基于單片機的多功能數字電子鐘設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 簡介 DHT11 數字溫濕度傳感器能夠直接輸出數字信號，因為內含單片機具有A/D 模塊，直接把模擬信號轉換為數字信號，具有非常高的可靠性與出色的穩定性。傳感器由一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機相連接。體積小，功耗小，傳輸信號距離可以達到 20米以上，具有 4針單排引腳，連 接方便。 DHT11 的供電電壓為 3～ 。上電后，如果要越過不穩定狀態需要等待 1s，在此期間無需發送任何指令。 黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文） — 7— LCD12864 LCD12864 簡介： 12864LCD 顯示屏帶有中文字庫，分辨率是 12864。連接簡單可以顯示圖形，工作電壓低，功率消耗低。由該模塊組成的液晶表現方案與同范例的圖形點陣液晶表現模塊比擬，硬件電路布局或表現法式都要簡練很多，且該模塊的價錢也略低于不異點陣的圖形液晶模塊。 本章主要介紹了系統主要元件的基本特性，引腳功能。充分的了解 各元件的工作原理以更好的實現整體效果。 黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文） — 8— 3 總體方案 本次方案完成電子時鐘年、月、日、時、分、秒的表現及環境溫度檢測等功效的基礎上完成按時鬧鐘的功效。由于 DS1302 時鐘芯片 無源，再加上一個電源才能在斷電情況運行十年以上不丟失數據 ，重新上電后也不需要校正時鐘。 硬件電路包括單片機最小系統電路、 DS1302 實時時鐘芯片電路模塊、LCD12864 液晶顯示模塊、按鍵模塊、 DHT11 溫濕度傳感器模塊、蜂鳴器報警電路模塊；軟件部分則是應用例如 C 語言的編程實現對時鐘芯片進行時間數據的讀和寫，時間顯 示是通過液晶顯示程序實現的，通過按鍵操作實現功能的轉換和屏幕的切換。 基于單片機系統的電子時鐘基本結構框圖如圖 3所示： 圖 3 系統基本結構框圖 該系統所需要的器件包括單片機 STC89C52 芯片一塊，實時時鐘芯片DS1302 一塊，溫濕度傳感器 DHT11 一塊，液晶顯示屏 LCD12864 一塊，蜂鳴器一個， 的晶振一個，排針排線若干組，電容電阻若干，導線若干，發光二級管一個，三極管一個，按鈕 5 個。 黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文） — 9— 主要功能有三個，都由系統程序實現。 時鐘芯片實現年、月、日 、時、分、秒、星期顯示、鬧鐘功能；溫濕度測量部分實現環境溫濕度測量及顯示；鍵盤部分主要為時鐘和鬧鐘設置；功能整體程序流程框圖如圖 4所示。 圖 4 功能整體流程框圖 設計流程主要是先閱讀各種與設計有關的文獻，確定主要思路畫出電路圖。在用 PROTEL DXP 制圖， PCB 制板自動布線，如果電氣檢查無誤，購買元件，連接到各個模塊結合軟件進行調試。 本章介紹的的主要內容是系統的原理，功能的流程。系統由單片機基本系統，溫濕度采集模塊，時鐘模塊，報警模塊，按鍵模塊。為了更好實現各模 塊的功能，對多個方案比較確定方案。然后對硬件和軟件分別描述。 黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文） — 10— 4 系統硬件架構 描述系統的硬件構架用的是分塊描述的方式。分塊描述就是把系統分為各個能夠單獨工作又可以互相合作的模塊，將復雜難懂軟件程序及其電路分解，使設計容易化。本設計的電路模塊可以分為液晶顯示模塊，單片機最小系統模塊，時鐘模塊，溫濕度傳感器模塊，按鍵模塊，蜂鳴器報警模塊。 最小系統晶振電路如圖 5 所示。 圖 5 晶振電路圖 晶振電路的主要功能是為單片機提供一個穩定的頻率，沒有了晶振電路單片機就無法正常工作。 單片機的時鐘具有兩種工作模式，即片內時鐘和片外時鐘模式。 最小系統復位電路如圖 6 所示。 圖 6 復位電路圖 黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文） — 11— CPU和系統中的其它部件都需要處于一個確定的初始狀態，并從這個初始狀態開始工作，這就需要單片機的復位電路來實現。