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1、B-1 多功能电子钟设计报告 组员： 完成时间：2016年5月9日 目录1.摘要42.设计任务4 2.1基本要求4 2.2发挥部分53.方案论证与比较5 3.1显示部分5 3.2时钟部分5 3.3闹铃部分6 3.4温度采集部分64.总体方案7 4.1工作原理 7 4.2总体设计75.系统硬件设计8 5.1 STC89C51单片机最小系统8 5.2时钟模块8 5.3 LCD液晶显示模块9 5.4闹钟响铃模块10 5.5温度测量模块116.系统软件设计11 6.1 main模块11 6.2 ds1302模块12 6.3 lcd12864模块12 6.4 key模块13 6.5 ringlock模块
2、13 6.6 menu模块和DS18B20模块137.测试与结果分析148.总结14参考文献15附录一15附录二161.摘要 本设计采用LCD12864液晶屏幕显示系统，以STC89C52单片机为核心，由铃声响铃模块、DS1302时钟控制模块、LCD12864显示模块、键盘控制模块、菜单模块和DS18B20温度模块等功能模块组成。基于题目的基本要求，本系统对时间显示、闹钟的设定和控制以及时间日期的设定进行了重点设计。此外，还扩展了掉电存储、红外遥控、温度采集等功能。本系统大部分功能由软件来实现。在该设计中不仅成功的实现了题中的基本要求，多数发挥部分也得到了实现，而且还具有一定的创新功能。2.设
3、计任务 2.1基本要求（1）准确计时，以数字形式显示年月、日、时、分、秒。（2）小时以24小时计时形式，分秒计时为60进位，日期平年和闰年将自行更换。（3）采用矩阵按键和4个独立按键对电子表进行控制，可进行闹钟设定、控制及时间日期的设定。 （4）闹钟功能：可任意设定闹钟时间，一旦走时到该时间，能以蜂鸣器发声、LED发光的形式告警提示。 2.2发挥部分 （1）掉电后所显示的时间进行存储，待通电可恢复断电前的时间。 （2）闹钟时间到，蜂鸣器能发出有节奏的音乐，并且LED灯发光节奏随音乐变化。（3）通过红外遥控能使闹钟停止。（4）其它发挥部分：添加了一个主菜单，增加了一个温度模块3.方案论证与比较
4、3.1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。 3.2时钟部分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
5、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，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
6、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，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时钟的功能。 3.3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。在此设计中，我们采用的是方案一，为了防止其数据的
7、丢失，我们对掉电后所显示的时间进行了存储。 3.4温度采集部分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
8、们决定选取DS18B20来测量温度。4.总体方案 4.1工作原理 本设计采用STC89C51单片机作为本系统的控制模块。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，实现时间、闹铃和温度的显示。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。 4.2总体设计总体框架如图1所示USB转串口P17图1 总体框架5.系统硬件设计本设计采用的是学校实验单片机，由于单片机中蜂鸣器声音较小，现外接一个喇叭的简单电路，当闹钟时间一到时，以能较清晰的听到有节奏的音乐。设计中还将原来
9、的12M晶振换成了24M晶振，用以减小一半的周期，以达到提高单片机运行速度和稳定时钟频率的效果。 5.1 STC89C51单片机最小系统单片机最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图2为STC89C51单片机的最小系统。 图2 STC89C51最小系统电路图 5.2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，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口可与单片机进行通信，实时时钟/日历电路能计算2100年前的年、月、日、星期、时、分、秒的信息以及每月的天数和闰年的天数，还可自动调整时钟操作，可通过AM/PM指示决定采用
10、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，且仅需用到三个口线：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3所示。图3 时钟电路 5.3 LCD液晶显示模块LCD液晶显示模块采用LCD12864型号，具有很低的功耗，逻辑工作电压为4.5V-5.5V。通过编程实现自动关闭屏幕能够更有效的降低功耗。其接线如图4所示。图4 LCD12864显示电路 5.4闹钟响铃模块在原有的蜂鸣器的基础上并联了一个100K的电阻，用以
11、分压，减少功率的损耗，并且把蜂鸣器换成了喇叭，以增大音量。接线如图5所示P17P17图5 喇叭发声电路 5.5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6所示。图6 DS18B20温度测量电路6.系统软件设计整个程序是在Keil 4环境下编写运行的，程序包含了main，ds1302，lcd12864，key，ringlock，menu，DS18
12、B20等模块组成。整个程序能实现对多功能电子钟的各种操作。下面分别对各个模块进行简要介绍。6.1 main模块该模块是对所有模块的汇总，是整个程序的核心部分。在该模块中包含了主函数，时钟显示函数，中断函数，设置时间函数，延时函数，设置闹钟函数。主函数void main()：在该函数开始调用了LCD12864_Init()，Ds1302Init1()，ClockInit()，四个函数对LCD12864，DS1302进行了初始化设置；renum=menu()是菜单返回值控制进入哪个设置；接着对中断作了相应的设置，如打开中断之类的；然后是一个while(1)的无限循环。在该部分中用了两个if语句来判
13、断是进入时间的设定，还是进入闹钟的设定，在设定时间和闹钟的同时，时钟不会停止，仍旧在运行中。时钟显示函数：在void LcdDisplay()、void LcdDisplay1()两个函数中通过LCD12864_SetWindow()函数的调用来确定LCD12864显示的哪一行，通过LCD12864_WriteData()函数的调用来显示时间年、月、日、时、分、秒、星期；中断函数void Int0() interrupt 0：判断有没有按按键K17（单片机上的按键标号，下同），按一下进入设置时间部分，设置好时间后，再按一下，时钟开始从设置的时间运行。6.2 ds1302模块在该模块中包含了向D
14、S1302写入地址和数据的函数void Ds1302Write(uchar addr, uchar dat)，从DS1302读取一个地址的数据的函数uchar Ds1302Read(uchar addr)，对DS1302进行初始化的函数void Ds1302Init()，读取时钟信息的函数void Ds1302ReadTime()，对DS1302时钟进行设置的函数void Ds1302Set()以及恢复掉电前数据的函数void Ds1302Init1()。该模块能实现对DS1302时钟的控制，其需输入addr，dat两个数据。6.3 lcd12864模块该模块中包含了位接收函数uchar BitReverse32(uchar number)，延时函数void LCD12864_Delay1ms(uint c)，写命令函数void LCD12864_Writ
