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文檔簡介
1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱:單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí):09應(yīng)用電子 學(xué)生姓名:陳華燁 完成時(shí)間:2011年6月20日 摘要:本設(shè)計(jì)采用LCD液晶屏幕顯示系統(tǒng),以STC89C52RC單片機(jī)為核心,由鍵盤、溫度采集、定時(shí)鬧鈴、日期提醒等功能模塊組成?;陬}目基本要求,本系統(tǒng)對(duì)時(shí)間顯示、鬧鈴方式進(jìn)和溫度采集系統(tǒng)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)。此外,擴(kuò)展了整點(diǎn)報(bào)時(shí)、非易失鬧鈴信息存儲(chǔ)、國內(nèi)外重要節(jié)日提醒等功能。本系統(tǒng)大部分功能由軟件來實(shí)現(xiàn),吸收了硬件軟件化的思想,大部分功能通過軟件來實(shí)現(xiàn),使電路簡單明了,系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高。本系統(tǒng)不僅成功的實(shí)現(xiàn)了要求的基本功能,多數(shù)發(fā)揮部分也得到了實(shí)現(xiàn),而且還具有一定的創(chuàng)新功能。關(guān)鍵字
2、: STC89C52RC單片機(jī)、LCD液晶顯示、雙電源供電、溫度采集、非易失定時(shí)鬧鈴、生日提醒、重要節(jié)日提醒、整點(diǎn)報(bào)時(shí)多功能時(shí)鐘設(shè)計(jì)一、任務(wù)設(shè)計(jì):1、設(shè)計(jì)任務(wù):設(shè)計(jì)并制作一個(gè)多功能數(shù)字鐘。2、設(shè)計(jì)要求:時(shí)間l 設(shè)計(jì)能支持年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的時(shí)鐘,時(shí)鐘有調(diào)整功能及鬧鐘功能;l 時(shí)鐘附帶有一個(gè)溫度計(jì)功能,溫度檢測精度高于2度,顯示精度為1度;l 時(shí)鐘具有裝卸電池時(shí)掉電保護(hù)功能,保護(hù)時(shí)間大于5分鐘;l 時(shí)鐘功耗小于0.5MA/5V。3.發(fā)揮部分:l 提高溫度檢測精度,在0-40顯示0.1;l 實(shí)現(xiàn)雙電源供電(220V及電池供電);l 能夠提供生日提醒指示;能夠每天提供3個(gè)時(shí)間點(diǎn)的鬧鐘報(bào)時(shí)功
3、能;l 非接觸止鬧功能。4.創(chuàng)新部分:l 非易失定時(shí)鬧鈴l 重要日期提醒l 整點(diǎn)報(bào)時(shí)二、方案論證:1.顯示部分:顯示部分是本次設(shè)計(jì)的重要部分,一般有以下兩種方案:方案一:采用LED顯示,分靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。對(duì)于靜態(tài)顯示方式,所需的譯碼驅(qū)動(dòng)裝置很多,引線多而復(fù)雜,且可靠性也較低。而對(duì)于動(dòng)態(tài)顯示方式,雖可以避免靜態(tài)顯示的問題,但設(shè)計(jì)上如果處理不當(dāng),易造成亮度低,有閃爍等問題。方案二:采用LCD顯示。LCD液晶顯示具有豐富多樣性、靈活性、電路簡單、易于控制而且功耗小等優(yōu)點(diǎn),對(duì)于信息量多的系統(tǒng),是比較適合的。鑒于上述原因,我們采用方案二。2.數(shù)字時(shí)鐘:數(shù)字時(shí)鐘是本設(shè)計(jì)的核心的部分。根據(jù)需要可采用以下
4、兩種方案實(shí)現(xiàn):方案一:方案完全用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘。原理為:在單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器設(shè)三個(gè)字節(jié)分別存放時(shí)鐘的時(shí)、分、秒信息。利用定時(shí)器與軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)1秒定時(shí)中斷,每產(chǎn)生一次中斷,存儲(chǔ)器內(nèi)相應(yīng)的秒值加1;若秒值達(dá)到60,則將其清零,并將相應(yīng)的分字節(jié)值加1;若分值達(dá)到60,則清零分字節(jié),并將時(shí)字節(jié)值加1;若時(shí)值達(dá)到24,則將時(shí)字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點(diǎn),但當(dāng)單片機(jī)不上電,程序?qū)⒉粓?zhí)行。而且由于每次執(zhí)行程序時(shí),定時(shí)器都要重新賦初值,所以該時(shí)鐘精度不高。方案二:方案采用Dallas公司的專用時(shí)鐘芯片DS1302。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器,其芯片精度不大于10ms/年,且具有完備的時(shí)鐘鬧鐘功能,
