基于單片機(jī)的數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課程單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課題：基于單片機(jī)的數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)姓 名： 譚志鵬唐俊梁宏鐘振華魏浩學(xué)號(hào)： 201520063專(zhuān) 業(yè)：電子信息工程年級(jí)：2013 級(jí)電子一班指導(dǎo)教師：典力基地指導(dǎo)教師：胡力2015 年 11 月 12i基于單片機(jī)的數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)【摘 要】 隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的高速發(fā)展，人們生活水平的提高。現(xiàn)代生活的人們?cè)絹?lái)越重視起了時(shí)間觀念，可以說(shuō)是時(shí)間和金錢(qián)劃上了等號(hào)。對(duì)于那些對(duì)時(shí)間把握非常嚴(yán)格和準(zhǔn)確的人或事來(lái)說(shuō)，時(shí)間的不準(zhǔn)確會(huì)帶來(lái)非常大的麻煩，所以以數(shù)碼管為顯示器的時(shí)鐘比指針式的時(shí)鐘表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢(shì)。數(shù)碼管顯示的時(shí)間簡(jiǎn)單明了而且讀數(shù)快、時(shí)間準(zhǔn)確顯示到

2、秒。而機(jī)械式的依賴(lài)于晶體震蕩器，可能會(huì)導(dǎo)致誤差?；趩纹瑱C(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)是采用數(shù)字芯片 DS1302實(shí)現(xiàn)對(duì)“年”、“月”、“日”、“時(shí)”、“分”、“秒”“星期”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式機(jī)械鐘。數(shù)字鐘是其小巧， 價(jià)格低廉， 走時(shí)精度高， 使用方便， 功能多， 便于集成化而受廣大消費(fèi)的喜愛(ài)，因此得到了廣泛的使用?！娟P(guān)鍵詞】 單片機(jī)；DS1302； DS18B2；0 LCD151、 設(shè)計(jì)要求與 方案論證 41.1 設(shè)計(jì)要求 41.2 系統(tǒng)基本方案的選 擇與論證 41.3 智 能樓宇模型設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì) 52、 、元器件簡(jiǎn)介 62.1 CPU 介 紹 62.2 NRF24L01

3、 概述 錯(cuò)誤！ 未定義書(shū)簽 。2.3 DHT11 概述 62.4 HC-SR501 人 體 感應(yīng)模塊 概述 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.5 SQ-2 煙霧檢 測(cè)模 塊概述 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.6 紅 外 對(duì) 管 介 紹 錯(cuò)誤！未 定 義 書(shū) 簽。2.7 28BYJ48 步 進(jìn) 電 機(jī) 概 述 錯(cuò) 誤！未 定 義 書(shū) 簽。2.8 12864 LCD 概述 73、 電路 （硬 件）設(shè)計(jì) 83.1 設(shè) 計(jì) 原 理 83.2 電 路 原 理 圖 83.3 作 品 實(shí) 物 圖 84、 程序 （軟 件）設(shè)計(jì) 115、 、裝配與調(diào)試 116、 總結(jié) 117、 致謝 11附： 源程序 12一、設(shè)計(jì)要求與方案論證在

4、明確設(shè)計(jì)成品所需實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)以最快、成本低、功能穩(wěn)定完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。1.1 設(shè)計(jì)要求智能樓宇模型實(shí)現(xiàn)的功能主要有以下幾個(gè)方面： 年月日顯示功能 時(shí)分秒顯示功能 星期顯示功能 實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)功能 年月日時(shí)分秒調(diào)節(jié)功能1.2 系統(tǒng)基本方案的選擇與論證本智數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)涉及到的設(shè)計(jì)方案主要體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：CPUte型論證方案一：采用STC系列單片機(jī)為主控芯片單片機(jī)( Single chip microcomputer )是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、 隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、 只讀存儲(chǔ)器ROM多種I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功

5、能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。操作簡(jiǎn)單易懂，從上世紀(jì) 80 年代，由當(dāng)時(shí)的 4 位、 8 位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的 300M 的高速單片機(jī)，在便攜普遍的產(chǎn)品中應(yīng)用較為廣泛。方案二：采用DSPE片作為主控芯片DSP又名為數(shù)字信號(hào)處理器，主要應(yīng)用在數(shù)字信號(hào)號(hào)處理的領(lǐng)域。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于大數(shù)據(jù)處理，廣泛應(yīng)用于便攜式儀表、雷達(dá)、圖像、航空以及醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。方案三：采用EDA平臺(tái)來(lái)設(shè)計(jì)EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在EDAa件平臺(tái)上，用硬件描述語(yǔ)言VHDL 完成設(shè)計(jì)文件，然

