-基于單片機(jī)智能數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)智能數(shù)字化鬧鐘設(shè)計(jì)學(xué) 院： 機(jī)電學(xué)院 學(xué)生姓名： 祁顏榮 指導(dǎo)老師： 劉春艷 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 12-1級 摘要近年來，隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，人們對數(shù)字時(shí)鐘的要求越來越高，本文針對人們的這一需求，設(shè)計(jì)了一種有單片機(jī)控制的智能化數(shù)字時(shí)鐘，功能強(qiáng)大，界面友好，更好的滿足了人們對它的智能化要求。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)；時(shí)鐘；LCD引言現(xiàn)在是一個(gè)知識爆炸的新時(shí)代。新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮，電子技術(shù)的發(fā)展更是日新月異?？梢院敛豢鋸埖恼f，電子技術(shù)的應(yīng)用無處不在，電子技術(shù)正在不斷地改變我們的生活，改變著我們的世界。在這快速發(fā)展的年代，時(shí)間對人們來說是越來越寶貴，在快節(jié)奏的生活時(shí)，人們往往忘記

2、了時(shí)間，一旦遇到重要的事情而忘記了時(shí)間，這將會帶來很大的損失。因此我們需要一個(gè)定時(shí)系統(tǒng)來提醒這些忙碌的人。數(shù)字化的鐘表給人們帶來了極大的方便。 近些年，隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對數(shù)字鐘的要求也越來越高，傳統(tǒng)的時(shí)鐘已不能滿足人們的需求。多功能數(shù)字鐘不管在性能還是在樣式上都發(fā)生了質(zhì)的變化，有電子鬧鐘、數(shù)字鬧鐘等等。單片機(jī)在多功能數(shù)字鐘中的應(yīng)用已是非常普遍的，人們對數(shù)字鐘的功能及工作順序都非常熟悉。但是卻很少知道它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作原理。由單片機(jī)作為數(shù)字鐘的核心控制器，可以通過它的時(shí)鐘信號進(jìn)行計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，將其時(shí)間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)輸出，利用顯示器顯示出來。通過鍵盤可以進(jìn)行定時(shí)、校時(shí)功能。輸出

3、設(shè)備顯示器可以用液晶顯示技術(shù)和數(shù)碼管顯示技術(shù)。1. 系統(tǒng)方案的確定單片機(jī)芯片作為控制系統(tǒng)的核心部件，它除了具備微機(jī)CPU的數(shù)值計(jì)算功能外，還具有靈活強(qiáng)大的控制功能，以便實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)的輸入量、控制系統(tǒng)的輸出量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在本次設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。方案的設(shè)計(jì)可以從以下幾個(gè)方面來確定。1微處理器的選擇，AT89S51、52是2003年ATMEL推出的新型品種，除了完全兼容8051外，還多了ISP編程和看門狗功能。但是AT89S52的存儲器容量比AT89S51的大，故在本次設(shè)計(jì)中采用AT89S52單片機(jī)。2顯示電路的設(shè)計(jì)，隨著科技的發(fā)展，液晶顯示的使用越來越方便，已被普遍的使用

4、。由于液晶顯示與驅(qū)動(dòng)都集成在一個(gè)芯片上，因此使用起來很方便。在這里采用液晶顯示。3校時(shí)和定時(shí)電路的設(shè)計(jì)，隨著時(shí)鐘的準(zhǔn)確度的要求就越來越高，使用校時(shí)，定時(shí)電路,達(dá)到準(zhǔn)確控制時(shí)間的目的。4. 實(shí)時(shí)控制電路是時(shí)鐘電路的一個(gè)重要組成部分，采用的是一個(gè)時(shí)鐘芯片，單片機(jī)從中讀取數(shù)據(jù)送到顯示器上顯示，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。5. 其他控制電路，如復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等。通過這些控制電路的連接構(gòu)成了完整的系統(tǒng)，如圖1所示。圖1 系統(tǒng)方框圖2 . 硬件電路的設(shè)計(jì)硬件電路是一個(gè)系統(tǒng)的重要部分，在本次設(shè)計(jì)中主要是以AT89S52為核心控制器，外加一些控制電路來實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的基本功能。下面分別介紹各個(gè)控制電路的功

