1.2 時鐘模塊子函數(shù)程序流程圖</p><p>　　時鐘模塊的流程圖如圖4.1.2所示，首先先讓時鐘芯片的復位引腳置高，然后開始數(shù)據(jù)傳輸，然后寫一個指令字節(jié)，然后發(fā)送串行時鐘脈沖信號，一直循環(huán)，直到發(fā)送了8個命令字節(jié)為止。當發(fā)送完8個命令字節(jié)時，寫數(shù)據(jù)進時鐘芯片，首先寫入一位數(shù)據(jù)字節(jié)，然后給SCLK引腳發(fā)送脈沖，一直循環(huán)寫入8次，這樣數(shù)據(jù)寫入完成，

57、最后將復位引腳拉為低電平，這樣就可以完成時鐘芯片的一次操作。</p><p>　　圖4.1.3 按鍵掃描程序流程圖</p><p>　　鍵盤掃描程序流程圖如圖4.1.3所示，當進入到按鍵掃描子函數(shù)后，首先判斷按下的是哪個按鍵，如果是按鍵1的話，則檢測單片機是否處于鬧鐘的觸發(fā)狀態(tài)，是的話，將鬧鐘標志位清0，不是0的話，那么變量 gFunctioncount加1，進入時鐘設置界面，如果是的話重

58、新檢測按鍵，如果是按鍵2的話，則用于選定不同的所需的時間參數(shù)，按鍵3和按鍵4實現(xiàn)時間參數(shù)的確定，如果仍然是按鍵1時，則變量gFunctioncount加1，進入鬧鐘設置模式，此時通過按鍵確定并設置鬧鐘參數(shù)。繼續(xù)按鍵1，則gFunctioncount加1，進入復位模式，按下確認鍵，則使當前時間參數(shù)全部復位。并且gFunctioncount清0，以及清除屏幕顯示，最后跳出設置功能。按鍵2的功能是切換對應菜單，按鍵3是用于增加相應值，按鍵4是

59、用于減少相應值。</p><p>　　圖4.1.4 LCD1602初始化子程序函數(shù)流程圖</p><p>　　LCD1602子程序函數(shù)流程圖如圖4.1.4所示，首先先調(diào)用液晶自定義的字庫，設置好DDRAM地址后在第一行顯示，根據(jù)程序中的數(shù)據(jù)，設置顯示數(shù)據(jù)的首地址，并設置循環(huán)量，在循環(huán)過程中不斷的取字符代碼直到終止，第二行的顯示過程同理，兩行顯示完畢后便結(jié)束子程序</p>&l

60、t;p>　　圖4.1.5 溫度傳感器DS18B20溫度檢測子程序流程圖</p><p>　　溫度傳感器DS18B20溫度檢測子程序流程圖如圖4.1.5所示，進入溫度讀取子函數(shù)時，首先初始化DS18B20溫度傳感器的參數(shù)，單片機發(fā)送跳過ROM命令給DS18B20，然后發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令并且延時一定時間等待轉(zhuǎn)換完畢，等轉(zhuǎn)換完畢后單片機在再次初始化DS18B20，發(fā)送跳過ROM命令，溫度到緩沖區(qū)，最終溫度處理子程序

61、調(diào)用達到存儲實時溫度的目的。</p><p>　　4.2程序設計原理</p><p>　　軟件設計是基于硬件設計的基礎之上，首先要明確硬件設計的原理，區(qū)分哪些是需要硬件設計的，哪些是軟件設計的范疇，軟件設計要明確設計內(nèi)容的真正目的，設計程序最好要簡單明了，盡量減少多余的冗余信息，減少CPU的負擔。</p><p>　　軟件分析方面的任務是軟件設計的一個總體規(guī)劃。從

62、軟件的功能的角度可以分為兩大類：一類是在軟件的設計，可以完成各種實質(zhì)性的功能，如測量，計算，顯示，打印，導出控制和通信，以及其他的監(jiān)控軟件，其目的是作為軟件調(diào)度軟件的組織來執(zhí)行模塊的作用和運作之間的關系。這兩種類型的軟件設計方法都有其自身的特點，專注于算法的軟件設計，不斷提高軟件完成功能效率，以及與之密切相關的硬件，都有不斷變化的可能性，關鍵就在于我們設計者是怎么進行操作的。</p><p>　　軟件需求分析的任