6、后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布 局、 布線和仿真， 直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、 邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度。綜上方案論證，最終決定選用方案一采用STC 系列單片機(jī)為主控芯片作為項(xiàng)目設(shè)計(jì)。溫度傳感器選型論證方案一：溫濕度測(cè)量分開(kāi)檢測(cè)，室內(nèi)溫度檢測(cè)采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行檢測(cè)，室內(nèi)濕度檢測(cè)采用 DHT11溫濕度傳感器進(jìn)行檢測(cè)。方案二：溫濕度檢測(cè)采用集溫度測(cè)量、濕度測(cè)量為一體的數(shù)字式溫濕度傳感器DHT1俅測(cè)量。綜合整體方案的設(shè)計(jì)，以及溫濕度的測(cè)量精度方面沒(méi)有特別高的要求，最終決定

7、采用高精度DS18B20度傳感器DHT11為溫濕度檢測(cè)傳感器，故而采用方案一。顯示器選型論證方案一：采用數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示led 數(shù)碼管（ LED Segment Displays ）由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的， 加上小數(shù)點(diǎn)就是8 個(gè)。 顯示比較單一，只能顯示數(shù)字以及部分英文字母。方案二：采用LCD1602a行數(shù)據(jù)顯示工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02 即 32 個(gè)字符（ 16 列 2 行） 。內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROW經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，顯示

8、數(shù)據(jù)也比較單一。方案三：采用LCD12864!行數(shù)據(jù)顯示帶中文字庫(kù)的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式， 內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128X64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊 靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8X4行16X16點(diǎn)陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特 點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液

9、晶模塊。本數(shù)字時(shí)鐘的顯示界面， 可以顯示出中文字體、 測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)字式等多項(xiàng)顯示，而在三個(gè)方案中也只有方案三滿足條件， 故而我們采用方案三 12864 作為顯示模塊。1.3 數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)以STC89C5印片機(jī)為主控芯片為基礎(chǔ)的模塊?；趩纹瑱C(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)是采用數(shù)字芯片DS1302實(shí)現(xiàn)對(duì)“年”、“月”、“日”、“時(shí)”、“分”、“秒” “星期”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式機(jī)械鐘。在這次設(shè)計(jì)中，我們采用LCD128641晶顯示時(shí)、分、秒，以24小時(shí)計(jì)時(shí)方式，以液晶并口方式進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)傳輸來(lái)進(jìn)行顯示，單片機(jī)采用 12MHz勺晶振。在此次設(shè)計(jì) 中，電路具有

10、顯示年月日時(shí)分秒時(shí)間的其本功能，另外還有采取 DS18B20!行實(shí)時(shí) 溫度測(cè)量，以及實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的調(diào)整。二、元器件簡(jiǎn)介2.1 CPU介紹單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器， 實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、 復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 單片機(jī)也被稱(chēng)為微控制器(Microcontroler )，是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU

11、的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU1成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng) 中。圖一2.2 DS18B20 概述DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋 式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有 LTM8877 LTM887”等。主要根 據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。封裝后的 DS18B2可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè) 溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度 場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè) 溫和控

12、制領(lǐng)域。其主要特性有如下幾點(diǎn)： 獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20s與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微 處理器與DS18B20勺雙向通訊。 測(cè)溫范圍55C+125C,固有測(cè)溫誤差(注意，不是分辨率，這里之前是錯(cuò)誤的）1C 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B2W以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián) 8 個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過(guò)多，會(huì)使供電電源電壓過(guò)低，從而造成信號(hào)傳 輸?shù)牟环€(wěn)定。圖三 工作電源：3.05.5V/DC（可以數(shù)據(jù)線寄生電源）在使用中不需要任何外圍元件 測(cè)量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送不銹鋼保護(hù)管直徑6適用于DN1525, DN40DN250種介質(zhì)工業(yè)管道和狹 小空間設(shè)備測(cè)

13、溫 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋M10X1, M12X1.5, G1/2 ”任選 PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線，便于與其 它電器設(shè)備連接。2.3 12864 LCD 概述帶中文字庫(kù)的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式， 內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；具顯示分辨率為 128X64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊 靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以 顯示8X4行16X 16點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特 點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案

14、與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬 件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液 品模塊。主要有以下 基本特性：低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V ）;顯示分辨率：128 X64點(diǎn)；內(nèi)置漢字字庫(kù)， 提供8192個(gè)16X 16點(diǎn)陣漢字（簡(jiǎn)繁體可選）；內(nèi)置128個(gè)16X8點(diǎn)陣字符；2MHZ 時(shí)鐘頻率；顯示方式：STN半透、正顯；驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY 1/5BIAS ;視角方 向：6點(diǎn)；背光方式：側(cè)部高亮白色 LER功耗僅為普通LED的1/51/10 ;通訊方 式：用行、并口可選；內(nèi)置DC-DC專(zhuān)換電路，無(wú)需外加負(fù)壓；無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化圖四件設(shè)計(jì)；工作

