智能時(shí)鐘控制裝置的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文-資料下載頁

【導(dǎo)讀】⑴能夠進(jìn)行時(shí)鐘顯示，要求能夠顯示年、月、日、時(shí)、分、秒以及星期，并能夠進(jìn)行快速校準(zhǔn)；⑶數(shù)字鐘可實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)及鬧鐘功能；⑷該智能時(shí)鐘控制裝置利用多路傳感器，可實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)燈光及家用電器的定時(shí)開關(guān)機(jī)功能。1—4周：查閱相關(guān)資料，熟悉題目內(nèi)容，掌握設(shè)計(jì)原理，提交開題報(bào)告；11—12周：完善設(shè)計(jì)功能，整理資料并進(jìn)行結(jié)果測試及分析；13—14周：畢業(yè)設(shè)計(jì)驗(yàn)收；15—16周：撰寫、修改、提交畢業(yè)論文，畢業(yè)答辯。制裝置，以STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，以DS1307作為時(shí)鐘芯片，以溫度采集芯片DS18B20采集溫度作為輸入。信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)處理后，通過液晶顯示屏LCD1602顯示時(shí)間和溫度，同時(shí)控制蜂鳴器及家用電器在設(shè)定時(shí)間開關(guān)以。該裝置具有顯示準(zhǔn)確、直觀、易于調(diào)整的特點(diǎn)，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

　　

【正文】 能。 另外還可以對鬧鈴時(shí)間的設(shè)置，調(diào)整鬧鈴的時(shí)間，如果時(shí)鐘運(yùn)行到達(dá)設(shè)定鬧鈴時(shí)間就可以調(diào)用鬧鈴程序，從而控制蜂鳴器發(fā)出響聲，使發(fā)光二極管發(fā)出燈光。等到上邊的功能結(jié)束之后，程序就繼續(xù)執(zhí)行顯示程序，進(jìn)入到平常的時(shí)間的顯示狀態(tài)。鬧鈴子程序 是 在主程序調(diào)用時(shí)才會(huì)開始運(yùn)行的，即當(dāng)時(shí)間到達(dá)鬧鈴所設(shè)定的鬧鈴時(shí)間時(shí)，主程序就可以調(diào)用鬧鈴子程序了。當(dāng)鬧鈴子程序當(dāng)用以后，先開始對顯示功能的運(yùn)行，即可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的有規(guī)律閃爍；之后執(zhí)行聲音的提示，就是可以通過控制蜂鳴器發(fā)出響聲而達(dá)到提示的目的；最后程序返回主程序。 主程序主要實(shí)現(xiàn)的是對各個(gè) 子 程序的連接和分配，可以從主程序中看到整個(gè)程序的工作過程 ，陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 15 頁 共 40 頁 各個(gè)子程序的工作 步驟 ,則子程序主要就是對于各個(gè)模塊之間的設(shè)計(jì)，把各個(gè)模塊的主要程序根據(jù)系統(tǒng)需要，和電路需要設(shè)計(jì)出來，從而根據(jù)模塊框圖設(shè)計(jì)程序。本系統(tǒng)主要有顯示模塊、鍵盤模塊、鬧鈴模塊和溫度采集模塊的程序設(shè)計(jì)。 顯示模塊 本設(shè)計(jì)是根據(jù)現(xiàn)有的硬件電路 而設(shè)置相應(yīng)的顯示子程序的， 而 顯示子程序大致可以分為六個(gè)部分，顯示子程序的設(shè)計(jì)圖如圖 。 寄存器的初始定時(shí)中斷計(jì)時(shí)夠一秒秒更新時(shí)分更新年與日更新開始返回 圖 顯示子程序設(shè)計(jì)圖 在子程序的開始就要先對各個(gè)使用到的寄存器進(jìn)行初始化，并且對各個(gè)數(shù)值進(jìn)行初試賦值。之后就可以進(jìn)行對正常顯示的設(shè)置了。在定時(shí)中斷中，要對時(shí)間進(jìn)行記數(shù)，本設(shè)計(jì)是采用先對定時(shí)器進(jìn)行 50ms的延時(shí)設(shè)置，之后反復(fù)循環(huán) 20 次，進(jìn)而使時(shí)間變成 20*50=1s，每到 1s 就使秒位進(jìn)一，從而實(shí)現(xiàn)秒的更新。 當(dāng)秒運(yùn)行夠 60次 時(shí)，就使分鐘進(jìn)一，從而實(shí)現(xiàn)分鐘的更新。小時(shí)的更新是以分的進(jìn)位為基礎(chǔ)的，與分鐘的更新類似。之后就是年月日的更新了：每隔 24 小時(shí)就使日進(jìn)一；實(shí)現(xiàn)日的更新；每隔 30日就使月進(jìn)一，實(shí)現(xiàn)月的更新；每隔 12個(gè)月就使年進(jìn)一，實(shí)現(xiàn)年的更新。