5、能及其工作原理。2.1. AT89S52單片機(jī)的介紹單片機(jī)是微機(jī)的一個(gè)分支，在原理和結(jié)構(gòu)上，單片機(jī)與微型機(jī)之間不但沒有根本性的差別，而且微型機(jī)的許多技術(shù)與特點(diǎn)都被單片機(jī)繼承下來了。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。它具有串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz

6、0;靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止1。2.2. 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)AT89S52單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。從外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2可以不接，而從XTAL1接入，由于外部時(shí)鐘信號經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時(shí)鐘電路輸入的，所以對外部時(shí)鐘信號的占空比沒有其它要求，最長低電平持續(xù)時(shí)間和最少高電

7、平持續(xù)時(shí)間等還是要符合要求的。反相放大器的輸入端為XTALl，輸出端為XTAL2，兩端連接石英晶體及兩個(gè)電容形成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容通常取30PF左右。振蕩頻率范圍是1.212MHz2。如圖2所示。圖2 自激振蕩器晶體振蕩器的振蕩信號從XTAL2端輸出到片內(nèi)的時(shí)鐘發(fā)生器上。時(shí)鐘發(fā)生器為二分頻器。向CPU提供兩相時(shí)鐘信號P1和P2。每個(gè)時(shí)鐘周期有兩個(gè)節(jié)拍（相）P1和P2，CPU就以兩相時(shí)鐘P1和P2為基本節(jié)拍指揮AT89S52單片機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作。在本次設(shè)計(jì)中選取石英晶體的振蕩頻率為12MHz。2.3. 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)

8、，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后PC0000H，使單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令。無論是在單片機(jī)剛接通電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位，所以我們必須弄清楚MGS-51型單片機(jī)復(fù)位的條件、復(fù)體電路和復(fù)位后狀態(tài)。該電路除具有上電復(fù)位功能外,對系統(tǒng)的可控性是很有幫助的。2.4. 實(shí)時(shí)控制電路的設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中采用DS1302為實(shí)時(shí)控制芯片，并接備用電源以使在外接電源斷電時(shí)其控制電路仍在計(jì)時(shí)。DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入

9、驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送。 圖3 實(shí)時(shí)控制芯片2.5. LCD顯示模塊在實(shí)際應(yīng)用中，用戶很少直接設(shè)計(jì)LCD顯示器驅(qū)動(dòng)接口，一般是直接使用專用的LCD顯示驅(qū)動(dòng)器和LCD顯示模塊。其中，LCD顯示模塊LCD（Liquid Crystal Display Module）是把LCD顯示器、背景光源、線路板和驅(qū)動(dòng)集成電路等部件構(gòu)成

10、一個(gè)整體，作為一個(gè)獨(dú)立的部件使用，具有功能較強(qiáng)、易于控制、接口簡單等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用較多。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。LCD顯示模塊只留一個(gè)接口與外部通信。顯示模塊通過這個(gè)接口接收顯示命令和數(shù)據(jù)，并按指令和數(shù)據(jù)的要求進(jìn)行顯示。外部電路通過這個(gè)接口讀出顯示模塊的工作狀態(tài)和顯示數(shù)據(jù)。LCD顯示模塊一般帶有內(nèi)部顯示RAM和字符發(fā)生器，只要輸入ASCII碼就可以進(jìn)行顯示。LCD顯示模塊按功能顯示可分為：LCD段式顯示模塊、LCD字符型顯示模塊、LCD圖形顯示塊三類3。液晶顯示器因其功耗低、重量輕而成為便攜式應(yīng)用中的主流顯示技術(shù)。這里所用的字符型液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根