15、溫度：0C- +55C ,存儲(chǔ)溫度：-20 C - +60 C。三、電路（硬件）設(shè)計(jì)3.1電路原理圖模型部分硬件電路原理圖如下圖所示:MCU32加11o J 2 m 4 5 E 7 Ta 1 f Ga -a- A PF 步 p p p p pESTVPD P0.7P3 GEO lAVpp 購(gòu) itehallprdg 拶二取口 ?SENP3 3：NT1P2.7P3 4T0P2P3 5/HP2.5P3 /RRP2,4N *RDK3KTAL2 的工 XTAL1 P2.1GKDP2.C品 列 打 37辿 32 豆TT 丁 然 近 24 23 二 Tirc_JPIOMUC模塊電路圖QzoUOAozPEd

16、KOdSOdHodmodmodsd00dkdd9mdozUUA(NJOJ 二 NO 三 二A 8一匚 Ed mJ 二m 一二 點(diǎn)三 EL sod 二 Hlrl一 一二 mod 6 ZOd 8Eld L Elr L一(二 一 S NM axeloQA一 曲NORJ5(TFPLCD12864模塊電路圖JP1302DS1302模塊電路圖GND按鍵模塊電路DS18B20模塊電路3.3作品實(shí)物圖設(shè)計(jì)模型實(shí)物圖部分功能仿真如下圖所示:1 正常顯示界面2調(diào)節(jié)月顯示界面,*次迎光臨*/ 2年12月29日| 時(shí)21分。施“ 星期天溫度I? 7C四、程序（軟件）設(shè)計(jì)整體模塊程序部分設(shè)計(jì)框圖如下所示:LCD1286

17、4五、裝配與調(diào)試在整個(gè)模型整體組裝前，先必須把計(jì)時(shí)顯示模塊、時(shí)鐘模塊、溫濕度檢測(cè)、按 鍵調(diào)節(jié)模塊等各個(gè)單元模塊的功能調(diào)試出來(lái)。然后再整體統(tǒng)一裝配，同時(shí)進(jìn)行整體 功能實(shí)現(xiàn)的調(diào)試。整機(jī)調(diào)試時(shí)遇到的問(wèn)題及解決辦法： 整個(gè)模型綜合調(diào)試時(shí)，時(shí)鐘模塊 DS1302與MCU!接時(shí)數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定。解決辦法：在時(shí)鐘芯片數(shù)據(jù)腳加 5.1K上拉電阻；溫度傳感器DS18B20t MCU4接時(shí)數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定。解決辦法：在時(shí)鐘芯片數(shù)據(jù)腳加 5.1K上拉電阻；六、總結(jié)本次數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與制作,在硬件電路上使用了STC89C52RD+片機(jī)作為主控，DS18B2W度傳感器作為溫度采集，DS1302時(shí)鐘芯片作為及時(shí)模塊。同時(shí)軟件

18、 方面利用LCD1286小口來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)間的傳輸顯示，把測(cè)量模塊測(cè)量出來(lái)的值在控制 端直觀的顯示出來(lái)。最終，軟硬件的綜合調(diào)試，該模型預(yù)期基本功能全部實(shí)現(xiàn)。七、致謝此時(shí)，在此次數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)報(bào)告即將完成之際，我首先要向在制作調(diào)試中幫助我 的伙伴們致以最真摯的感謝，感謝老師在我進(jìn)行設(shè)計(jì)制作時(shí)的悉心指導(dǎo)。同時(shí)，也真誠(chéng) 的希望大家對(duì)本設(shè)計(jì)與制作的不足之處提出寶貴的意見(jiàn)。參考文獻(xiàn)1 家庭電子 1998年合訂本 .J1999. 212-2142 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.M 北京：高等教育出版社，2005.1-203 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分.M 北京：高等教育出版社，2005.40-604 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試第二版.M 武漢：華中科大出版社， 2002.1-405 趙健 . 實(shí)用聲光電及無(wú)線電遙控電路300 例 .J 北京：中國(guó)電力出版社，2005.90-1006 鄭浩，高靜. 怎樣用萬(wàn)用電表檢測(cè)電子元器件修訂本.J 北京：人民郵電出版社，2005.32-667 全新實(shí)用電路集粹編輯委員會(huì)編著