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1、天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education课 程 设 计专业班级：应电0811学生姓名：指导教师：系 别：电子工程学院目 录题目1多功能数字钟11系统设计11.1设计要求11.1.1主要性能指标11.1.2创意部分11.2总体设计方案11.2.1概述及设计思路11.2.2方案论证22系统组成与工作原理32.1系统框图及工作原理32.2单元电路设计42.2.1MC-51单片机42.2.2复位电路52.2.3时钟电路62.2.4显示电路62.2.5按键电路82.2.6温度采集部分93软件设计103.1程序流程图103.2系统程序
2、104实验与调试164.1硬件测试164.2软件测试174.3实物调试185附录A 元件清单206附录B 参考文献207附录C 电路原理图21题目多功能数字钟1 系统设计1.1 设计要求设计制作一个24小时制多功能数字钟。1.1.1 主要性能指标1、数字显示年、月、周、日、时、分、秒。2、温度显示，精确到小数点后1位。3、时钟误差5S/24H。温度误差不超5。1.1.2 创意部分要求准确的进行年、月、周、日、时、分、秒的转换，切换两种显示模式。1.2 总体设计方案1.2.1 概述及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，温度采集模块、日期提醒、键盘时间调整预设置
3、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)，温度调节模块进行了重点设计 实现SB0、SB1、SB2、SB3、SB4五个键实现时钟正常显示，调时。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。1.2.2 方案论证（1）时钟模块【方案一】采用单片机内置定时/计数器。它的处理过程主要是先设定单片机内部定时/计数器的工作方式，对机器周期计数确定基准时间，然后用另外一个定时器软件计数的方法对基准时间形成秒，秒计60次形成分，分计60次形成小时。依此类推，获取日期也是采用相同的方法。该方案在具体实现过程中，计时存在较大的误差。如
4、果晶振受到其他外界信号干扰，或者基准时间计算不准确，都会导致时间显示错误。【方案二】采用555多谐振荡器。由555定时器组成一个多谐振荡器，产生周期为100HZ的脉冲，然后经过两个74LS160组成的分频器得到1HZ的秒脉冲。多谐振荡器的稳定度及频率的准确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用成品晶振构成振荡器电路。计时精度取决于振荡器的频率，振荡器频率越高计时精度越高。【方案三】采用DS1302时钟芯片。DS1302是一种高性能、超低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，可以通过串行接口与单片机进行通信。实时时钟提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息，每个月的天数和闰年的天数可自动调整
5、，时钟操作可通过AM/PM标志位决定采用24或12小时时间格式。芯片内部集成备用电源，当外围电路电路有电源供应的时候，备用电源充电储能。当外围电路掉电时，DS1302芯片工作在休眠状态，以备用电源供电。当外围电路再次供电，即可唤醒休眠进入正常工作状态，显示时间无任何异常。该系统设计中，采用方案三。（2）温度传感器【方案一】选用CMOS数字式温度传感器。DS1612是美国达拉斯半导体公司生产的CMOS数字式温度传感器。内含两个不挥发性存储器，可以在存储器中任意的设定上限和下限温度值进行恒温器的温度控制，由于这些存储器具有不挥发性，因此一次定入后，即使不用CPU也仍然可以独立使用。DS1612可测
6、量的温度范围为-55+125，在0+70范围内，测量精度为0.5。DS1621同外部电路的控制信号和数据的通信是通过双向总线来实现的。通过设定寄存器来设置工作方式，并对工作状态进行监控。【方案二】选用DS18B20温度传感器。DS1820 是一种三脚塑封芯片，1 脚接地，3 脚为VCC（当用外部电源供电时接+5V；当用总线供电时接地），2 脚为数据总线。DS18B20采用单总线数据通信，当检测温度范围为-65+125，精度可达0.5。内置EEPROM，可存放长期需要保存的数据。全数字温度转换及输出，多样封装形式，适用多种不同的硬件系统。该系统设计中，采用方案二。（3）数据显示【方案一】采用LE
7、D数码管显示数据。LED数码管是由若干个发光二极管组成的显示字段的显示器件，当数码管中的某个发光二极管导通的时候，相应的一个字段便发光，不导通则不发光。一般来说，LED数码管的控制可分为段选控制和位选控制。段选是LED所显示的字段，如：a，b，c，d，e，f，g，dp,当a，b，c同时点亮时显示数字7；当a，b，d，e，g同时点亮时显示数字2。位选则是显示该数字的位。根据以上控制原理，可实现对时间和温度的显示。【方案二】采用LCD1602液晶屏显示数据。液晶屏的应用非常广泛，比如日常生活中的手表、时钟、计算器、仪器仪表、家电、医疗器械、车船仪表、声象设备文体用品、通讯设备视频图像显示和大画面显
8、示等等。LCD1602 液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 如清除显示指令 01H，光标复位到地址 00H 位置 ；光标复位指令00H，光标返回到地址。LCD1602液晶屏具有字符发生器，可以直观的显示汉字、图形、字符，并且显示容量大，进行数据的实时显示简单方便。该系统设计中，需要显示的数据比较多。如果使用LED数码管，那么就要用分屏切换来显示数据，那样既不直观又不方便，并且对单片机的I/O口开销比较大。若使用LCD液晶屏显示数据，则不需要分屏切换，而且还节省了I/O资源。因此，采用方案二。2 系统组成与工作原理 2.1 系统框图及工作原理AT89S51键盘输入LC
9、D 液晶显示DS18B02DS1302图2-1 系统框架图工作原理：本设计采用STC89C51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。2.2 单元电路设计2.2.1 MC-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
10、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。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 8752 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）。A
11、LE/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。2.2.2 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
12、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。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。图2-2-2 复位电路2.2.3 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
13、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（如图3-3所示）。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。图2-2-3 时钟电路2.2.4 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
14、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。LCD1602的特性： +5V电压，对比度可调 内含复位电路 提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 有80字节显示数据存储器DDRAM 内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM 8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM图2-2-4 显示电路图2.2.5 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
15、/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。P2.2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。 P2.1口表示数字“+“键，按一下则对应的数字加1。P2.0口表示数字“-”键，按一下则对应的数字减1。 图 2-2-5 按键控制模块 P2.3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