通過上述程序的設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)平時(shí)的顯示狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)行調(diào)時(shí)時(shí)，其顯示程序與原理依然是按照上述程序運(yùn)行的 [8， 10]。 模塊 本設(shè)計(jì)是采用 3x3的鍵盤排列設(shè)置程序的，其鍵盤子程序流程圖如 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 16 頁 共 40 頁 按鍵設(shè)置端口高電平掃進(jìn)一步消抖進(jìn)行鍵盤確認(rèn)開始返回 圖 鍵盤子程序流程圖 從 圖 中 可以看出鍵盤子程序的設(shè)計(jì)是從 按鍵設(shè)置 開始的。當(dāng)鍵盤的硬件電路對鍵盤有操作時(shí)，就可以啟動(dòng)主程序?qū)︽I盤子程序的調(diào)用了。一旦主程序啟用對鍵盤子程序的調(diào)用已有，程序就開始對鍵盤硬件端口的高電平的掃描。之后就是對各個(gè)端口高電平的消抖，使其恢復(fù)到初試狀態(tài)。之后就開始對鍵盤的確認(rèn)，根據(jù)返回的鍵盤值進(jìn)行相應(yīng)的處理。 對于鍵盤確認(rèn)這一塊可以實(shí)現(xiàn)三種功能的實(shí)現(xiàn)：一是對時(shí)間的調(diào)整；二是對日期的調(diào)整；三是實(shí)現(xiàn)對鬧鈴時(shí)間的調(diào)整。其中對于對時(shí)間的調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)對分鐘、小時(shí)的調(diào)整，在調(diào)整期間會(huì)使 時(shí)間的顯示出現(xiàn)調(diào)整數(shù)字的有規(guī)律閃爍跳動(dòng)，沒按動(dòng)一下需要調(diào)整的按鍵，對應(yīng)的數(shù)字就會(huì)閃爍一下并進(jìn)行加一或減一。對于日期和鬧鈴時(shí)間的調(diào)整與對時(shí)間的調(diào)整設(shè)置相同。最后返回鍵值。 在采用溫度采集模塊當(dāng)中，使用了 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。其子程序的實(shí)際框圖如圖 。 溫度采集單片機(jī)處理顯示處理開始返回 圖 溫度采集 設(shè)計(jì)圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 17 頁 共 40 頁 溫度采集 子程序 是 在主 動(dòng)顯示出來，而不是在主 程序調(diào)用時(shí)才 會(huì)開始運(yùn)行的，即當(dāng) 上電開始的時(shí)候，溫度就已經(jīng)開始采集，再到達(dá) 52單片機(jī)處理，然后顯示出來，無論掉電還是斷電，只要系統(tǒng)上電之后，顯示屏就會(huì)顯示實(shí)時(shí)溫度。 在主程序設(shè)置當(dāng)中夾雜著，定時(shí)開關(guān)的設(shè)置，用于智能化控制家用電器，其子程序流程框圖如圖 。 判斷是否到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)間設(shè)置返回開始LED 燈發(fā)亮是否 圖 自動(dòng)定時(shí)開關(guān)設(shè)計(jì)圖 子程序控制開始，按鍵模式選擇，時(shí)間設(shè)置，判斷是否到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間點(diǎn)，用于定時(shí)開關(guān)家用電器，本次設(shè)計(jì)用 LED燈代替家用電器，到 達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間點(diǎn)之后， LED燈發(fā)亮，長時(shí)間發(fā)出亮光，按鍵隨意按鍵，即可關(guān)閉燈。由于設(shè)計(jì)要源于生活，服務(wù)生活，所以設(shè)計(jì)了按鍵隨意按鍵關(guān)閉 LED燈。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 18 頁 共 40 頁 5 系統(tǒng)調(diào)試 如果硬件電路檢查后，沒有問題卻實(shí)現(xiàn)不了設(shè)計(jì)要求，則可能是軟件編程的問題，首先應(yīng)檢查初始化程序，然后是讀溫度程序，顯示程序，以及繼電器控制程序，對這些子程序，要注意邏輯順序，調(diào)用關(guān)系，以及涉及到的標(biāo)號(hào)，有時(shí)會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)標(biāo)號(hào)而影響程序的執(zhí)行，除此之外，還要熟悉各指令的用法，以免出錯(cuò)。