63、務，應該將執(zhí)行模塊一一的列表，定義每個執(zhí)行模塊的輸入和輸出，并繪制了相應的程序流程圖，并制定可執(zhí)行模塊的引腳和功能。</p><p><b>　　5.系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p><b>　　5.1硬件調(diào)試</b></p><p>　　在制作硬件電路之前，我們先根據(jù)實際需要的功能劃分硬件模塊，并且在 PROTEL里面畫

64、出其硬件原理圖和PCB圖，檢查無誤后開始先在萬用板上焊接，調(diào)試無誤后在腐蝕板上制作焊接。</p><p>　　在本萬年歷的硬件調(diào)試中遇到過許多常見的問題，現(xiàn)在回想這類問題，只要在當時認真一些，多思考，多查下資料，這些問題都是可以避免的，以下為主要的問題：</p><p>　　問題1：剛開始的時候以為單片機I/O口可以直接驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲響，后來調(diào)試了很久都不能發(fā)出聲音。</p>

65、<p>　　解決：經(jīng)過多方面的查找相關資料，如進入圖書館查找歷年來的設計資料，或者進入相關資源的數(shù)據(jù)庫，或者在商家處尋求相關芯片的PDF資料文件，最終我知道了單片機的I/O口給蜂鳴器提供不了足夠的驅(qū)動電流，所以我們采用三極管放大器來將電流放大，用以驅(qū)動蜂鳴器工作，實驗證明，把三極管放大器加在系統(tǒng)上后蜂鳴器就可以正常工作，發(fā)出聲音了。</p><p>　　問題2：單片機一直讀取DS18B20的溫度總是

66、錯誤，顯示的時候不是亂碼就是總顯示24攝氏度或者85。</p><p>　　解決: 經(jīng)過查找芯片手冊，知道DS18B20的輸出端是漏極開路結(jié)構(gòu)，需要加上拉電阻才能讀取數(shù)據(jù)正常.</p><p>　　問題3：本設計要實現(xiàn)語言實時報時，但是在用萬用版做出來的時候，不管怎么做，都沒有語音發(fā)出聲音。</p><p>　　解決：剛開始懷疑是對語音芯片設計有問題，但是通過查找芯

67、片手冊，發(fā)現(xiàn)對于語言報時模塊中的核心芯片設計沒有任何問題，接著懷疑是程序方面有問題，因為要實現(xiàn)語音報時，必須要進行的步驟是要單片機對語音芯片的內(nèi)部ROM進行查表，但是通過分步驟的對程序進行檢查發(fā)現(xiàn)，程序也沒有問題，最后仔細檢查了一下整個電路設計，發(fā)現(xiàn)忘記在電路中設計喇叭了，誤以為電路中有蜂鳴器就可以發(fā)聲，由于模塊已經(jīng)設計完，只好用跳線外接了一個小喇叭，測試發(fā)現(xiàn)，問題得到解決，語音報時內(nèi)容為：“今天是XX年X月X日”“現(xiàn)在是X時X分X秒，

68、星期X”。</p><p><b>　　5.2軟件調(diào)試</b></p><p>　　本系統(tǒng)是一個較為復雜的數(shù)字系統(tǒng)，程序更為復雜，所以在編程和調(diào)試出現(xiàn)了相對更多的問題。首先為了更好的測試效果，我最開始是一個模塊一個模塊單獨做成電路板，然后直接用跳線連接組成的系統(tǒng)，在確定無誤后，再把程序燒錄到實物中運行。在系統(tǒng)中調(diào)試號確定無誤后，再將每個模塊全部集中在一個腐蝕板上，再進

69、過一番調(diào)試，問題得到解決，功能得到實現(xiàn)。在該過程中主要遇到的問題如下：</p><p>　　問題1：燒入程序，LCD液晶出現(xiàn)顯示永遠閃爍，和不均勻的亮度。</p><p>　　解決：剛開始的時候懷疑是程序的延時部分有問題，所以在程序中修改對調(diào)用的子程序的延時，結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)屏幕顯示閃動頻率明顯降低，找到問題點后，繼續(xù)增大延時，最終達到解決顯示閃動問題的目的。由于該系統(tǒng)采用數(shù)字動態(tài)掃描顯示，動

70、態(tài)掃描快，人眼無法看到，但是當調(diào)用顯示程序，如果沒有返回的最后一個值，就會顯得非常明亮或亮度不均勻的現(xiàn)象，所以在顯示指令的后面加一個屏蔽子令，最終的問題得到解決。</p><p>　　問題2：當用戶按下按鈕，設定的數(shù)值與單片機讀取的值跟不對應，而且有時候按鍵失靈或者是出現(xiàn)某些關鍵功能有時候不對應有時候?qū)那闆r。</p><p>　　解決：重新檢查矩陣鍵盤電路的連接，發(fā)現(xiàn)焊接鍵盤電路時有虛

