基于單片機的多功能數字鐘的設計(已修改)

　

【正文】 本科畢業(yè)設計基于單片機的多功能數字鐘1指導教師 學院名稱工院 專業(yè)名稱電程論文提交日期 論文答辯日期2日摘 要在21世紀社會的迅猛發(fā)展浪潮下，電子信息技術也有了快速的推廣和應用。在日常工作生活的快節(jié)奏下，時間占有著至關重要的位置。也許人們不太在意，在各種各樣的日常生活以及各類社會活動中，大家無時無刻地都在留意著時間的變化。時間與人們的生活息息相關，而時間的計算方法發(fā)展至今已經演變成時鐘和表。本文所闡述的數字鐘有多種功能，不僅能夠準確的顯示時間年月日、時分秒，還有對環(huán)境溫度進行測量，鬧鐘設置，秒表計時，電子鐘， MP3播放等功能。相比于機械時鐘，因為數字鐘所采用的是數字電路技術來實現時、分、秒計時，有著更高的準確性和穩(wěn)定性，而數字鐘的結構與裝置也更加科學與方便化。本文主要介紹了基于單片機的多功能數字鐘的設計，硬件電路包含時鐘模塊、溫度檢測模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊、電源模塊，聲音模塊和復位電路，軟件設計包含鬧鐘設計、秒表計時、電子書閱覽、MP3播放等。本設計的數字鐘有：時間顯示年月日、時分秒，鬧鐘，秒表計時，電子書，MP3等功能。單片機與多功能數字鐘的結合，不僅使得時間的測量更加準確穩(wěn)定，對環(huán)境測試的溫度也更加簡單、方便、靈活，為我們的日常生活提供了更優(yōu)質與方便的服務。因此，單片機不僅有力地推動了社會生產力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現代電子產品性能進一步提高。關鍵詞：單片機 數字鐘 溫度傳感器 Multifunction Digital Clock Based On MCUCai Bingnan(College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)Abstract: The rapid development in the twentyfirst Century social tide, electronic information technology has been rapid promotion and application. In their daily work life fast rhythm, time occupies a crucial position. Maybe people don39。t care too much, in a variety of daily life and all kinds of social activities, we every hour and moment are watching the change of time. The time of our lives, and the calculation method of time has evolved into a clock and watch. Digital clock is described in this paper has a variety of functions, not only can display the date when the minutes and seconds time, accurate, and measurement of environmental temperature, alarm clock, stopwatch, electronic clock, MP3 player and other functions. Compared to the mechanical clock, because the digital clock is used in the digital circuit technology to realize, when, seconds, has a higher accuracy and stability, and the structure and device of digital clock is more scientific and convenient.This paper mainly introduces the design of multifunction digital clock based on MCU, the hardware circuit consists of the clock module, temperature detecting module, liquid crystal display module, keyboard module, power module, voice module and a reset circuit, software design including alarm clock, stopwatch design, electronic book reading, MP3 player etc.. The design of the digital clock: time date display, minutes and seconds, alarm clock, stopwatch, ebooks, MP3 etc.. Combined with the MCU and the multifunction digital clock, not only makes the measurement more accurate and stable time, environmental testing temperature is more simple, convenient, flexible, provides better quality and convenience to our daily life. Therefore, the single chip not only promoted the development of social productive forces and the improvement of social informationbased degree, simultaneously also makes the modern electronic products to further improve the performance.Key words: SCM digital clock the temperature sensor目 錄1 前言 1 課題的研究背景 1 課題的開發(fā)目的 12系統(tǒng)方案分析與選擇論證 2 2 2 顯示模塊方案 2 鍵盤模塊方案 2 溫度模塊方案 2 系統(tǒng)最終方案 33硬件電路設計 3 單片機最小系統(tǒng) 3 DS1302時鐘模塊的設計 4 LCD1602顯示模塊的設計 5 DS18B20溫度模塊的設計 7 聲音模塊和按鍵控制模塊的設計 74 程序設計 8 時間調整程序設計 9 鬧鐘處理程序設計 10 秒表計時程序設計 10 音樂播放程序設計 10 電子書程序設計 125調試與調試結果 12 硬件調試 12 調試結果 136 結論 13參考文獻 14附錄A 電路原理圖 15附錄B設計程序 16致謝 62華南農業(yè)大學本科生畢業(yè)設計成績評定表621 前言 課題的研究背景在這個快節(jié)奏的年代，時間就是效益，就是金錢，因此準確的掌握時間和分配時間對人們來說至關重要。