智能時鐘控制裝置的設計及實現(xiàn)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 或設置，使得軟件編程相對簡單。為保證時鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常工作，芯片內部包含鋰電池。當電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時，系統(tǒng)自動轉換到內部鋰電池供電系統(tǒng)。而且即使系統(tǒng)不上電，程序不執(zhí)行時，鋰電池也能保證芯片的正常運行，以備隨時提供正確的時間。 ⑵ 方案二 采用了單片機（ STCAT89C52)系統(tǒng)為核心，用溫度采集芯片 DS18B20 來采集溫度 [4~5]，用 液晶顯示屏 TS1602來顯示時鐘和溫度，并用蜂鳴器報警當作鬧鐘等來組成電路。方案設計框圖如圖 示。 STC 89 S 52多路傳感器 溫度傳感器復位電路時鐘電路按鍵調節(jié) 液晶顯示屏 蜂鳴器整點報時電源轉換電路SKT 500 編程口實時日歷時鐘 圖 方案二 設計框圖 用 STC89C52單片機作為主控制系統(tǒng) ， AT89S52片內具有 8K字節(jié)程序存儲空間， 256字節(jié)的 數(shù)據(jù)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 [7]。陜西理工學院畢業(yè)論文 第 5 頁 共 40 頁 采用 DS1307作為時鐘芯片 ， 采用 DS1307時鐘芯片實現(xiàn)時鐘， DS1307芯片是一種高性 能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，而且精度高 ,工作電壓 ～， 1602 LCD液晶作為顯示器件 ， 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 ,且價格適中，所以采用了 LCD數(shù)碼管作為顯示 [8]。 組合成一個基于單片機的硬件電路。 方案選擇 在主控芯片上 STC89C52和 51芯片的主要區(qū)別是程序存儲器容量不同 [9]， 51是 4KROM，而 52是8KROM。還有定時器 2可以用 作波特率發(fā)生器，這樣單片機用串口的時候還可以有 T0、 T1兩個定時器可以用。 在時鐘模塊上方案一選用的 Dallas 公司的專用時鐘芯片 DS12887A， 該芯片內部采用石英晶體振蕩器 ，而方案二選用的是 采用 LCD1602作為顯示器件輸出信息。與 DS12887A顯示器件相比，液晶顯示模塊具有功耗低、顯示內容豐富等優(yōu)點，而且不需要外加驅動電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應用設計中最常用的顯示器件了。 綜上各方案所述 ,對此次作品的方案選定 方案二 : 采用 STC89C52 單片機作為主控制系統(tǒng) ； 采用DS1307作為時鐘芯片 ； 采用 1602 LCD液晶作為顯示器件。 采用了單片機（ STCAT89C52)系統(tǒng)為核心，用溫度采集芯片 DS18B20 來采集溫度，用時鐘芯片DS1307 進行掉電檢測和電池切換，以及提供時間信息和及時調整，用液晶顯示屏 TS1602 來顯示時鐘和溫度，并用蜂鳴器報警當作鬧鐘等來組成電路。 以 52單片機 為核心 組成的主控電路， 控制其他外圍電路，以液晶顯示作為其系統(tǒng)的顯示方式，通過 3個按鍵 實現(xiàn)時間調節(jié)功能，用三端穩(wěn)壓管 7805 把 5V 直流電壓作為單片機的工作電壓，通過外接的編程口 STK500實現(xiàn)對單片機的在線編程，高精度的 溫度傳感器實現(xiàn)對周圍的溫度的測量， 利用多路傳感器，可實現(xiàn)對室內燈光及家用電器的定時開關機功能 ， 利用實時日歷時鐘芯片提供當前的年、月、日、星期、小時、分鐘、秒鐘，并且利用蜂鳴器進行整點報時，時鐘電路提供單片機的工作時鐘，復位電路實現(xiàn)對單片機的復位功能。 利用單片機 STC89C52來控制及處理數(shù)據(jù)，通過初始化，設定時間、初始值，啟動溫度采集芯片DS18B20和時鐘芯片 DS1307進行測溫、產(chǎn)生時間，將采集的溫度數(shù)據(jù)和時間傳給單片機，經(jīng)過單片機處理，用液晶顯示屏 TS1602來顯示時鐘和溫度，通過按鍵可以調節(jié)時間日 歷，而定時和整點時間點上蜂鳴器發(fā)出響聲，在設定的時間點上作為代替家用電器的 LED燈點亮，按隨意鍵可以滅燈。