基于单片机的多功能数字钟--课程设计

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1、数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计基于单片机的多功能数字钟 数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计 题 目： 基于单片机的多功能数字钟 专 业： 电子与信息工程 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 成 绩： ( 2016.6 )目 录引 言3第一节 概述41.1 电子钟概述41.2 本次设计任务与要求41.3 系统主要功能4第二节 电子钟硬件设计52.1 系统的硬件构成及功能52.2 STC11F02单片机及其引脚说明62.3 60秒旋转译码驱动原理72.4 时分显示部件92.5 温度检测部件112.5.1 DS18B20 的主要特性112.5.2 DS18B20 引

2、脚12第三节 系统的软件设计133.1 系统主程序设计133.2 定时计数中断程序设计133.3 时间调整或定闹设置程序设计14第四节 系统调试与测试结果分析154.1 使用的仪器仪表154.2 系统调试154.3 测试结果154.4 测试结果分析154.4.1 硬件测试154.4.2 软件测试164.4.1.1 跑秒功能测试164.4.1.2 闹钟定时功能测试164.4.1.3 开机欢迎测试174.5 系统误差处理17第五节 结束语18第六节 电路板焊接六原则19第七节 贴片迷你USB座焊接特别说明19附录211 参考文献212 实物图像电路图中的器件如下：223 电路原理图23基于单片机的

3、多功能数字钟数理与信息工程学院 1401电子信息工程 张自立指导教师：张浩然 引 言 本系统采用单片机STC11F02控制，以MCS-51为核心，它完成对整个系统的信息处理及协调功能，本次设计我们选用晶宏公司的STC11F02芯片，其功能强大，兼容性好。本设计的软件，硬件都采用模块化的设计方法，提高了设计的效率。 本次设计实现了20S温度显示、秒表计时、时钟显示、蜂鸣器整点报时、夜间静音、闹钟定时等功能。其中结合了数据转换显示、数码管显示、动态扫描、单片机定时中断等技术。系统由STC11F02、LED数码管、按键、电阻、CD4017、CD4069等组成。能实现时钟时、分、秒的显示。也具有时间设

4、置、闹铃开和关设置、制式切换、秒表跑秒。第一节 概述 1.1 电子钟概述 本实验设计的电子钟为新颖的60秒旋转电子钟，它采用LED显示器件显示电子时钟，有效地克服了时钟误差。它能在夜间不必其它照明就能看到时间，并能在7点以前和21点以后数码显示管的亮度变暗，实现节能功能。它以60只发光管实现秒显示，并且外观采用透明外壳，可以看见电子钟的内部构造，更具有美观性。它具有一天实现两次闹钟的功能，并可通过手工更改闹钟的时间，更具有实用性。1.2 本次设计任务与要求 任务：设计一款电子钟。要求：1、基本要求 （1） 用4只LED数码管输出显示时和分。 （2） 可通过按键设置闹钟功能，且停闹无须手工操作。

5、 （3） 可通过按键设置分校时。 （4） 月计时误差小于45秒。 （5） 写出详细的设计报告。 （6） 给出全部电路和源程序。2、发挥部分 （1） 用60只LED发光管旋转显示，模拟“秒针”的行走。 （2） 增加停（掉）电保护功能。 （3） 增加室温检测和显示功能（可与时间交替显示）。 （4） 增加红黄绿三色变色装饰。 （5） 提高计时精度，使年计时误差小于30秒。 （6） 增加日自动校准功能，使得该电子钟“永无误差”。 （7） 可通过按键设置一天两闹（比如早晨、中午各一次）。1.3 系统主要功能 电子钟的外观如图1所示。周边60只发光管顺时旋转来显示秒，中间四只LED数码管用于显示时间，中下

6、方的七只LED灯顺时旋转，供装饰用。其主要功能有：整点报时；四只LED数码管显示当前时分；每隔一秒钟周边的60只LED发光管旋转一格，装饰用的LED每隔一秒旋转一次。当发生停电事件时，由后备电池供电，系统进入低功耗状态，所有显示部件停止显示，这样即延长了电池的寿命，同时又保证了CPU继续计数，不至于因停电而时钟停止运行。当恢复供电后，系统自动恢复工作状态，不影响计时。图1 电子钟外观图第二节 电子钟硬件设计2.1 系统的硬件构成及功能电脑钟的原理框图如图2所示。它由以下几个部件组成：单片机89C2051、电源、时分显示部件、60秒旋转译码驱动电路。时分显示采用动态扫描，以降低对单片机端口数的要

