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1、多功能数字钟设计报告目录第一部分摘要.4第二部分1设计任务.41.1 基本要求.41.2 发挥部分.41.3 创新部分.42方案论证与比较.42.1 显示部分.42.2 数字时钟.42.3 温度采集.52.4 闹铃部分.52.5 电源模块.53总体方案.53.1 工作原理.53.2 总体设计.54系统硬件设计.64.1 STC89C52RC 单片机最小系统 .64.2 测温模块.64.3 时钟模块.74.4 存储器模块.74.5 LCD 显示模块.84.6 电源模块.84.7 整体电路.85系统软件设计.95.1 主程序流程.95.2 时间设定程序流程.105.3 温度测量程序流程.105.4
2、 闹铃设定程序流程.115.5 生日设定程序流程.116测试与结果分析.126.1 基本部分测试与分析.126.2 发挥部分测试与分析.126.3 创新部分测试与分析.127设计总结.128参考资料.13附录.14附一.14获取时钟芯片 DS1302 时间信息的程序.14附二.15多功能数字时钟使用方法.15摘要 本设计采用 LCD 液晶屏幕显示系统，以 STC89C52RC 单片机为核心，由键盘、温度采集、定时闹铃、日期提醒等功能模块组成。基于题目基本要求，本系统对时间显示、闹铃方式进和温度采集系统行了重点设计。此外，扩展了整点报时、非易失闹铃信息存储、国内外重要节日提醒等功能。本系统大部分
3、功能由软件来实现，吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。本系统不仅成功的实现了要求的基本功能，多数发挥部分也得到了实现，而且还具有一定的创新功能。关键字：STC89C52RC 单片机、LCD 液晶显示、双电源供电、温度采集、非易失定时闹铃、生日提醒、重要节日提醒、整点报时1、任务设计1.1 基本要求：设计并制作一个多功能数字钟。1.1.1 设计能支持年、月、日、星期、时、分、秒的时钟，时钟有时间调整功能及闹钟功能；1.1.2 时钟附带有一个温度计功能，温度检测精度高于 2 度，显示精度为 1 度；1.1.3 时钟具有装卸电池时掉电保护功能，保护时
4、间大于 5 分钟；1.1.4 时钟功耗小于 0.5MA/5V。1.2 发挥部分：1.2.1 提高温度检测精度，在 0-40显示 0.1；1.2.2 实现双电源供电（220V 及电池供电） ；1.2.3 能够提供生日提醒指示；能够每天提供 3 个时间点的闹钟报时功能；1.2.4 非接触止闹功能。1.3 创新部分:1.3.1 非易失定时闹铃1.3.2 重要日期提醒1.3.3 整点报时2、方案论证2.1 显示部分:显示部分是本次设计的重要部分，一般有以下两种方案：方案一：采用 LED 显示，分静态显示和动态显示。对于静态显示方式，所需的译码驱动装置很多，引线多而复杂，且可靠性也较低。而对于动态显示方
5、式，虽可以避免静态显示的问题，但设计上如果处理不当，易造成亮度低，有闪烁等问题。方案二：采用 LCD 显示。LCD 液晶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等优点，对于信息量多的系统，是比较适合的。鉴于上述原因，我们采用方案二。2.2 数字时钟数字时钟是本设计的核心的部分。根据需要可采用以下两种方案实现：方案一：方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现 1 秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加 1；若秒值达到 60，则将其清零，并将相应的分字节值加 1；若分值达到 60，则清零分字节，
6、并将时字节值加 1；若时值达到 24，则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电，程序将不执行。而且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。方案二：方案采用 Dallas 公司的专用时钟芯片 DS1302。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于 10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，可使系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行
