單片機(jī)數(shù)字式電子鐘

1、Tianjin University of Technology and Education專 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì) 學(xué) 院： 電子工程學(xué)院 班 級(jí)： 應(yīng)電1112 學(xué)生姓名： 馮杰 史嬌娜 于海旭 胡玉納 指導(dǎo)教師： 張健 倪曉昌 2015年7月天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 電子工程學(xué)院應(yīng)用電子技術(shù)系 1112 班 學(xué)生 馮杰 課程設(shè)計(jì)課題：單片機(jī)數(shù)字式電子鐘一、課程設(shè)計(jì)工作日自 2015 年 7 月 6 日至 2015 年 7 月 24 日二、同組學(xué)生： 史嬌娜 、于海旭 、胡玉納 三、課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求（包括課題來源、類型、目的和意義、基本要求、完成時(shí)間、主要參考資料等）：

2、1、課題來源：老師和學(xué)生共同擬訂。2、類型：實(shí)做。3、目的和意義：掌握單片機(jī)微機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。4、基本要求： 設(shè)計(jì)以8952單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)單片機(jī)數(shù)字式電子鐘（不采用日歷時(shí)鐘芯片）。定時(shí)脈沖由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器編程產(chǎn)生。人機(jī)接口包括鍵盤、顯示器、鬧鐘指示燈和蜂鳴器等，顯示器顯示日歷內(nèi)容，鍵盤可控制電子鐘的啟停、時(shí)鐘預(yù)置和鬧鐘設(shè)置等。蜂鳴器用作報(bào)警，整點(diǎn)報(bào)時(shí)和鬧鐘?；竟δ苋缦拢簂 電子鐘顯示內(nèi)容包括年、月、日、星期、時(shí)、分、秒。如果顯示屏小無法顯示全部內(nèi)容時(shí)，則平時(shí)顯示時(shí)、分、秒，通過按鍵可以切換到顯示年、月、日、星期，2S之后自動(dòng)返回顯示時(shí)、分、秒狀態(tài)。按指定鍵后，顯示器會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的設(shè)置界面

3、，再按下一次按鍵超1min后，系統(tǒng)自動(dòng)退出設(shè)置界面。l 鍵盤控制功能初始化，時(shí)-分-秒初始化為000000，年月日和星期初始化為09年1月1日星期四。啟動(dòng)，電子鐘開始計(jì)時(shí)。停止，電子鐘停止計(jì)時(shí)。設(shè)置日期-年月日星期，軟件應(yīng)有判斷日期輸入錯(cuò)誤的能力，若輸入有錯(cuò)，則聲光報(bào)警。設(shè)置時(shí)分秒，軟件應(yīng)有判斷日期輸入錯(cuò)誤的能力，若輸入有錯(cuò)，則聲光報(bào)警。l 設(shè)置鬧鐘設(shè)置如下鬧鐘種類：設(shè)置每日指定時(shí)間鬧，如每天13:34分鬧鈴。設(shè)置每周指定日指定時(shí)間鬧，如每周三3:24鬧每次鬧鐘時(shí)長30秒，30秒之內(nèi)按任意鍵鬧鐘結(jié)束。 5、完成時(shí)間：2015年7月24日6、主要參考資料： 李朝青.PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)M.

4、北京航空航天大學(xué)出版社，2000年. 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M.北京航空航天大學(xué)出版社，1993年. 張洪潤,藍(lán)清華.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程M.清華大學(xué)出版社，1998年. 馬家辰,孫玉德,張穎.MCS51單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998年.李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京航空大學(xué)出版社,1994年6月.4、 設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容要求：（每組1份）1、題目4、系統(tǒng)組成框圖7、電路仿真10、參考文獻(xiàn)2、主要技術(shù)指標(biāo)5、總體電路圖8、調(diào)試過程及測試結(jié)果11、總結(jié)（每人一份）3、方案論證及選擇6、單元電路設(shè)計(jì)9、主要元件清單指導(dǎo)教師簽字： 教研室主任簽字： 目 錄1設(shè)計(jì)任務(wù)21.1基本要求2