71、焊，重新焊接好矩陣鍵盤按鍵沒有反應的問題得到解決。然后檢查鍵盤掃描程序，重新建立一個新的對應關系。最終問題得到解決。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 彭偉.單片機C語言程序設計實訓100例.電子工業(yè)出版社.2009年</p><p>　　[2] 吳運昌．模擬電子線路基礎．廣州：華南理工大學出版社，200

72、4年</p><p>　　[3] 閻石．數(shù)字電子技術基礎．北京：高等教育出版社，1997年</p><p>　　[4] 張曉麗等．數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法．北京：機械工業(yè)出版社，2002年</p><p>　　[5] 馬忠梅等． ARM & Linux嵌入式系統(tǒng)教程．北京：北京航空航天大學出版社，2004年</p><p>　　[6] 李建忠．

73、單片機原理及應用．西安：西安電子科技大學，2002年</p><p>　　[7] 韓志軍等.單片機應用系統(tǒng)設計[M].機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[8] 周潤景等. Proteus在MCS-51&ARM7系統(tǒng)中的應用百例[M].電子工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[9] 馬忠梅等.單片機的C語言應用程序設計[M].北京航空航天大學

74、出版社，2006</p><p>　　[10]劉樹中，孫書膺，王春平.單片機和液晶顯示驅(qū)動器串行接口的實現(xiàn)[J].微計算機信息，2007</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　通過此次簡易燈光時鐘的畢業(yè)設計，我學到了很多東西，并且，將許多以前在書本上學到的東西運用到實際生活中，在以前的專業(yè)課書本中，很多概念的模糊的，例如

75、：在以前的學習過程中，一直不明白溫度傳感器是怎么進行工作的，與單片機是怎么進行通信，單片機的I/O口采集溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)后是怎么轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)將之對應為實時的溫度的。而且通過此次設計，我學會了如何點亮液晶，怎么制作功能菜單，會設計單片機最小系統(tǒng)，將許多模糊的概念徹底的搞清楚，同時，在這段時間里，我明白了我們專業(yè)在以后的生活工作中的運用方向，也為我在以后工作中需要學習，掌握的工作技能奠定基礎。</p><p&g

76、t;　　在這次設計當中，我學會使用STC52系列單片機，并會熟練使用protel，keilC51等軟件，能夠獨立的搭建一些簡單的硬件設計，能夠檢查出一些簡單、常見的問題，動手能力有所提高，對所學知識運用加深。</p><p>　　感謝在這次設計中對我提供幫助的老師，同學，謝謝教我怎樣查找芯片關鍵資料，教會我使用protel的老師，謝謝你們。</p><p><b>　　附錄<

77、;/b></p><p><b>　　系統(tǒng)整體原理圖</b></p><p><b>　　系統(tǒng)PCB圖</b></p><p><b>　　實物圖</b></p><p><b>　　元件清單</b></p><p><

78、b>　　系統(tǒng)源程序</b></p><p>　　///說明：第一個鍵:按一下，當前時間設置；通過第二個鍵來選擇年月日時分秒</p><p>　　//按第二下，鬧鐘1設置；通過第二個鍵選擇時分秒</p><p><b>　　//添加頭文件</b></p><p>　　#include<reg52.h

79、>//單片機頭文件</p><p>　　#include"LCD1602.h"//液晶</p><p>　　#include"DS1302.h"//時鐘</p><p>　　#include"key.h"//按鍵</p><p>　　#include"DS1

80、8B20.h"//溫度傳感器</p><p>　　void DisplayInit(void)//初始化LCD和時鐘的顯示,初始化定時器</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LCDInit(); //初始化液晶 </p><p><b>　　}</b><

81、/p><p>　　void Display1(void)//顯示正常界面，時間的函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DS1302_read_time(); //讀取DS1302時間</p><p>　　LCDDispNum(1,1,(Nian>>4)); //在液晶

82、上顯示年的十位</p><p>　　LCDDispNum(2,1,(Nian&0x0f));//在液晶上顯示年的個位</p><p>　　LCDDispChar(3,1,'-');//在液晶上顯示字符-</p><p>　　LCDDispNum(4,1,(Yue>>4));//在液晶上顯示月的十位</p>&l