5、因此,可直接對(duì)其以用于顯示或設(shè)置,使得軟件編程相對(duì)簡單。為保證時(shí)鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常工作,芯片內(nèi)部包含鋰電池。當(dāng)電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時(shí),可使系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。而且即使系統(tǒng)不上電,程序不執(zhí)行時(shí),鋰電池也能保證芯片的正常運(yùn)行,以備隨時(shí)提供正確的時(shí)間?;跁r(shí)鐘芯片的上述優(yōu)點(diǎn),本設(shè)計(jì)采用方案二完成數(shù)字時(shí)鐘的功能。3.溫度采集:由于現(xiàn)在用品追求多樣化,多功能化,給系統(tǒng)加上溫度測量顯示模塊,能夠方便人們的生活,使該設(shè)計(jì)具有人性化。方案一:采用熱敏電阻,可滿足40攝氏度至90攝氏度測量范圍,但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差,對(duì)于檢測小于1攝氏度的信號(hào)是不適用的。
6、方案二:采用溫度傳感器DS18B20。DS18B20可以滿足從-55攝氏度到+125攝氏度測量范圍,且DS18B20測量精度高,增值量為0.5攝氏度,在一秒內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字,測得的溫度值的存儲(chǔ)在兩個(gè)八位的RAM中,單片機(jī)直接從中讀出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制就是溫度,使用方便?;贒S18B20的以上優(yōu)點(diǎn),我們決定選取DS18B20來測量溫度。4.鬧鈴部分:一般的時(shí)鐘都帶有鬧鈴,實(shí)現(xiàn)鬧鈴方式可采用以下兩種:方案一:將鬧鐘信息存放在單片機(jī)自帶的存儲(chǔ)器中。該方案成本低而且易于實(shí)現(xiàn),但是一但掉電會(huì)造成之前信息的丟失。方案二:將鬧鐘信息存放在非易失儲(chǔ)存器AT24C02中。該方案即使在完全的掉電的情況下也不會(huì)造
7、成鬧鐘信息的丟失,可避免方案一帶來的麻煩。5.電源模塊:方案一:采用干電池作為系統(tǒng)電源。但需經(jīng)常換電池,不符合節(jié)約型社會(huì)的要求。方案二:采用直流穩(wěn)壓電源作為系統(tǒng)主電源,干電池作為輔助電源。不僅不需要經(jīng)常更換電源,并且當(dāng)市電停止時(shí)能夠采用干電池做為系統(tǒng)電源,使用更加安全可靠?;谝陨戏治?,我們決定采用方案二三、總體方案:1.工作原理:本設(shè)計(jì)采用STC89C52RC單片機(jī)作為本系統(tǒng)的控制模塊。單片機(jī)可把由DS18B20、DS1302、AT24C02中的數(shù)據(jù)利用軟件來進(jìn)行處理,從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊,實(shí)現(xiàn)溫度、日歷和鬧鈴的顯示。以LCD液晶顯示器為顯示模塊,把單片機(jī)傳來的數(shù)據(jù)顯示出來,并且顯示多樣
8、化。在顯示電路中,主要靠按鍵來實(shí)現(xiàn)各種顯示要求的選擇與切換。2.總體設(shè)計(jì):設(shè)計(jì)總體框架圖如圖1四、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)(單元電路設(shè)計(jì)及分析):1. STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng):最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復(fù)位開關(guān)和電源部分。圖2為STC89C52RC單片機(jī)的最小系統(tǒng)。圖2 最小系統(tǒng)電路圖2.溫度測量模塊:溫度測量傳感器采用DALLAS公司DS18B20的單總線數(shù)字化溫度傳感器,測溫范圍為-55125,可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度,測溫分辨率達(dá)到0.0625,采用寄生電源工作方式,CPU只需一根口線便能與DS18B20通信,占用CPU口線少,可節(jié)省大量引線和邏輯電路。接口電路如圖3所示。圖3
9、DS18B20測量電路3.時(shí)鐘模塊:時(shí)鐘模塊采用DS1302芯片,DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒分時(shí)日日期月年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式DS1302與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線:RST復(fù)位、I/O數(shù)據(jù)線、SCLK串行時(shí)鐘。時(shí)鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時(shí)功耗很低,保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW,其接線電路如圖4所示:
10、圖4 時(shí)鐘電路4.存儲(chǔ)器模塊:存儲(chǔ)器采用Atmel公司的AT24C02芯片。該芯片帶有2KB的串行COMS EEPROM,內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié),可通過I2C總線對(duì)其接口進(jìn)行讀寫操作,而且?guī)в袑懕Wo(hù)功能。其接線圖如圖5所示。圖5 AT24C02存儲(chǔ)器電路5. LCD液晶顯示模塊:LCD液晶顯示模塊采用LCD1602型號(hào),具有很低的功耗,正常工作時(shí)電流僅2.0mA/5.0V。通過編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉屏幕能夠更有效的降低功耗。LCD1602分兩行顯示,每行可顯示多達(dá)16個(gè)字符。LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,通過內(nèi)部指令可實(shí)現(xiàn)對(duì)其顯示多樣
11、的控制,并且還能利用空余的空間自定義字符。其接線如圖6所示:圖6 LCD顯示電路6.系統(tǒng)電源:雙電源設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。220V交流轉(zhuǎn)5V直流穩(wěn)壓電源會(huì)更加安全、實(shí)用。當(dāng)沒有交流電時(shí),系統(tǒng)采用干電池供電;當(dāng)接通交流電時(shí),則電路自動(dòng)切換到交流電供電,并且對(duì)干電池進(jìn)行慢性充電。電路圖如圖7:圖7 電源電路7.整體電路:系統(tǒng)整體電路如圖8 所示:圖8 系統(tǒng)總體電路圖五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程:1.主程序流程如圖9所示:圖9 系統(tǒng)主程序流程2.時(shí)間設(shè)定程序流程如圖10所示: 圖10 顯示時(shí)間子程序流程3. 溫度測量流程圖如圖11所示: 圖11 溫度測量程序流程圖4.鬧鈴設(shè)定流程圖如圖12所示: 圖12 鬧鈴
12、設(shè)定程序流程圖5. 生日設(shè)定流程圖如圖13所示: 圖13 生日設(shè)定程序流程圖六、程序:/實(shí)時(shí)時(shí)鐘寫入一字節(jié)(內(nèi)部函數(shù)) void DS1302InputByte(uchar d) uchar i; ACC = d; for(i=8; i0; i-) io = ACC0; /相當(dāng)于匯編中的 RRC clk = 1; clk = 0; ACC = ACC 1; /實(shí)時(shí)時(shí)鐘讀取一字節(jié)(內(nèi)部函數(shù)) uchar DS1302OutputByte(void) uchar i; for(i=8; i0; i-) ACC = ACC 1; /相當(dāng)于匯編中的 RRC ACC7 = io; clk = 1; cl
13、k = 0; return(ACC); /寫入DS1302數(shù)據(jù)/參數(shù)說明:ucAddr -DS1302地址, ucData-要寫的數(shù)據(jù) *void Write1302(uchar ucAddr, uchar ucDa) rst = 0; clk = 0; rst = 1; DS1302InputByte(ucAddr); / 地址,命令 DS1302InputByte(ucDa); / 寫1Byte數(shù)據(jù) clk = 1; rst = 0; /讀取DS1302某地址的數(shù)據(jù)uchar Read1302(uchar ucAddr) uchar ucData; rst = 0; clk = 0; rs
14、t = 1; DS1302InputByte(ucAddr|0x01); / 地址,命令 ucData = DS1302OutputByte(); / 讀1Byte數(shù)據(jù) clk = 1; rst = 0; return(ucData);/獲取時(shí)鐘芯片的時(shí)鐘數(shù)據(jù)到自定義的結(jié)構(gòu)型數(shù)組void DS1302_GetTime(SYSTEMTIME *Time) uchar ReadValue;ReadValue = Read1302(DS1302_SECOND);Time-Second = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);/由高低各四位組成,轉(zhuǎn)BCD碼
15、為十進(jìn)制碼ReadValue = Read1302(DS1302_MINUTE);Time-Minute = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_HOUR);Time-Hour = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_DAY);Time-Day = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_WEEK