7、，以备随时提供正确的时间。基于时钟芯片的上述优点，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。2.3 温度采集由于现在用品追求多样化，多功能化，给系统加上温度测量显示模块，能够方便人们的生活，使该设计具有人性化。方案一：采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于 1 摄氏度的信号是不适用的。方案二：采用温度传感器 DS18B20。DS18B20 可以满足从-55 摄氏度到+125 摄氏度测量范围，且 DS18B20 测量精度高，增值量为 0.5 摄氏度，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的 RAM 中，单片机直接从中
8、读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。基于 DS18B20 的以上优点，我们决定选取 DS18B20 来测量温度。2.4 闹铃部分一般的时钟都带有闹铃，实现闹铃方式可采用以下两种:方案一：将闹钟信息存放在单片机自带的存储器中。该方案成本低而且易于实现，但是一但掉电会造成之前信息的丢失。方案二：将闹钟信息存放在非易失储存器 AT24C02 中。该方案即使在完全的掉电的情况下也不会造成闹钟信息的丢失，可避免方案一带来的麻烦。2.5 电源模块方案一：采用干电池作为系统电源。但需经常换电池，不符合节约型社会的要求。方案二：采用直流稳压电源作为系统主电源，干电池作为辅助电源。不仅不需要经常更换电源，并
9、且当市电停止时能够采用干电池做为系统电源，使用更加安全可靠。基于以上分析，我们决定采用方案二3、总体方案3.1 工作原理:本设计采用 STC89C52RC 单片机作为本系统的控制模块。单片机可把由DS18B20、DS1302、AT24C02 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。3.2 总体设计:设计总体框架图如图 14、系统硬件设计（单元电路设计及分析）4.1 STC89C52RC 单片机最小系统 ：最小系统包括晶体
10、振荡电路、复位开关和电源部分。图 2 为 STC89C52RC 单片机的最小系统。4.2 温度测量模块:温度测量传感器采用 DALLAS 公司 DS18B20 的单总线数字化温度传感器，测温范围为 -55125，可编程为 9 位12 位 A/D 转换精度，测温分辨率达到 0.0625，采用寄生电源工作方式，CPU 只需一根口线便能与 DS18B20 通信，占用 CPU 口线少，可节省大量引线和逻辑电路。接口电路如图 3 所示。图 2 最小系统电路图图 3 DS18B20 测量电路4.3 时钟模块:时钟模块采用DS1302芯片，DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时
11、钟/ 日历和31字节静态RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/ 日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线：RST复位、I/O数据线、SCLK串行时钟。时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW，其接线电路如图4图 4 时钟电路4.4 存储器模块:存储器采用 Atmel 公司的 AT24C02 芯片。该芯片带有 2KB 的串行 COMS EEP
12、ROM，内部含有 256 个 8 位字节，可通过 I2C 总线对其接口进行读写操作，而且带有写保护功能。其接线图如图5 所示。图 5 AT24C02 存储器电路4.5 LCD 液晶显示模块:LCD 液晶显示模块采用 LCD1602 型号，具有很低的功耗，正常工作时电流仅 2.0mA/5.0V。通过编程实现自动关闭屏幕能够更有效的降低功耗。LCD1602 分两行显示，每行可显示多达 16 个字符。LCD1602 液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）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，并且还能利用空余的空间自定义字符。其接线如图 6图 6 LCD
13、显示电路4.6 系统电源:双电源设计是本设计的重点。220V 交流转 5V 直流稳压电源会更加安全、实用。当没有交流电时，系统采用干电池供电；当接通交流电时，则电路自动切换到交流电供电，并且对干电池进行慢性充电。电路图如图 7：图 7 电源电路4.7 整体电路：系统整体电路如图 8 所示：图 8 系统总体电路图5、系统软件设计流程5.1 主程序流程如图 9:图 9 系统主程序流程5.2 时间设定程序流程如图 10图 10 显示时间子程序流程5.3 温度测量流程图如图 11图 11 温度测量程序流程图5.4 闹铃设定流程图如图 12图 12 闹铃设定程序流程图5.5 生日设定流程图如图 13图 13 生日设定程序流