還有一個(gè)容易忽略的問題就 是源程序生成的代碼是否燒入到單片機(jī)中，如果這一過程出錯(cuò)，那不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求也是很正常的了。 我在完成軟件調(diào)試 [12~13]的過程當(dāng)中就遇到了一些很低級(jí)的錯(cuò)誤，比如忘記在程序結(jié)尾處加上大括號(hào)，或者單詞輸入錯(cuò)誤等，這些都是很常見的一些問題，但是我們都應(yīng)該注意到，盡可能避免這些小問題的出現(xiàn)。 Proteus開發(fā)軟件的介紹 Proteus[14]軟件 是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA工具軟件 。它不僅具有其它 仿真軟件的仿真功能，如 EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī) ， 及 其 相關(guān) 外圍器件 組成的電路進(jìn)行仿真 。它是目前 世界上范圍內(nèi) 最好的單片機(jī)及外圍器件 組成電路 的 仿真 工具。 Proteus是世界上著名的 仿真軟件 ，從原理圖布圖 到 代碼調(diào)試 ， 再 到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從 思想 概念到 實(shí)物 產(chǎn)品 設(shè)備 的完整設(shè)計(jì)。 它 是目前世界上唯一 一個(gè)能 將電路仿真、 PCB設(shè)計(jì)和虛擬模型仿真三 個(gè)軟件相結(jié) 合 成 一的設(shè)計(jì)平臺(tái)， 2020年即將增加 Cortex和 DSP 系列 的 處理器，并持續(xù) 性 增加 了 其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil和MPLAB 等多種 編譯器 。 在 Proteus 繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件： *.HEX，可以在 Proteus 的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程。 Proteus 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。 Proteus 不僅 僅 可將許多地 單片機(jī)實(shí)例功能 進(jìn)行 形象化 處理 ， 還可以 將許多 地 單片機(jī)實(shí)例 進(jìn)行 運(yùn)行過程 的 形象化 處理 。前者可 以 在相當(dāng) 多地 程度 方面 上得到實(shí)物演示 上的功能性 實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物 化 演示實(shí)驗(yàn) 效果都難以達(dá)到的效果。 由于 Proteus 提供了實(shí)驗(yàn)室 里沒有 相比的 和有時(shí)無法實(shí)現(xiàn)的 大量的元器件庫，提供了 對 電路 進(jìn)行修改 設(shè)計(jì)的靈活性 ， 以及 提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量 與 質(zhì)量 上 ， 都 難以相比的虛擬 化的 儀器、儀表，因而也提供了 一個(gè)可以 培養(yǎng) 大 學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)造的 新 平臺(tái)。相信在 以后 單片機(jī) 方面的相關(guān)領(lǐng)域 開發(fā) 及 應(yīng)用中 ， Proteus 會(huì)在很多的方面領(lǐng)域里 也茯得 越來越多 的應(yīng)用。 利 用 Proteus 軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) , 用到了 虛擬仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù) ， 更是 虛擬仿真和多媒體技術(shù) 為一體 的綜合 利 用，有利于 提高 學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力 ， 和提高 仿真軟件 方面 的操作能力；在課程設(shè)計(jì) 、 畢業(yè)設(shè)計(jì)以及 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì) 大 競賽中，我們使用 Proteus 開發(fā)環(huán)境對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要投入 硬件 的 情況 下，學(xué)生 們都 普遍 反映 了 ， 在 對單片機(jī)的學(xué)習(xí) ， 和 比單純 書本知識(shí) 學(xué)習(xí)更 加 容易接受，更 加 容易提高 能力 。 