83、t;p>　　LCDDispNum(5,1,(Yue&0x0f));//在液晶上顯示月的個位</p><p>　　LCDDispChar(6,1,'-');//在液晶上顯示字符-</p><p>　　LCDDispNum(7,1,(Ri>>4));//在液晶上顯示日的十位</p><p>　　LCDDispNum(8,

84、1,(Ri&0x0f));//在液晶上顯示日的個位</p><p>　　LCDDispNum(1,2,(Shi>>4)); //在液晶上顯示十的十位</p><p>　　LCDDispNum(2,2,(Shi&0x0f));//在液晶上顯示十的個位</p><p>　　LCDDispChar(3,2,':');

85、 //在液晶上顯示顯示字符：</p><p>　　LCDDispNum(4,2,(Fen>>4)); //在液晶上顯示分的十位</p><p>　　LCDDispNum(5,2,(Fen&0x0f));//在液晶上顯示分的個位</p><p>　　LCDDispChar(6,2,':');//在液晶上顯示顯示字符：&

86、lt;/p><p>　　LCDDispNum(7,2,(Miao>>4));//在液晶上顯示秒的十位</p><p>　　LCDDispNum(8,2,(Miao&0x0f));//在液晶上顯示秒的個位</p><p>　　XingQi = (XingQi & 0x0f)+((XingQi>>4) * 10); //星期&l

87、t;/p><p>　　if(XingQi == 1) //判斷并顯示星期的字符</p><p>　　LCDDispString(12,1,"Mon."); //如果星期等于1則顯示Mon.</p><p>　　else if(XingQi == 2)</p><p>　　LCDDispString(12,1

88、,"Tues"); //如果星期等于2則顯示Tues</p><p>　　else if(XingQi == 3)</p><p>　　LCDDispString(12,1,"Wed."); //如果星期等于3則顯示W(wǎng)ed.</p><p>　　else if(XingQi == 4)</p><

89、;p>　　LCDDispString(12,1,"Thu."); //如果星期等于4則顯示Thu.</p><p>　　else if(XingQi == 5)</p><p>　　LCDDispString(12,1,"Fri."); //如果星期等于5則顯示Fri.</p><p>　　else if(X

90、ingQi == 6)</p><p>　　LCDDispString(12,1,"Sat."); //如果星期等于6則顯示Sat.</p><p>　　else if(XingQi == 7)</p><p>　　LCDDispString(12,1,"Sun."); //如果星期等于7則顯示Sun.</p

91、><p>　　FenA = (Fen & 0x0f) + ((Fen>>4) * 10);//把分的BCD碼轉(zhuǎn)成10進制</p><p>　　ShiA = (Shi & 0x0f) + ((Shi>>4) * 10);//把時的BCD碼轉(zhuǎn)成10進制</p><p>　　//鬧鈴，判斷是否有鬧鈴。如果時間到，則蜂鳴器響，否則不響&l

92、t;/p><p>　　if(AlarmFlag[0] == 1 && DoneFlag[0] == 1 && ShiA == AlarmClock[0][0] && FenA == AlarmClock[0][1])</p><p><b>　　BEEP = 0;</b></p><p>　　else

93、 BEEP = 1;</p><p>　　//轉(zhuǎn)點時的鬧鐘標志位要清零</p><p>　　if(Shi == 0 && Fen == 0 && Miao == 0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(AlarmFlag[0] == 1)</p>

94、<p>　　DoneFlag[0] = 1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(Fen == 0 && Miao == 0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Music(L_beijing);</p>

95、;<p>　　if((Shi>>4)!=0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((Shi>>4)==1)</p><p>　　Music(L_shi);</p><p><b>　　else</b></p><

96、p><b>　　{</b></p><p>　　Music((Shi>>4)+1);</p><p>　　Music(L_shi);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　i

97、f((Shi&0x0f)==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((Shi>>4)==0)</p><p>　　Music(L_0);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else

98、</b></p><p>　　Music((Shi&0x0f)+1);</p><p>　　Music(L_dian);</p><p>　　Music(L_zheng);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//讀取溫度的值</

99、b></p><p>　　ReadTemperature();</p><p><b>　　//顯示溫度的值</b></p><p>　　LCDDispString(12,2,temperatureDate);</p><p><b>　　}</b></p><p>　

100、　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　//初始化操作</b></p><p>　　DisplayInit();</p><p>　　Music(L_1);</p><p>　　while(1)//死循環(huán)</