7、求，同时也降低系统的功耗。时分显示模块、60秒旋转译码驱动电路以及显示驱动都通过89C2051的I/O口控制。电源部分：电源部分有二部分组成。一部分是由220V的市电通过变压、整流稳压来得到+5V电压，维持系统的正常工作；另一部分是由3V的电池供电，以保证停电时正常走时。正常情况下电池是不提供电能的，以保证电池的寿命。具体电路参见“新颖的60秒旋转电子钟参考电路原理图”。 STC11F02 显示驱动时间显示（时、分） 60秒旋转译码驱动电路 电源图2 电子钟系统原理框图2.2 STC11F02单片机及其引脚说明STC11F02单片机与AT89C2051单片机指令完全兼容，都是51系列单片机的一

8、个成员，是8051单片机的简化版。内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性COMS八位微处理器。由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，STC11F02构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。STC11F02是一个有20个引脚的芯片，引脚配置如图3所示。图3 STC11F02引脚配置STC11F02芯片的20个引脚功能为：VCC 电源电压。GND 接地。RST 复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。XTAL1 反

9、向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2 来自反向振荡放大器的输出。P1口 8位双向I/O口。引脚P1.2P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1口输出缓冲器能接收20mA电流，并能直接驱动LED显示器；P1口引脚写入“1” 后，可用作输入。在闪速编程与编程校验期间，P1口也可接收编码数据。P3口 引脚P3.0P3.5与P3.7为7个带内部上拉的双向I/0引脚。P3.6在内部已与片内比较器输出相连，不能作为通用I/O引脚访

10、问。P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌电流；P3口写入“1”后，内部上拉，可用输入。P3口也可用作特殊功能口，其功能见表1。P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。2.3 60秒旋转译码驱动原理按常规传统设计，需60进制译码驱动电路才能实现60秒旋转译码驱动，若用六片十进制计数译码器构成六十进制计数译码电路，则电路连线多（需要120根连线），硬件电路庞大，开销大。为此，我们巧妙地采用了两片CD4017表1 P3口特殊功能P3口引脚特殊功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T

11、1（定时器1外部输入）进行六十进制计数译码，实现60秒旋转译码驱动。既减少了电路的复杂程度又可降低了成本。图4为CD4017功能引脚及时序图。图4 CD4017引脚、时序图CD4017集成电路是十进制计数/时序译码器，共有10个译码输出Q0Q9；每个译码输出通常处于低电平，且在时钟脉冲由低到高的上升沿输出高电平；每个高电平输出维持1个时钟周期；每输入10个时钟脉冲，输出一个进位脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。在清零输入端（R）加高电平或正脉冲时，CD4017计数器中各计数单元输出低电平“0”，仅在译码器中只有对应“0”状态的输出端Q0为高电平。为实现对发光二极管的驱动，将每

12、一个译码输出端口接一只发光二极管，并将二极管串联限流电阻后接地。当译码端口Q0Q9中任一端口为高电平，则对应的发光二极管点亮，如图5（左）所示。仔细考查CD4017的功能，可发现其10个输出的高电平是相互排斥的，即任一时刻只有一只发光二极管点亮，因此可将图5（左）电路进一步简化为如图5（右）所示，从而简化电路设计。图5 CD4017控制发光二极管原理图在本电子钟设计中，每秒点亮一个发光二极管，循环点亮一周共需60个发光二极管，若用上述的6片CD4017实现驱动，显然电路复杂。为此我们选用两片CD4017和一片6反相器，采用“纵横双译码”技术，实现60秒旋转译码驱动，其中一片接成10进制，一片接

13、成6进制，实现610=60的功能，具体连接方法如图6所示。将周期为1秒的输入脉冲作为其中一片CD4017的时钟脉冲，而此片的级联进位输出端（QC）作为另一片的时钟输入，并将Q6与复位端相连。在两片译码输出端交叉点上接入发光二极管，构成610矩阵。根据CD4017时序特点，在初始状态，作为高位（纵）的CD4017译码器输出端口Q0处于高平，经反相器反相后为低电平。当作为低位（横）的CD4017译码器输出端口Q0Q9依次输出高电平后，则对应的二极管LD1LD10依次点亮；此后由于QC端的进位，高位CD4017译码输出端口Q1输出高电平，反相后输出低电平，当低位的CD4017译码输出端口Q0Q9依次

14、输出高电平后，二极管LD11LD20依次点亮。如此往复，直至高位Q6向复位端输入高电平，CD4017复位，60秒循环点亮重新开始。图6 发光二极管“纵横双译码”循环点亮原理图2.4 时分显示部件由于系统要显示的内容比较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。LED有共阴极和共阳极两种。如图7所示。二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）ag，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。g f com