16、);Time-Week = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_MONTH);Time-Month = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_YEAR);Time-Year = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);七、多功能數(shù)字時(shí)鐘使用說明:1) A(調(diào)整切換鍵):進(jìn)行時(shí)間、鬧鈴以及生日的設(shè)置,調(diào)整內(nèi)容切換。2) B(調(diào)整加/生日設(shè)定):在時(shí)間顯示界
17、面中按A鍵后,進(jìn)入時(shí)間調(diào)整。按B鍵對(duì)應(yīng)閃爍內(nèi)容加1;在時(shí)間顯示界面中長按該鍵進(jìn)入生日信息設(shè)定,按A鍵選擇調(diào)整內(nèi)容,按B鍵加1,C鍵減1,D鍵退出設(shè)定。當(dāng)設(shè)定生日到時(shí),當(dāng)日7點(diǎn)整第一次響鈴提醒,以后每隔一小時(shí)整點(diǎn)提醒,直至當(dāng)日晚上22點(diǎn)整最后一次提醒。(注意:生日到時(shí)鬧鈴和整點(diǎn)報(bào)時(shí)不起作用)。3) C(調(diào)整減/日期提醒):在時(shí)間顯示界面中按A鍵后,進(jìn)入時(shí)間調(diào)整。按C鍵對(duì)應(yīng)閃爍內(nèi)容加1;在時(shí)間顯示界面中長按該鍵進(jìn)入日期提醒查看。4) D(退出鍵/鬧鈴設(shè)定):在各種設(shè)定模式(包括時(shí)間、生日、鬧鈴設(shè)定)下,按該鍵退出設(shè)定;若在時(shí)間顯示界面中短按該鍵,則進(jìn)入鬧鈴、生日信息查看;長按則進(jìn)行鬧鈴設(shè)定。(注意
18、:鬧鈴為整點(diǎn)時(shí),整點(diǎn)報(bào)時(shí)不起作用,并且鬧鈴在任何時(shí)刻下只要到點(diǎn)都響鈴)。5) E(屏幕背光鍵):按下該鍵不放則屏幕背光。調(diào)整左上方的藍(lán)色變阻器可調(diào)整LCD顯示灰度;調(diào)整右上方的藍(lán)色變阻器可調(diào)整LCD背光亮度。6) F(復(fù)位鍵):按下該鍵系統(tǒng)復(fù)位,系統(tǒng)從頭開始執(zhí)行程序。如遇故障可按下該鍵進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位不會(huì)造成時(shí)間、生日和鬧鈴等信息的丟失。注:系統(tǒng)在不進(jìn)行任何操作時(shí),10秒后會(huì)自動(dòng)關(guān)閉屏幕,以達(dá)到省電環(huán)保的效果。此時(shí)按任意鍵可退出并返回顯示。六、測量及其結(jié)果分析:1.基本部分測試與分析:(1)測試儀器:秒表、溫度表、萬用表(2)基本要求部分的測試與分析:l 系統(tǒng)上電后,首先顯示歡迎詞,接著進(jìn)入
19、顯示時(shí)間和溫度。按各功能鍵執(zhí)行相應(yīng)的功能。l 顯示時(shí)間時(shí)通過與秒表對(duì)比,測試的系統(tǒng)時(shí)鐘走時(shí)準(zhǔn)確,誤差很小。l 設(shè)定鬧鈴時(shí)間,當(dāng)鬧鈴時(shí)間到時(shí)響鈴。響鈴長度為1分鐘,期間按除E鍵(屏幕背光鍵)外的任意一鍵退出響鈴。l 顯示溫度與溫度計(jì)對(duì)比,測試系統(tǒng)溫度的精度。將溫度傳感器DS18B20和溫度計(jì)放入不同的測試環(huán)境中進(jìn)行測試,所得測試結(jié)果如表1所示。表1 數(shù)字溫度計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測量值比較表:溫度計(jì)示值(攝氏度)28.730.733.545.0溫度輸出(攝氏度)29.030.833.345.1由測試知,數(shù)字鐘的輸出與溫度計(jì)值基本上相等,誤差不大于0.5度。l 上電后記錄下時(shí)間,去掉220V和干電池電源,
20、隔5分鐘過再次通電,測得系統(tǒng)時(shí)鐘仍舊走時(shí)準(zhǔn)確。經(jīng)測試,本系統(tǒng)的時(shí)鐘掉電保護(hù)時(shí)間長達(dá)9分鐘。2.發(fā)揮部分測試與分析:1) 系統(tǒng)可顯示溫度00.099.9攝氏度。2) 拔掉交流電,裝上干電池系統(tǒng)工作,說明干電池作為電源為系統(tǒng)供電;卸掉干電池接上交流電系統(tǒng)也工作,表明交流電也能適合系統(tǒng)使用。同時(shí)裝上干電池,測得干電池回路中的二極管壓降為0,表明二極管截止,干電池不作為系統(tǒng)的電源工作;同時(shí)測得對(duì)干電池的充電電流約為10mA,即交流電對(duì)充電池進(jìn)行慢性充電。3) 當(dāng)生日和鬧鈴設(shè)置為開時(shí),主顯單上有標(biāo)志顯示(鬧鈴為A,生日為B)。當(dāng)設(shè)定時(shí)間或日期到時(shí),系統(tǒng)開始響鈴,期間按AD鍵可退出。生日響鈴范圍:生日當(dāng)日7:00開始第一次響鈴
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