5、1.2基本功能22方案論證及選擇22.1單片機(jī)的論證與選擇22.2顯示電路論證與選擇32.3系統(tǒng)最終設(shè)計(jì)方案33電路原理圖與程序設(shè)計(jì)33.1系統(tǒng)電路圖設(shè)計(jì)33.1.1 單片機(jī)主控電路原理圖43.1.2 顯示電路原理圖53.1.3 外圍電路原理圖53.1.4電源63.2程序的設(shè)計(jì)63.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路63.2.2程序流程圖64測試方案與測試結(jié)果84.1測試方案84.2 測試條件與儀器85元件清單86參考文獻(xiàn)9個(gè)人課程設(shè)計(jì)總結(jié)10單片機(jī)數(shù)字式電子鐘1設(shè)計(jì)任務(wù)1.1基本要求 設(shè)計(jì)以8952單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)單片機(jī)數(shù)字式電子鐘（不采用日歷時(shí)鐘芯片）。定時(shí)脈沖由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器編程產(chǎn)生。人

6、機(jī)接口包括鍵盤、顯示器、鬧鐘指示燈和蜂鳴器等，顯示器顯示日歷內(nèi)容，鍵盤可控制電子鐘的啟停、時(shí)鐘預(yù)置和鬧鐘設(shè)置等。蜂鳴器用作報(bào)警，整點(diǎn)報(bào)時(shí)和鬧鐘。1.2基本功能l 電子鐘顯示內(nèi)容包括年、月、日、星期、時(shí)、分、秒。如果顯示屏小無法顯示全部內(nèi)容時(shí)，則平時(shí)顯示時(shí)、分、秒，通過按鍵可以切換到顯示年、月、日、星期，2S之后自動(dòng)返回顯示時(shí)、分、秒狀態(tài)。按指定鍵后，顯示器會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的設(shè)置界面，再按下一次按鍵超1min后，系統(tǒng)自動(dòng)退出設(shè)置界面。l 鍵盤控制功能初始化，時(shí)-分-秒初始化為000000，年月日和星期初始化為09年1月1日星期四。啟動(dòng)，電子鐘開始計(jì)時(shí)。停止，電子鐘停止計(jì)時(shí)。設(shè)置日期-年月日星期，軟件應(yīng)

7、有判斷日期輸入錯(cuò)誤的能力，若輸入有錯(cuò)，則聲光報(bào)警。設(shè)置時(shí)分秒，軟件應(yīng)有判斷日期輸入錯(cuò)誤的能力，若輸入有錯(cuò)，則聲光報(bào)警。l 設(shè)置鬧鐘設(shè)置如下鬧鐘種類：設(shè)置每日指定時(shí)間鬧，如每天13:34分鬧鈴。設(shè)置每周指定日指定時(shí)間鬧，如每周三3:24鬧每次鬧鐘時(shí)長30秒，30秒之內(nèi)按任意鍵鬧鐘結(jié)束。2方案論證及選擇2.1單片機(jī)的論證與選擇方案一: 采用89C51芯片作為硬件核心，采用Flash ROM，內(nèi)部具有4KB ROM 存儲(chǔ)空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備ISP在線編程技術(shù), 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰?/p>

8、燒入程序時(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。 方案二: 采用STC89S52,片內(nèi)ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底壓工作；同時(shí)也與MCS-51系列單片機(jī)完全該芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器為8KB ROM 存儲(chǔ)空間，同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對(duì)芯片多次拔插，所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞。 綜上所述：本課設(shè)中單片機(jī)芯片采用STC89C52。2.2顯示電路論證與選擇方案一：LED數(shù)碼管能在低電壓下工作，而且體積小、重量輕、使用壽命長，但一個(gè)LED數(shù)碼管只能顯示一位的字符，如果字符位數(shù)不止一位