101、p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(gFunctionCount == 0)//判斷是否為正常顯示界面</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Display1();//顯示子函數(shù)1</p><p><b>　　}<

102、;/b></p><p>　　KeyScan(); //按鍵掃描子函數(shù)</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#include"l

103、cd1602.h"</p><p>　　/*********************************************************</p><p>　　Function: void DelayN40us(unsigned int n)</p><p>　　Description: 延時函數(shù)，延時40us的整數(shù)倍，

104、傳入值n代表延時</p><p>　　時間到n *40us，不能實現(xiàn)準確延時，只能實現(xiàn)大</p><p>　　概時間的延時，利用的是指令實現(xiàn)延時功能。</p><p>　　Calls: 沒有調(diào)用其它函數(shù)</p><p>　　Called By: void LCDWriteCommand(unsigned char

105、dat);</p><p>　　void LCDWriteData(unsigned char dat);</p><p>　　Input: unsigned int n --- 用于延時時間的確定，取值、</p><p><b>　　為1~65535</b></p><p>　　Output:

106、 無</p><p>　　Return: 無</p><p>　　***********************************************************/</p><p>　　void DelayN40us(unsigned int n)</p><p><b>　　{<

107、;/b></p><p>　　unsigned int i;</p><p>　　unsigned char j; </p><p>　　for(i=n;i>0;i--)</p><p>　　for(j=0;j<2;j++); </p><p><b>

108、;　　}</b></p><p>　　/*********************************************************</p><p>　　Function: void LCDInit(void);</p><p>　　Description: 液晶初始化函數(shù),對LCD1602進行初始化操作，<

109、/p><p>　　在每一次實用液晶前必須用到的，外部可調(diào)用</p><p><b>　　函數(shù)。</b></p><p>　　Calls: void LCDWriteCommand(unsigned char dat);</p><p>　　DelayN40us(unsigned int n);</p&

110、gt;<p>　　Called By: main();或其他</p><p>　　Input: 無</p><p>　　Output: 無</p><p>　　Return: 無</p><p>　　***********************************

111、************************/</p><p>　　void LCDInit(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LCDWriteCommand(0x38);/*設置8位格式，2行，5x7*/</p><p>　　LCDWriteCommand(0x38);/*設

112、置8位格式，2行，5x7*/</p><p>　　LCDWriteCommand(0x38);/*設置8位格式，2行，5x7，有的液晶做的不好，寫三遍保險?。。?！*/ </p><p>　　LCDWriteCommand(0x0c);/*整體顯示，關光標，不閃爍*/ </p><p>　　LCDWriteCommand(0x06);/*設定輸入方式，增量不移位*/&

113、lt;/p><p>　　LCDWriteCommand(0x01);/*清除屏幕顯示*/ </p><p>　　DelayN40us(100);/*清屏延時*/ </p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**********************************************

114、***********</p><p>　　Function: void LCDWriteCommand(unsigned char dat);</p><p>　　Description: 寫命令函數(shù)，對LCD1602內(nèi)部寄存器進行操作。</p><p>　　Calls: DelayN40us(unsigned int n);&

115、lt;/p><p>　　Called By: void LCDInit(void);</p><p>　　void LCDDispChar(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char dat);</p><p>　　void LCDDispNum(unsigned char x,unsigned char y,u

116、nsigned char dat);</p><p>　　Input: unsigned char dat --- 寫入的命令</p><p>　　Output: 無</p><p>　　Return: 無</p><p>　　********************************

117、***************************/</p><p>　　void LCDWriteCommand(unsigned char dat)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LCD_DB=dat;</p><p>　　LCD_RS=0;/*選擇寫指令*/ </p>

118、<p>　　LCD_RW=0;/*寫入指令值*/ </p><p>　　LCD_E=1; /*使能LCD1602*/ </p><p><b>　　LCD_E=0;</b></p><p>　　DelayN40us(1);/*寫命令延時*/ </p><p><b>　　}</b&

119、gt;</p><p>　　/*********************************************************</p><p>　　Function: void LCDWriteData(unsigned char dat);</p><p>　　Description: 寫數(shù)據(jù)函數(shù)，將數(shù)據(jù)寫入LCD1602中。&

120、lt;/p><p>　　Calls: DelayN40us(unsigned int n);</p><p>　　Called By: void LCDInit(void);</p><p>　　void LCDDispChar(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char dat);</p