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1、电子综合设计课题: 基于51单片机的多功能数字时钟系统设计课题: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。二、系统组成与工作原理1、工作原理: 本设计采用STC89C51单片机
2、作为本次课程设计的控制模块。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、总是设计框架图: 图二: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:
3、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,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,
4、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
5、储器的写入信号。P3.7:RD,外部数据存储器的读取信号。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
6、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X
7、TAL2。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。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
8、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
9、,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
10、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。#软件设计:待续四、元器件明细表元器件名称参数备注单片机AT89S51(12MHZ)1晶体DRYSTAL 12MHZ1晶体DRYSTAL 32.768MHZ1温度测量芯片DS18B201时钟模块DS13021存储器模块AT24C021LCD显示模块LCD16021三极管PNP90121闹铃-1电容47F1电容22pF2电容10F1按键BUTTON7电阻(上拉电阻)10K15电阻1K15滑动变阻器47K2限流电阻0.1K8排阻RESPACK-8/10K1发光二极管(红/绿)-10电源接口-1开关-5五、调试所需的
11、仪器设备基本测试仪器:万用电表、秒表、电源、温度表六、设计的难点和可能出现的问题1、设计难点: (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、可能出现的问题: (1):温度显示,与实际偏差大 (2):LCD显示模块的功能显示不正常 (3):闹铃设计与其他时间功能设计冲突 (4):软件程序设计功能不完善,系统无法正常运转七、预期达到的性能指标1、预期达到的性能指标: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
12、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、多功能数字时钟使用说明:A:(调整切换键)进行时间、闹铃以及生日的设置,调整内容切换。B: (调整加减/生日的设定)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;在时间显示界面中长按改建进入圣体信息设定,按A键选择调整内容,按B键加1,C键减1,D减退出设定,当设定生日到时,当日七点整第一次响铃提醒,以后每隔一小时整点提醒,直至当日晚上22点后最后一次提醒。C:(调整减/日期提醒)在时间显示界面中按A键后,进入时间调整。按C键对应闪烁内同加1;在时间显示界面中常按A键后,进入日期提醒查看。D
13、(退出键/闹铃设定)在各种设定模式(时间、生日、闹铃)下,按该键退出设定;若在时间显示界面中短按键后,则进入闹铃、生日信息查看;长按则进行闹铃设定。E:(屏幕背光键):按下该键不放则屏幕背光。调整左上方的蓝色变阻器课调整LCD显示灰度;调整右上方的蓝色编著器可调整LCD背光的亮度。(注:系统再不进行日和操作时,10秒后自动关闭屏幕,按任意键返回)F:(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、生日、和闹铃等细细的丢失。八、人员分工与进度安排小组成员学号分工备注白立萍张福婷荣林林20071001089收集资料,电路焊接注:进度安排以14周为期 九、参考文献1、 谢自美,电子线路设计、实验、测试 武汉:华中理工大学出版社,20002、 何书森、何华斌实用数字电路原理与设计速成福州:福建科学技术出版社,2000.63、 白驹衍 单片计算机及应用北京:电子工业出版社, 1999.24、 王洪君 单片机原理及应用济南:山东大学出版社 2009.25、 阎 石 数字电子技术基础第五版,北京:高等教育出版社,2008.12