9、，需要用幾個(gè)數(shù)碼管組成， LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價(jià)格適中,對(duì)于顯示數(shù)字最合適,但無法顯示圖形文字，在顯示星期是也只能用數(shù)字表示，而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí),在編程時(shí)比較復(fù)雜。所以也不采用了LED數(shù)碼管作為顯示。 方案二：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi)，且價(jià)格也相對(duì)較高，所以不用此種作為顯示。方案三：采用LCD液晶顯示屏, 采用12864液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示文字，圖形，顯示多樣，清晰可見，所以在此設(shè)計(jì)中采用LCD液晶顯示屏。綜上所述：采用12864液晶顯示。2.3系統(tǒng)最終設(shè)計(jì)方案綜上各

10、方案所述,本課程方案選定為: 采用STC89C52作為主控制系統(tǒng)；采用12864液晶顯示屏作為數(shù)據(jù)顯示裝置；采用獨(dú)立按鍵；采用蜂鳴器作為報(bào)警電路。至此，系統(tǒng)最終方案確定。3電路原理圖與程序設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)電路圖設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)用單片機(jī)為中央控制器，由單片機(jī)執(zhí)行采集時(shí)鐘電路的時(shí)間信號(hào)并通過顯示模塊來輸出信號(hào)及相關(guān)的控制功能。時(shí)鐘電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，利用單片機(jī)的I/O口傳給單片機(jī)；并通過其控制液晶屏顯示時(shí)間，通過P1口外接按鍵對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整?？刂破鞑捎脝纹瑱C(jī)STC89C52，12864液晶顯示屏作為數(shù)據(jù)顯示裝置，外圍電路由蜂鳴器、指示燈等組成。萬年歷時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖所示。 單片機(jī)芯片STC8

11、9C52復(fù)位電路按鍵控制12864液晶屏顯示蜂鳴器檢測電路指示燈電源圖3-1 系統(tǒng)總體框圖3.1.1 單片機(jī)主控電路原理圖單片機(jī)最小化模塊由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和核心單片機(jī)芯片構(gòu)成。時(shí)鐘電路由振蕩電路和分頻電路組成。其中振蕩電路由高增益反相器以及并聯(lián)外接的石英晶體和電容產(chǎn)生振蕩脈沖。而分頻電路則用于把振蕩脈沖分頻，已得到所需的時(shí)鐘信號(hào)。振蕩電路由單片機(jī)芯片的XTAL1端輸入，XTAL2輸出。通過這兩個(gè)引腳并接一個(gè)石英晶體振蕩器和兩個(gè)電容。而單片機(jī)中自帶有分頻電路所以不需要外接電路對(duì)脈沖進(jìn)行分頻。復(fù)位是單片機(jī)的硬件初始化操作，經(jīng)復(fù)位操作后，單片機(jī)系統(tǒng)才能開始正常工作。復(fù)位電路用于產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，通過

12、RET引腳送入單片機(jī)，進(jìn)行復(fù)位操作。下圖為單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖。圖3-2單片機(jī)主控電路原理圖3.1.2 顯示電路原理圖本設(shè)計(jì)顯示電路采用帶中文字庫的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)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體 中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 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8×4 行16×16 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

13、該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶 顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。本設(shè)計(jì)顯示電路如下圖所示：圖3-3 顯示電路原理圖3.1.3 外圍電路原理圖圖3-4 按鍵原理圖圖3-5 LED報(bào)警電路圖3-6蜂鳴器報(bào)警電路3.1.4電源直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路組成。直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是根據(jù)性能指標(biāo)，選擇合適的電源變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管及濾波電容。本設(shè)計(jì)中所需要的電源有PC機(jī)的USB口直接供電。3.2程序的設(shè)計(jì)3.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路程序設(shè)計(jì)思路：本設(shè)計(jì)采用的CPU是52系列單