11、據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等等。液晶顯示有點(diǎn)振式和字符式兩種，在這里采用字符式液晶顯示器1602來實(shí)現(xiàn)顯示電路的功能。圖4 LCD顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)由于1602液晶顯示器是本身帶有驅(qū)動(dòng)模塊的液晶屏，它只有并口線和一些控制線，與單片機(jī)的連接有兩種不同的方法，直接訪問方式和間接訪問方式。直接訪問方式就是微處理器把液晶顯示模塊當(dāng)作存儲器或I/O設(shè)備直接掛在總線上，模塊8位數(shù)據(jù)總線與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連，用讀操作或?qū)懖僮?、信號與地址信號共同產(chǎn)生控制信號。2.6. 校時(shí)、定時(shí)電路的設(shè)計(jì)校時(shí)、定時(shí)電路主要靠鍵盤來控制。鍵盤是一組按鍵的集合。它是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可

12、缺少的外圍電路。是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的紐帶，借助鍵盤可以向計(jì)算機(jī)輸入程序、置數(shù)、邏輯操作以及寫入程序和程序檢測等。根據(jù)校時(shí)、定時(shí)電路的控制，可以實(shí)時(shí)更新時(shí)間，校對時(shí)間，保持時(shí)間的準(zhǔn)確性。按一次S1鍵，表示清零；按S2鍵選擇時(shí)、分調(diào)控位置；按S3對數(shù)據(jù)加1；按S4鍵進(jìn)入定時(shí)，S5清除報(bào)時(shí)電路數(shù)據(jù)，停止報(bào)時(shí)。2.7. 報(bào)時(shí)器的設(shè)計(jì)報(bào)時(shí)是數(shù)字鐘的一個(gè)重要功能，報(bào)時(shí)器可用蜂鳴器和揚(yáng)聲器來實(shí)現(xiàn)，為了使其報(bào)時(shí)效果更好這里采用揚(yáng)聲器播放音樂來實(shí)現(xiàn)其報(bào)時(shí)功能。要使揚(yáng)聲器能在整點(diǎn)報(bào)時(shí)必須要有音頻放大器來驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器才能工作。在這里采用LM386音頻放大器4。圖5 LM386音頻放大器2.8. 電源的設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電

13、源是單片機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為系統(tǒng)提供多路電壓源，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和抗干擾性能。一個(gè)穩(wěn)壓電源輸出電壓和最大輸出電流決定于所選三端穩(wěn)壓器。在本次設(shè)計(jì)中采用+5V電壓所以選用H7805穩(wěn)壓器5。圖6 H7805穩(wěn)壓器系統(tǒng)的硬件電路如圖7圖7系統(tǒng)的硬件電路圖3 . 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)有其自身的特點(diǎn)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結(jié)合，由于硬件電路的設(shè)計(jì)不具有通用性，所以必須根據(jù)具體的硬件電路來設(shè)計(jì)對應(yīng)的軟件，硬件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計(jì)的難易，軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣又直接影響到硬件的發(fā)揮。在很多時(shí)候，軟件可以替代硬件的功能，當(dāng)然，需要付出額外占用CPU時(shí)間的代價(jià)。軟

14、件程序的設(shè)計(jì)是根據(jù)硬件電路圖的連接和各個(gè)元器件的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。在編寫軟件時(shí)，可以按各個(gè)程序的功能將軟件細(xì)分為各個(gè)功能模塊，再通過主程序的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件系統(tǒng)。而一般編寫的程序都是根據(jù)事前所用的流程圖來編寫的，而且，流程圖中也包含了對設(shè)計(jì)所得結(jié)果的要求，因此，流程圖的設(shè)計(jì)直接影響到源程序的設(shè)計(jì)6 7。主程序是軟件設(shè)計(jì)的總體框架，因此主程序流程圖的設(shè)計(jì)決定了程序編寫的好壞，主程序的功能主要是讀DS1302的時(shí)間將時(shí)間數(shù)據(jù)送到液晶顯示，并與鬧鐘的設(shè)定時(shí)間比較，再判斷是否有按鍵按下，從而進(jìn)行校時(shí)、定時(shí)功能。其流程圖如圖8所示。圖8 程序流程圖4. 結(jié)束語本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為核心控制器，實(shí)現(xiàn)具有定時(shí)、校時(shí)功能的數(shù)字鐘。隨著人們生活水平的提高，人們對數(shù)字鐘的要求越