實(shí)踐證明了我們 使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿真 及其 開發(fā)成功之后 ， 再進(jìn)行實(shí)際 性的 制作 ， 和實(shí)物的制作 ，能極大提高 效率，提高 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的 效率。因此， Proteus 有較高的推廣利 用價(jià)值。 及分析 在使用 Proteus 進(jìn)行仿真時(shí)，仿真圖需要從各個(gè)元件庫調(diào)出各個(gè)元件，并按照已經(jīng)設(shè)計(jì)好的電路圖進(jìn)行連接，在繪制仿真圖之后，要向單片機(jī)裝入程序，從而使單片機(jī)開始工作并帶動(dòng)整個(gè)電路工作，裝入過程為：點(diǎn)擊單片機(jī)，選擇所編譯程 序的輸出 hex文件，確定即可。 仿真圖如圖 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 19 頁 共 40 頁 系統(tǒng)仿真圖 此時(shí)單片機(jī)會(huì)按照程序所設(shè)定的功能進(jìn)行工作，在仿真過程中會(huì)遇到各種問題，但是經(jīng)過長時(shí)間的調(diào)制和修改，可以將遇到的問題逐一解決。 出現(xiàn)的 仿真結(jié)果 有 ：在正常運(yùn)行時(shí)，時(shí)鐘可以顯示年、月、日、星期、 時(shí)、分、秒得時(shí)間 和溫度。 此電子鐘也可以實(shí)現(xiàn)對鬧鈴的定時(shí)功能，如果時(shí)間到達(dá)時(shí)就可以發(fā)出提示聲。假設(shè)定時(shí)為 16 點(diǎn) 05 分整，如果到這個(gè)時(shí)間，就可以觸發(fā)鬧鈴而發(fā)出提示聲，同時(shí)發(fā)光二極管發(fā)出閃爍的燈光。該時(shí)鐘正常運(yùn)行時(shí)還顯示和調(diào)整年、月、日的功能。其對應(yīng)的鍵盤 對應(yīng)最右邊的三個(gè)按鈕。如果想要對年月日進(jìn)行調(diào)整則可以 按鍵移位，進(jìn)行選擇年、月、日以及時(shí)間，星期，當(dāng)液晶屏幕上的數(shù)字閃動(dòng)時(shí)，就可以 進(jìn)行日期的調(diào)整時(shí)，每按動(dòng)一下所對應(yīng)的按鍵，現(xiàn)實(shí)的 時(shí)間日期 依次加一，并且 LED 顯示 屏上的數(shù)字 隨著按鍵的動(dòng)作而跳動(dòng)。 硬件調(diào)試及分析 在仿真無誤后，開始進(jìn)行實(shí)際電路的搭接。搭接時(shí)先不用芯片實(shí)物，而用仿真器替代。按照電路圖，先把數(shù)碼管按照對應(yīng)的管腳連接起來，然后接驅(qū)動(dòng)電路等，接好之后把程序裝入仿真器，通電運(yùn)行，再對電路進(jìn)行調(diào)試。 在根據(jù)電路圖搭接好各個(gè)器件后，一個(gè)很重要的問題就是檢 查各器件是否完全工作。比如導(dǎo)線看似不用太費(fèi)力氣去檢驗(yàn)，但一個(gè)成功的實(shí)驗(yàn)需要前期充分的準(zhǔn)備。在焊接各個(gè)元件的引腳時(shí)，由于引腳較小，切其間相隔的位置不大，很容易在焊接時(shí)將其連接短路，使電路不能正常工作，因此驗(yàn)證過程中不要放過小問題。 通過檢查各器件是否完全工作，硬件仿真無誤后，可以用單片機(jī)芯片代替仿真器進(jìn)行最后的實(shí)現(xiàn)工作，用編程器將程序下載到芯片中 [14~18]，具體步驟為：先進(jìn)行擦除，然后查空，查空無誤后打開所需的 hex文件，然后進(jìn)行編程、校驗(yàn)。這時(shí)程序載入了芯片中，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能了。 這里要說的是，軟 件仿真成功和硬件電路實(shí)現(xiàn)之間是有很大差別的，在做軟件仿真時(shí)，沒有驅(qū)動(dòng)的問題，沒有芯片和器件質(zhì)量的問題，也沒有電線導(dǎo)電的問題，沒有工作條件的問題，但在實(shí)際電路中這些因素都要考慮。 通對實(shí)物的反復(fù)調(diào)試與檢測，本設(shè)計(jì)可以成功的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的功能，在本設(shè)計(jì)中常常會(huì)出現(xiàn)這種情況：軟件仿真實(shí)現(xiàn)了，但實(shí)際電路沒有任何功能。在電子鐘硬件實(shí)現(xiàn)過程中，就出現(xiàn)了很多問題，有引腳接錯(cuò)的問題，也有插線松動(dòng)或電線不通的問題，這些問題都是需要耐心和細(xì)心認(rèn)真解決的。