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 6 頁 共 40 頁 3 硬件設計 硬件設計采用了單片機（ STCAT89C52)系統(tǒng)為核心，用溫度采集芯片 DS18B20來采集溫度，用時鐘芯片 DS1307進行掉電檢測和電池切換，防止在斷電的情況下，時間數(shù)據(jù)可以保存并且可以繼續(xù)計時，系統(tǒng)還提供時間信息和及時調整，用液晶顯示屏 TS1602來顯示時鐘和溫度，并用蜂鳴器報警當作鬧鐘等來組成電路。電路框圖如圖 。 STC 89 S 52多路傳感器溫度傳感器復位電路時鐘電路按鍵調節(jié) 液晶顯示屏 蜂鳴器整點報時電源轉換電路SKT 500 編程口實時日歷時鐘 圖 硬件設計框圖 在硬件設計當中，利用 52單片機設計一個智能時鐘系統(tǒng)，使其實現(xiàn)利用液晶顯示屏 TS1602能夠進行時鐘顯示，以及能夠顯示年、月、日、時、分、秒以及星期，并能夠進行快速校準，也能夠進行實時溫度顯示，而溫度采集時利用溫度采集芯片 DS18B20來采集溫度，用時鐘芯片 DS1307和主控芯片可實現(xiàn)整點報時及鬧鐘功能；該智能時鐘控制裝置還利用多路傳感器，對室內燈光及家用電器的定時開關機功能。 單片機最小系統(tǒng)是采用 AT89C52為主控系統(tǒng)， AT89C52是一個低電壓，高性能 CMOS 8位單片機，片內含 8k bytes的可反復擦寫的 Flash只讀程序存儲器和 256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)，片內置通用 8位中央處理器和 Flash存儲單元，功能強大的 AT89C52單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。 AT89C52有 40個引腳， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內含 2個外中斷口， 3個 16位可編程 定時計數(shù)器 ,2個全雙工串行通信口， 2個讀寫口線， AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程 ,但不可以在線編程 (S系列的才支持在線編程 )。 AT89C52的引腳圖如圖 其將通用的微處理器和 Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本 [6,7,9]。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 7 頁 共 40 頁 STC89C521234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 04 03 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 92 82 72 62 52 42 32 22 1 T 2 / P 1 . 0T 2 E X / P 1 . 1 P 1 . 2 P 1 . 3 P 1 . 4 P 1 . 5 P 1 . 6 P 1 . 7 R S T R X D / P 3 . 0 T X D / P 3 0 1 I N T 0 / P 3 . 2 I N T 1 / P 3 . 3 T 0 / P 3 . 4 T 1 / P 3 . 5 W R / P 3 . 6 R D / P 3 . 7 X T A L 2 X T A L 1 V S SV C CP 0 . 0 / A D 0P 0 . 1 / A D 1P 0 . 2 / A D 2P 0 . 3 / A D 3P 0 . 4 / A D 4P 0 . 5 / A D 5P 0 . 6 / A D 6P 0 . 7 / A D 7E AA L E / P R O GP S E NP 2 . 7 / A 1 5P 2 . 6 / A 1 4P 2 . 5 / A 1 3P 2 . 4 / A 1 2P 2 . 3 / A 1 1P 2 . 2 / A 1 0P 2 . 1 / A 9P 2 . 0 / A 8 圖 STC89C52 引腳圖 AT89C52有 PDIP、 PQFP/TQFP及 PLCC等三種封裝形式，以適應不 同產(chǎn)品的需求。 