14、片機(jī)中的STC89S52芯片，STC89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程的Flash 存儲(chǔ)器。本電子鐘的所有的軟件、參數(shù)均存放在控制器的FLASH ROM和內(nèi)部RAM中，減少了芯片的使用數(shù)量簡化了整體電路也降低了整機(jī)的工作電流。利用單片機(jī)定時(shí)器及計(jì)數(shù)器產(chǎn)生定時(shí)效果通過編程形成數(shù)字鐘效果，再利用LCD顯示單片機(jī)內(nèi)部處理的數(shù)據(jù)，同時(shí)通過端口讀入當(dāng)前外部控制狀態(tài)來改變程序的不同狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)不同功能。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功

15、能如測量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。3.2.2程序流程圖圖 3-9主程序流程圖圖3-10按鍵掃描程序流程圖4測試方案與測試結(jié)果4.1測試方案1、硬件測試：檢查元器件好壞、檢查電路板焊接完整，無虛焊，漏焊。2、硬件軟件聯(lián)調(diào)：接通電路，進(jìn)行 實(shí)際測量。4.2 測試條件與儀器測試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同

16、，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。測試儀器：測試使用的儀器設(shè)備如表4-1所示。表4-1測試使用的儀器設(shè)備序號(hào)名稱、型號(hào)、規(guī)格數(shù)量1UNI-T UT56 數(shù)字萬用表12SPD3303D 直流電源15元件清單表5-1系統(tǒng)元件清單6參考文獻(xiàn)1.李朝青.PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)M.北京航空航天大學(xué)出版社，2000年.2.何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M.北京航空航天大學(xué)出版社，1993年.3.張洪潤,藍(lán)清華.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程M.清華大學(xué)出版社，1998年.4.馬家辰,孫玉德,張穎.MCS51單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998年.5.李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京航空大學(xué)出版社,199

17、4年6月.11個(gè)人課程設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)持續(xù)了幾周時(shí)間，通過上網(wǎng)和到圖書館查閱資料最終完成了數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。對(duì)于硬件設(shè)計(jì)，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中問題不大。按照?qǐng)D紙進(jìn)行畫圖，新建工程，完成電路圖、PCB的設(shè)計(jì)和制作。從打印PCB紙、印刷電路板、制版等工序重新復(fù)習(xí)了電路板的制作。對(duì)于軟件設(shè)計(jì)，開始的時(shí)候出現(xiàn)了好多問題。平常對(duì)程序的設(shè)計(jì)較少，以至于程序設(shè)計(jì)出現(xiàn)了一些難題。之后與組員一起商討，共同編寫調(diào)試。使我了解到團(tuán)隊(duì)的力量，在程序的編寫過程中我了解到編程是需要建立起一種嚴(yán)謹(jǐn)系統(tǒng)的思維方式，比如子程序系統(tǒng)中有中斷程序、加一子程序、顯示程序、掃描按鍵程序、延時(shí)程序等。程序?qū)懙臅r(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)自己有很多不懂的地方，在解決問題的同時(shí)不僅學(xué)到了很多東西，而且對(duì)各個(gè)子程序的運(yùn)行情況也有了更深層次的理解。想象與現(xiàn)實(shí)還是有區(qū)別的。這是一個(gè)培養(yǎng)自己能力的過程，在制作的過程中會(huì)將自己的不足點(diǎn)顯現(xiàn)出來，然后彌補(bǔ)不足。本次課程設(shè)計(jì)，讓我受益匪淺。讓我認(rèn)識(shí)到了自己許多的不足，使我深深的感受到了理論聯(lián)系實(shí)際的必要性及重要性。在我們以往的學(xué)習(xí)過程中，我們刻意的加強(qiáng)理論的基礎(chǔ)，對(duì)于一個(gè)程序我們只求它運(yùn)行時(shí)沒有出錯(cuò)，我們便以為我們的計(jì)劃成功了，豈不知它能否在硬件結(jié)構(gòu)中得以實(shí)現(xiàn)則是另