單片機(jī)數(shù)字式電子鐘講解

1、為渾就考區(qū)常標(biāo)兄夬孽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：?jiǎn)纹瑱C(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(lái)源、類型、目的和意義、基本要求、完成時(shí)問(wèn)、主要參考資料等）：1、課題來(lái)源：老師和學(xué)生共同擬訂。2、類型：

2、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。基本功能如下：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(wú)法顯示全部?jī)?nèi)容時(shí)，則平時(shí)顯示時(shí)、分、秒，通過(guò)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，冉 按下一次按鍵超1min后，系統(tǒng)自動(dòng)

3、退出設(shè)置界面。鍵盤控制功能初始化，時(shí)一分一秒初始化為00-00-00月年一月一日和星期初始化為09年一1月一1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) 型呂。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(zhǎng)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.北京航空航天大學(xué)出版社，2

4、000 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(rùn)，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.MCS 51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.四、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(guò)程及測(cè)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、主要兀件清單指導(dǎo)教師簽字:教研室主任簽字:1 設(shè)計(jì)任務(wù) 21.1 基本要求 21.2 基本功能 22 方案論

5、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(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果 84.1 測(cè)試方案 84.2 測(cè)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

6、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。1.2 基本功能電子鐘顯示內(nèi)容包括年、月、日、星期、時(shí)、分、秒。如果顯示屏小無(wú)法顯示全部?jī)?nèi)容時(shí)，則平時(shí)顯示時(shí)、分、秒，通過(guò)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。鍵盤控制功能初始化，時(shí)- 分- 秒初始化為 00 00 00，年月日和星期初始化為09 年 1月 1 日星

7、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。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(zhǎng)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)

8、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苄枰獰氤绦驎r(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)ROMfe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、 . 1-4_&

9、#187;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(zhǎng)，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，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(wú)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

10、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(guò)顯示模塊來(lái)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(guò)其控制液晶屏顯示時(shí)間，通過(guò)P1 口外接按鍵對(duì)時(shí)間

11、進(jìn)行調(diào)整。控制器采用單片機(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(wàn)年歷時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖所示。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(guò)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

12、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(guò)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(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.

13、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)

14、計(jì)思路：本設(shè)計(jì)采用的 CPU是52系列單片機(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(jiǎn)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(guò)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(guò)端口讀入當(dāng)前外部控制狀態(tài)來(lái)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(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。

15、二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來(lái)完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)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7表5-1系統(tǒng)元件清單圖3-10按鍵掃描程序流程圖4測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果4.1 測(cè)試方案1、硬件測(cè)試：檢查元器件好壞、檢查電路板焊接完整，無(wú)虛焊，漏焊。2、硬件軟件聯(lián)調(diào)：接通電路，進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。4.2 測(cè)試條件與儀器測(cè)試條

16、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，并且檢查無(wú) 誤，硬件電路保證無(wú)虛焊。測(cè)試儀器：測(cè)試使用的儀器設(shè)備如表4-1所示。表4-1測(cè)試使用的儀器設(shè)備在舁 廳P名稱、型號(hào)、規(guī)格數(shù)量1UNI-T UT56數(shù)字力用表12SPD3303DS流電源15元件清單ABcDEF1CornmerttDeecnptignDesugnatcrFoolprirtUbRtffQuantity25V直值能3Cap P&I2Polanzed Capactor ：C1cd 8CapPol24CapCapacitorC2, CS, C<C5Da06cCaps-5Cap PollPolanzed C

17、apaotor (C2012WC*Cap Foil丁67*7自感開關(guān)KG1廣自鉞開關(guān)7*7旨被產(chǎn)關(guān)r7Header 2DHeaJer, 20-PinLCD 129sip20Header 20F8LED2Typical RED, GREELED1LED-3LED2V9TF1C.F11.F12.F13SIP1v_5-10PNPQ5SOT23PNP-SS55Q-SOT-23T11Res2ResistorR5. RS, R9. R10, R娜Res2V121DKAP3sjpS«iaV13SW-PESttritdiS1,S2. S3 S43K直培號(hào)勃尸比SW-FB5-14STCB9C52RC4

18、)IPJ(U1 IP40STCS9C52RC-DIP4IT15DS1BB2DUSS18B2fr1DS18B2016USB AUSBUSB A#USB A17XTALCrystal OscillaftorY1Xtal2XTAL丁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(rùn)，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.MCS 51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，1994年6月.9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(guò)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(guò)程中問(wèn)題不大。按照?qǐng)D紙進(jìn)行畫圖，新建工程，完成電路圖、PCB勺設(shè)計(jì)和制彳從打印PCB氏、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(wèn)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(guò)程中我了解到編程是需要建立起