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 20 頁 共 40 頁 調(diào)試結(jié)果及分析 實(shí)驗(yàn) 調(diào)試結(jié)果， 實(shí)物顯示圖如圖 . 圖 實(shí)物顯示圖 在通上電后，單片機(jī)工作液晶顯示屏 能夠進(jìn)行時(shí)鐘顯示 和溫度顯示 ，并 且 能夠 通過按鍵 進(jìn)行 時(shí)間 快速校準(zhǔn) 。 在模式狀態(tài)下，設(shè)置鬧鐘可以通過蜂鳴器報(bào)時(shí)發(fā)出響聲。調(diào)試到整點(diǎn)時(shí)，蜂鳴器報(bào)時(shí)發(fā)出響聲 實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí) 。 采用 LED燈代替了家用器件，設(shè)置一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)時(shí)間走到所設(shè)置的時(shí)間點(diǎn)后， LED燈明亮，按鍵模式，就可關(guān)閉 LED燈，而系統(tǒng)在斷電后， DS1307實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 繼續(xù)計(jì)時(shí)，保持在掉電后任然可以繼續(xù)計(jì)時(shí)。 調(diào)試過程當(dāng)中主要存在系統(tǒng)時(shí)鐘誤差， 時(shí)間是一個(gè)基本物理量，具有連續(xù)、自動(dòng)流逝、不重復(fù)等特性。我國時(shí)間基 準(zhǔn)來自國家授時(shí)中心，人們?nèi)粘Ｊ褂玫臅r(shí)鐘就是以一定的精度與該基準(zhǔn)保持同步的。結(jié)合時(shí)間概念和誤差理論 [1~3]，可以定義電子鐘的走時(shí)誤差 S=S1S2,S1 表示程序?qū)嶋H運(yùn)行計(jì)算所得的秒； S2 表示客觀時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)秒。 S0 時(shí)表示電子鐘秒單元數(shù)值刷新滯后，即走時(shí)誤差為“慢”；反之， S0 表示秒單元數(shù)值的刷新超前，即走時(shí)誤差為“快”。 本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)電子鐘系統(tǒng)中，其誤差主要來源包括晶體頻率誤差，定時(shí)器溢出誤差，延遲誤差。晶體頻率產(chǎn)生震蕩，容易產(chǎn)生走時(shí)誤差；定時(shí)器溢出的時(shí)間誤差，本應(yīng)這一秒溢出，但卻在下一秒溢出 ，造成走時(shí)誤差；延遲時(shí)間過長或過短，都會(huì)造成與基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生偏差，造成走時(shí)誤差。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 21 頁 共 40 頁 結(jié)束語 在這次智能電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)過程中，很是受益匪淺。利用 AT89S52單片機(jī)控制時(shí)鐘芯片與溫度測量傳感器以及 1602LED顯示；用時(shí)鐘芯片為整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)提供精準(zhǔn)的時(shí)間；用 DS18B20測量周圍環(huán)境溫度，并且到達(dá)很高的精度；液晶顯示模塊用于顯示溫度值和時(shí)間；獨(dú)立式按鍵實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)時(shí)間的調(diào)節(jié)。 通過對自己在大學(xué)四年時(shí)間里所學(xué)知識(shí)的回顧，并充分發(fā)揮對所學(xué)知識(shí)的理解和對畢業(yè)設(shè)計(jì)的思考及書面表達(dá)能力，加上老師的指導(dǎo)和同學(xué)的 幫助最終完成了。在單片機(jī)方面學(xué)習(xí)了很多的知識(shí)，如中斷技術(shù)，串口知識(shí)，單片機(jī)，以及語言程序的編寫學(xué)習(xí)，而撰寫論文的過程也是專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過程，它使我運(yùn)用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決一個(gè)理論問題或?qū)嶋H問題，把知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)