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1、电子课程综合设计总结报告课题：基于51单片机的多功能数字时钟系统设计 荣林林 20071001089 课题：基于51单片机的多功能数字时钟系统设计一、 概述、设计思路该设计方案是以MC51单片机为核心，采用LCD液晶屏幕显示系统，辅以闹钟模块，温度采集模块、日期提醒、键盘时间调整预设置等模块，所构建的数字时钟系统，能动态显示实时时钟的时、分、秒，数据显示(误差限制在30每天)，对闹铃方式与温度调节模块进行了重点设计 实现SB0、SB1、SB2、SB3四个键实现时钟正常显示，调时，及闹钟时间设置。本系统设计大部分功能有软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性也得大大提高。设计电路实现功能：1、利用
2、LCD1602实现：年、月、日、周、时、分、秒的显示2、利用温度传感器实现：实时数字温度显示3、利用蜂鸣器、发光二极管实现温度报警（温度30摄氏度）4、利用蜂鸣器实现任意时刻闹钟设定5、利用蜂鸣器实现从7：00到23：00时间段的整点报时二、系统组成与工作原理1、工作原理： 本设计采用STC89S51单片机作为本次课程设计的控制模块。单片机可把由DS18B20、DS1302中的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历和闹铃的显示。以LCD液晶显示器为显示模块，把单片机传来的的数据显示出来，并且显示多样化，在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。2、总是设
3、计框架图（即系统组成）： 图一：系统总体电路图三、单元电路的设计与分析整个电子时钟系统电路可分为六大部分：中央处理单元（CPU）、复位电路部分、显示部分、键盘输入部分、温度采集部分。1、MCS-51单片机89S51各引脚功能介绍：VCC：89S51 电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESET：89S51的重置引脚，高电平动作
4、，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp：EA为英文External Access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此
5、引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。ALE/PROG：端口3的管脚设置：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分为STC89S51RC单片机的最小系统。2、复位电路 MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期
6、的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。上电复位：上电复位电路是种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。电路图如下：上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。3、时钟电路时钟是单片机
7、的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式。电路图如下：MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。4、显示电路采用LCD显示，LCD显示具有丰富多样性，灵活性，电路简单、易于控制而且功耗小，对于信息量多的系统，是比较适合的,LCD液晶
8、显示模块采用LCD1602型号，具有很低的功耗，正常工作室电流仅2.0mA/5.0V。通过编程实现总动关闭屏幕能够更有效地降低功耗。LCD1602分两行显示，每行可现实多达16个字符，其内部的字符发生器已经存储了160个不同的点阵字符图形，通过内部指令可实现对其显示多样的控制。 1602液晶显示电路5、 按键电路 按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。为了避免CPU多次处
9、理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。本文采用的是独立式按键，直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。 电路图如下： P1.0口表示功能移位键，按键选择要调整的时十位、时个位、分十位或分个位。 P1.1口表示数字“+“键，按一下则对应的数字加1。 P1.2口表示数字“-”键，按一下则对应的数字减1。 P1.3口表示时间表的切换，程序默认为日常时间表，当按下该开关，使输入为低电平时，表示当前执行的是考试时间表，并有绿发光二极管显示。再按键，使键抬起，输入维高电平时，表示当前执行的是日常作息时间表，用红发光二级管显示。6、温度采集部分此部分
10、选用DS18B20 传感器，主要由四部分组成：64 位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和TL、配置寄存器。有三个管脚：DQ 为数字信号输入/输出端；GND 为电源地；VDD 为外接供电电源输入端。电源有两种接法：1）远端因入；2）寄生电源方式。它是支持“一线总线”接口的温度传感器，测量温度范围为-55C+125C，在-10+85C 范围内，可编程为9 位12 位A/D 转换精度，工作电压在3V5V 之间。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。四、系统软件设计流程4.1主程序流程如图9:系统主程序流程4.2时间设定程序流程如图10 图10 显示时间子
11、程序流程4.3 温度测量流程图如图11 图11 温度测量程序流程图4.4 闹铃设定流程图如图12 图12 闹铃设定程序流程图五、元器件明细表元器件名称参数价格（元）备注51单片机AT89S51（12MHZ）81晶振DRYSTAL 12MHZ21晶振DRYSTAL 32.768MHZ21温度测量芯片DS18B2061时钟芯片DS130221LCD显示器件LCD1602201三极管PNP90120.51蜂鸣器-11电容47F-1电容30pF-2电容10F-2按键BUTTON27电阻(上拉电阻)10K110电阻1K1.515滑动变阻器47K115限流电阻0.1K12排阻RESPACK-8/10K18
12、发光二极管（红/绿）-520电源接口-121开关-0.52系统大概的费用成本：62.5元六、调试所需的仪器设备基本测试仪器：万用电表、秒表、电源、温度表七、设计的难点和可能出现的问题1、设计的步骤与难点： （1）：温度设计模块的设计 （2）：LCD显示模块的设计 （3）：闹铃设计模块的实现设计 （4）：单片机个功能模块的综合设计 （5）：电路总体设计，元器件选择及焊接，调试2、出现的问题解决办法： （1）：温度显示，与实际偏差大 解决方法：通过对温度传感器的读程序代码进行相应调整，从而获得误差相对较小的温度测量、显示值。 （2）：LCD显示模块的功能显示不正常 解决办法：由于焊接电路的疏忽，L
13、CD的焊接，不牢固，致使有些管脚与焊点处接触不良，从新加固后，LCD显示正常 （3）：软件程序设计功能不完善，时间显示方面，月份，系统无法正常运转 解决办法：对时钟按键部分程序进行修改，在1、3、5、7、8、10、12以及4、6、9、11等处，对其时钟月份值比较时，每回都需读取八、实测性能指标1、实测的性能指标：电路整体设计完成后，实现了动态显示实时时钟的时、分、秒，数据显示，闹铃功能与温度调节，实现SB0、SB1、SB2、SB3四个键实现时钟正常显示，调时，及闹钟时间设置。2、电路实现功能：1、利用LCD1602实现：年、月、日、周、时、分、秒的显示2、利用温度传感器实现：实时数字温度显示3
14、、利用蜂鸣器、发光二极管实现温度报警（温度30摄氏度）4、利用蜂鸣器实现任意时刻闹钟设定5、利用蜂鸣器实现从7：00到23：00时间段的整点报时3、多功能数字时钟使用说明：A:（模式按键）进行秒、分、时、周、日、月、年的时间设定：按一次后进行秒调整以此依次往后进行模式变换。B: (调整加减)在时间显示界面中按模式按键A后，进入时间调整。按B键对应闪烁内容加1 C：（调整减）在时间显示界面中按A键后，进入时间调整，按B键对应闪烁内容加1，按该键退出设定。D：(退出键)在调整模式下，按下该键，则系统自动返回，进入正常时间显示界面E：（复位键）按下该键系统复位，系统从头开始执行程序，如果与长按可按下改嫁进行系统复位，复位不会造成时间、闹铃等细节的丢失。九、人员分工与进度安排小组成员学号分工备注白立萍20061201003购买器件，调试电路张福婷20071201260收集资料，程编写序荣林林20071001089收集资料，电路焊接