隨著單片機技術的飛速發(fā)展，在其推動下，現代的電子產品幾乎滲透到了社會的各個領域，人們對時間計量的精度要求越來越高，應用越來越廣。怎樣讓時鐘更好、更方便、更精確的顯示時間，這就要求人們不斷設計研發(fā)出新型的時鐘。所以一個能夠進行報時以及有其他多種用途的數字鐘是對人們的生活工作是非常具有現實意義的。相比于傳統(tǒng)的時鐘，數字鐘在性能和準確度方面的優(yōu)勢使得很多普通的時鐘已經不能滿足人們在某些方面的需求了。數字鐘的優(yōu)勢在于準確度高，因為它采用的是數字電路來實現對時、分、秒的設計，因此傳統(tǒng)的時鐘正面臨著淘汰的局面。由于多功能數字鐘的功能齊全，科學方便，它被廣泛的應用在社會的各個地方。不管是在公司，娛樂場所，辦公室以及個人家庭等等，數字鐘的存在已經成為了人類日常生活的一部分。數字鐘是一種數字電路，由于采用了石英技術，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經常調校。數字鐘用集成電路計時，譯碼代替機械式傳動，用LCD顯示器代替指針進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有顯示時、分、秒時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。數字鐘不管在性能還是在款式樣式上都遠遠超過了傳統(tǒng)的鐘表，給人們的生活帶來了極大的便利。因此，對多功能數字鐘進行研究有著非常現實的意義。 課題的開發(fā)目的多功能數字鐘的基本功能就是時鐘顯示時分秒，年月日，鬧鐘，溫度的采集和報警，另外還擴展了以下幾種功能：秒表計時、電子書和MP3播放。本設計的目的是為了更加切合人們的生活實際情況，以STC89C52單片機作為數字鐘的核心控制器，通過DS1302時鐘芯片進行時、分、秒來實現計時校對功能，采用DS18B20對室內環(huán)境進行溫度測量，將數據通過單片機輸出，利用LCD1602液晶屏顯示出來。并且通過軟件編寫，可以實現秒表計時、電子書閱覽和MP3播放等功能。并且通過按鍵可以進行手動時間定時、校時鬧鈴設定。本設計相比傳統(tǒng)時鐘，不僅測量精確到高，工作穩(wěn)定，而且功能多也便于日后擴展，在日常生活中具有很高的使用價值。2系統(tǒng)方案分析與選擇論證方案一：采用STC89C52單片機作為主控芯片。STC89C52內部具有Flash ROM,內存達8KB ，512字節(jié)數據存儲空間，帶有2K字節(jié)的EEPROM存儲空間，又與MCS51兼容，而且此芯片價格便宜、易于操作、低功耗且性能穩(wěn)定。方案二：采用AT89S52單片機作為主控芯片。AT89S52內部具有8K字節(jié)程序存儲空間，256字節(jié)的數據存儲空間，沒有EEPROM存儲空間，也與MCS51系列單片機完全兼容，具有在線編程可擦除技術。經過兩種方案的比較，雖然STC89C52相對AT89S52均滿足設計要求，但是前者價格更加便宜，而且抗干擾能力強，穩(wěn)定性高，價格實惠。因此，選擇方案一。 顯示模塊方案方案一：采用LCD液晶顯示屏。液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字，顯示多樣,清晰可見,燈光柔和，可調范圍大，且價格適中。方案二：采用LED數碼管動態(tài)掃描。LED數碼管價格便宜,對于顯示數字最合適,但功耗較大，占用體積大，且顯示容量不夠。經過兩種方案的比較，選擇方案一。 鍵盤模塊方案方案一：采用獨立式按鍵。獨立式按鍵易于控制，編寫程序簡單，容易理解，但I/O口占用較多。方案二：采用陣列式按鍵。陣列式按鍵編程困難，按鍵過多，減少了I/O口的使用。經過兩種方案比較，選擇方案一。 溫度模塊方案方案一：采用DS18B20溫度芯片。DS18B20芯片只需要一個元件，成本低，電路簡單，適合日常生活使用。方案二：采用AD590溫度芯片。AD590芯片需要模擬轉數字電路，成本高，電路繁多，不適合本設計。經過兩種方案比較，選擇方案一。 系統(tǒng)最終方案綜上各方案所述，本設計電路最終選用STC89C52作為主控系統(tǒng)來控制時鐘的準時運轉，采用獨立式按鍵控制系統(tǒng)實現的所有功能，采用DS1302作為時鐘芯片，采用DS18B20作為溫度傳感器，選用LCD1602動態(tài)掃描來顯示時間等。由以上選擇方案，設計出如圖1的系統(tǒng)框圖。按鍵控制模塊DS1302時鐘模塊STC89C52LCD1602顯示模塊聲音模塊（喇叭）DS18B20溫度模塊電源模塊復位電路圖1 系統(tǒng)框圖如圖1所示，系統(tǒng)的整個控制流程是：經過程序編程，向DS1302中寫入一個初值，如寫入2013327 23:56:58 WED，便從此開始計時。另外通過DS18B20溫度傳感器通過檢測環(huán)境溫度在LCD上顯示出來。通過按鍵模塊，可以進入時間調整界面對時間進行加減調整和移位調整，也可以進入擴展功能界面，比如進入秒表計時界面，可以通過按鍵來進行開始、暫停和重置計時；進入鬧鐘設置界面，通過設置時間來實現鬧鐘鈴響和鬧鐘開關的功能；最后還有電子書閱覽界面和音樂播放界面。3硬件電路設計 單片機最小系統(tǒng)MCS52單片機的最小系統(tǒng)是由STC89C52RC單片機、復位電路和晶振電路組成。復位是單片機的一個很重要的操作方式。但是，單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能產生復位信號。上電自動復位是通過外部復位電路在加電瞬間對電容的充電來實現的（王衛(wèi)星，2009）。如圖2所示，在RST復位引腳接一個10微法的電容到電源VCC，然后電容另一端接一個10K的電阻再把電阻接地，單片機復位端高電平有效，上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現的。只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現自動上電復位。晶振電路由兩個33pF的電容和一個12MHZ晶體振蕩器構成，晶體振蕩器兩端分別接入單片機的XTALXTAL2引腳。圖2 最小系統(tǒng)電路圖 DS1302時鐘模塊的設計DS1302是一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信。當需要一次性傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數據時，可以采用突發(fā)方式進行傳送。如圖3所示為DS1302的電路原理圖，其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。本設計通過把Vcc1和鋰電池相接，在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘在后方繼續(xù)運行，使得時鐘能在斷電恢復后所顯示的時間正常。其中X1和X2是振蕩源。是復位/片選線，高電平有效，所有的數據傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數據傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。I/O為串行數據輸入輸出端（雙向），SCLK始