使只要單片機的復位端 RST 保持高電平，單片機便保持復位狀態。單片機通常采用上電復位和按鈕復位兩種方式。 最小系統整體電路如圖 7 所示。 1 402 393 384 375 366 357 348 339 3210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21STC89C52U1GNDVCC+512345678R210KVCC+530pFC230pFC312Y110KR3S1VCC+5GND10uFC1 圖 7 最小系統電路圖 本設計中的 DS1302 芯片 SCLK,I/O,CE 引腳分別與 STC89C52 芯片的， ， 口相連接， VSS 引腳接地。 時鐘模塊電路如圖 8 所示。 15678234DS1302GND10pC410pC5GND12Y2VCC VCC+3V 圖 8 時鐘模塊電路圖 黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文） — 12— 溫濕度傳感器 DHT11 的接法很簡單，它的 DATA 引腳與 STC89C52 芯片的 引腳相連接， VSS 引腳接地。溫濕度傳感器模塊電路如圖 9 所示。 1234DHT11GNDVCC 圖 9 溫濕度傳感器模塊 12864LCD顯示屏帶有中文字庫，分辨率是 12864。連接簡單可以顯示圖形，工作電壓低，功率消耗低。由該模塊組成的液晶表現方案與同范例的圖形點陣液晶表現模塊比擬，硬件電路布局或表現法式 都要簡練很多， 液 LCD12864的 DB0DB7引腳與 STC89C52芯片的 P0口相接，而控制引腳 RS， R/W， E， CS1，CS2， /RES則分別接 ～ ， VSS引腳接地。 液晶顯示模塊電路如圖 10所示。 1234567891011121314151617181920LCD12864GNDGNDVCC+510KR1VCC+5 圖 10 液晶顯示模塊 四個按鍵 key1key4 也接到 STC89C52 芯片的 起到調節時間日黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文） — 13— 期等功能 ， VSS 引腳接地 。四個按鍵中 S2為上調鍵， S3為下調鍵， S4為返回鍵， S5 為設置鍵。 按鍵模塊電路如圖 11 所示。 圖 11 按鍵模塊 蜂鳴器報警模塊的用處是當時間為預定時間時發出響聲。這個模塊用 PNP三極管把蜂鳴器的電流放大，基極通過 200歐姆電阻與單片機 STC89C52的閑置引腳 ，集電極接地，發射極蜂鳴器。 報警模塊電路如圖 12所示。 圖 12 報警模塊 本章介紹了系統的各個硬件部分，其中對液晶模塊、溫濕度傳感器模塊、時間模塊、按鍵電路和報警模塊進行了逐一介紹，明白了各電路與單片機是怎樣連接的，還有各電路的自身的電路結構和特點。下面對本設計的軟件部分進行介紹，實現軟硬件的結合。 BEEP1Q1VCC200R4GND黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文） — 14— 5 軟件設計 軟件設計總體說明 程序的編寫編譯在 Keil Uvision3 軟件中完成。 首先對 STC89C5 DS130 LCD1286 DHT11 進行初始化，日歷和溫濕度信息通過 LCD12864 顯示出來，當前時間與設定的鬧鐘時間相同后，LCD12864 上顯示的時間停止，但實際上芯片內部的時間仍然在走。時鐘芯片向單片機發出中斷請求，單片機通過報警模塊進行警報，此時，若按下四個按鍵中的任意一個，報警停止， LCD12864 顯示的時間繼續精確顯示。系統中有四個按鍵，即：上調鍵 S下調鍵 S返回鍵 S設置鍵 S5。 按 下 S5鍵，系統進入設置狀態，再按下 S5鍵可在除了溫濕度外的項目，如年、月、日、時、分、秒、星期、鬧鐘上停留，此時再按下上調鍵 S2 即可進行加一操作，按下下調鍵 S3即可進行減一的操作，按下 S4鍵退出調整。 13 主程序的主要功能是負責對系統的溫濕度檢測、顯示溫濕度以及時間、檢測報警等。 黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文） — 15— 圖 13 主程序流程圖 14 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的。液晶顯示了時間和日期（陽歷和農歷），溫濕度等信息。 黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文） — 16— 圖 14 液晶模塊 流程圖 15 溫濕度傳感器是系統設計的主要環節，它實時監測環境的溫濕度。 測量范圍： 濕度 20~90%RH， 溫度 0~50℃ 測量精度： 濕度 +5%RH， 溫度 +2℃ 分 辨 率： 濕度 1%RH， 溫度 1℃ 黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文） — 17— 圖 15 溫濕度模塊流程圖 16 圖 16 報警模塊流程圖 黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文） — 18— （見附錄二） 本章說明了計劃的首要軟件流程，然后對各個模塊進行了流程圖的解釋，經由過程流程圖可以領會到本計劃的編程思路，而且寫出詳細的代碼法式，然后實現了軟硬件 的連系，完成最后的計劃。結論 — 19— 結論 設計運用了單片機 STC89C52 為主控元件，配合無源時鐘芯片 DS1302，顯示電路采用了 LCD12864，溫濕度采集則應用了 DHT11。 主要工作和成果如下： （ 1）介紹了單片機為核心的時鐘電路設計流程，對多功能數字電子鐘的應用進行了討論。 （ 2）對 DS1302 時鐘芯片的基本原理、特性做了一個整體的介紹。對單片機管腳特性，軟硬件資料有了深入了解。 （ 3）在系統的軟件仿真調試中，運用了 PROTEL 等軟件；學習了軟件 的基本操作，掌握了程序的編譯過程、電路 圖的繪制過程。 （ 4）課題設計取得了較好的效果，達到了課題的基本要求。 本設計主要研究單片機與時鐘芯片結合控制，從軟硬件上對單片機和時鐘芯片有了更進一步的認識。時鐘除了能夠顯示基本日期時間功能外，還能夠顯示、設置鬧鐘。這些功能在工業監測控制系統中起到定時、監控作用，再加上影像數據的實時記錄功能會更好。因此，多功能電子鐘在未來的農業方面會有更大的作用，希望以后會完善。 參考文獻 — 20— 參考文獻 [1]王云濤 ,王楠 .淺談多功能數字鐘的設計 [J].山東電力高等專科學報 .2020 [2]趙琳 ,王璐 ,閔 莉 .基于單片機的時鐘校時系統設計 [J].科技廣場 .2020 [3]濕度傳感器的發展趨勢 [J],自動化信息 .2020 [4]徐瑋 ,彭敏芳 ,魏巍 ,戴婧 .輕松學 PIC 之 DS1302 時鐘篇 [J].電子制作 .2020 [5]莊建清 ,徐瑋 .51 單片機綜合學習系統 DS1302 時鐘應用篇 [J].電子制作 .2020 [6]高文平 ,陸斌 ,劉杰云 ,李權 .基于 CAN 總線的溫濕度測量裝置設計 [J].物聯網技術 .2020 [7]陳忠平 .51 單片機 C 語言程序設計經典案例 [M].電子工業出版社 .2020 [8]劉寶元，張玉虹，姜旭，段存 麗 .基于單片機的溫濕度監控系統設計 [D].國外電子測量技術， 2020 [9]張開碧 ,王浩 ,曾勇斌 .基于 STC89C52 單片機的多功能數字鐘的設計[D].科息 .2020 [10]李平 .單片機入門與開發 [M].2020 [11]閆玉德、俞紅 .MCS51單片機原理與應用（ C 語言版） [M].機械工業出版社 [12]液晶顯示器的數字電子鐘設計 [J].科學之友：下旬 .2020 [13]阮志聰 .基于 51單片機的多功能電子鐘設計 [D]. [14]陳洪財 .基于單片機的模塊化教學研究 [N].電氣電子教學學報 .2020 [15]包國彬 ,張建民 ,劉嬴 .復位電路的設計與分析 [J].光電技術應用 .2020 [16]張開碧 ,王浩 ,曾勇斌 .基于 STC89C52 單片機的數字鐘的設計 [J].科學之友：下旬 .2020 [17]51單片機學習論壇 [DB]. [18]黃智偉 .全國大學生電子設計競賽常用電路模塊制作 [M].北京：北京航空航天大學出版社 .2020 [19]ANALOG technology of AT89C51[EB/OL]. [20]Tom .Cooling