STC89C52主要功能如表 。 表 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復擦寫 Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設置睡眠和喚醒功能 最小系統(tǒng)是指能進行正常工作的最簡單電路。 STC89C52最小應用系統(tǒng) [6,9,13]電路如圖 。 它包含五個電路部分：電源電路、時鐘電路、復位電路、片內外程序存儲器選擇電路、輸入 /輸出接口電路。 其中電源電路、時鐘電路、復位電路是 保證單片機系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的三部分電路，缺一不可。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 8 頁 共 40 頁 3 73 63 53 43 33 23 12 12 22 33 93 82 72 81 01 11 21 31 41 51 61 72 42 53456782 93 03 11291 81 9 X T A L 1X T A L 1R S TP S E NA L EE AP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 3 . 0P 3 . 3P 3 . 1P 3 . 2P 3 . 4P 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7P 2 . 0P 2 . 3P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 6P 2 . 7P 0 . 0P 0 . 3P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7STC89C5210k*82 2 p F2 2 p F1 0 u F1 0 k1 2 M H z 圖 (1)電源電路 芯片引腳 VCC 一般接上直流穩(wěn)壓電源 +5V，引腳 GND 接電源 +5V 的負極，電源電壓范圍在 4~之間，可保證單片機系統(tǒng)能正常工作。為提高電路的抗干擾性能，通常 在引角 Vcc 與 GND之間接上一個 10uF的電解電容和一個 ，這樣可抑制雜波串擾，從而有效確保電路穩(wěn)定性。 (2)時鐘電路 單片機引腳 18和引腳 19 外接晶振及電容， STC89C52 芯片的工作頻率可在 2~33MHz范圍之間選，單片機工作頻率取決于晶振 XT 的頻率，通常選用 晶振 ， 晶振實物圖如圖 。兩個小電容通常取值 22pF，以保證振蕩器電路的穩(wěn)定性及快速性。 時鐘電路如圖 。 2 2 p F2 2 p F1 2 M H zX 1X 2 圖 時鐘電路 圖 晶振實物圖 (3)復位電路 一般若在引腳 RST上保持 24個工作主頻周期的高電平，單片機就可以完成復位，但為了保證系統(tǒng)可靠地復位，復位電路應使引腳 RST保持 10ms以上的高電平。 復位電路 如圖 。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 9 頁 共 40 頁 1 0 u FV C CR S TS 1R1 0 K 圖 復位 電路 復位電路帶有上電自動復位功能，當電路上電時，由于 C1 電容兩端電壓值不能突變，電源 +5V會通過電容向 RST提供充電電流，因此在 RST 引腳上產(chǎn)生一高電平，使單片機進入復位狀態(tài)。隨著電容 C1充電，它兩端電壓上升使得 RST電位下降，最終使單片機退出復位狀態(tài)。正常運行時，可按復位按鈕對單片機復位 。 采集 模塊 在溫度采集模塊當中有以下兩個方案，一個是采用熱電阻傳感器采集溫度，一個是利用數(shù)字化溫度傳感器采集溫度 [2~3]。 方案一是采用熱電阻傳感器作為感溫元件，熱電阻隨溫度的變化而進行變化，用儀表測出熱電阻的阻值 變化，從而來采集溫度。最常用的是鉑電阻傳感器，化學性質穩(wěn)定。 方案二是采用數(shù) 字式傳感器 DS18B20作為溫度傳感器，它無需其它外加電路，直接輸出數(shù)字量。單總線器件，可直接與單片機通信，電路簡單使用方便。基于這些優(yōu)點選用數(shù)字式傳感器進行溫度的采集，它的測試精度、轉換時間、傳輸距離等方面效果很好。 本次 系統(tǒng)采用 DS18B20作為溫度傳感器 ,如圖 。 V C CD QG N