基于單片機多功能電子鐘電路的設計畢業(yè)論文

1、 畢業(yè)教學環(huán)節(jié)成果 （2014屆）題 目 多功能數(shù)字鐘電路的設計 學 院 信息工程學院 專 業(yè) 應用電子技術專業(yè) 班 級 應電xx 學 號 201137010030341 姓 名 指導教師 2014年 05月23日理工類xxxxxxx學院畢業(yè)教學成果 目 錄摘要1英文摘要2引言31 系統(tǒng)方案的設計51.1 功能要求51.2 方案設計思路52 系統(tǒng)硬件電路設計62.1 單片機最小系統(tǒng)的設計62.2 時鐘顯示模塊的設計72.3 按鍵模塊82.4 液晶顯示模塊92.5 蜂鳴器報警模塊模塊103 軟件設計123.1 軟件設計總體方案123.1.1 主程序流程圖123.2 按鍵模塊實現(xiàn)134 系統(tǒng)軟件仿

2、真及結果分析144.1 proteus軟件簡介144.2 proteus軟件仿真過程144.3 仿真結果15結論與謝辭17參考文獻18附件1電路原理圖19附件2電路pcb圖19附件3程序源代碼20附件4元器件清單46多功能數(shù)字鐘電路的設計信息工程學院 應用電子技術 俞江紅 摘要：數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，它應用廣泛給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。本次設計主要以at89c51為核心控制芯片，ds1302為時鐘芯片電路模塊，lcd1602為液晶顯示模塊，通過按鍵模塊來設置年月日和鬧鐘的設定。軟件部分主要通過c程序的編程實現(xiàn)對時鐘芯片進行時間數(shù)據(jù)的讀和寫，然后通過液晶

3、顯示程序?qū)r間顯示出來，通過按鍵操作實現(xiàn)功能的轉換和屏幕的切換。數(shù)字鐘可以實現(xiàn)顯示時間的基本功能，進行校時整點報時，鬧鈴的功能。關鍵詞: 電子時鐘 單片機 ds1302 lcd1602xxabstract：digital clock has become the indispensable necessities in peoples daily life, it is widely applied to peoples life, study, work and entertainment extremely convenient. this design uses at89c51 as t

4、he nucleus is the main control chip, for ds1302 clock chip, lcd1602 lcd display time, through the key module to set the date and alarm settings. software part mainly accomplished by programming of c program for time clock chip data read and write, and then through the liquid crystal display program

5、can display the time conversion functions are implemented by keystrokes and switch of the screen. this design can be implemented according to the basic functions of time, during school hour alarm function.keywords: electronic clock single chip ds1302 lcd1602引言時間是人類生活必不可少的重要元素，如果沒有時間的概念，社會將不會有所發(fā)展和進步。

6、從古代的水漏、十二天干地支，到后來的機械鐘表以及當今的石英鐘，都充分顯現(xiàn)出了時間的重要，同時也代表著科技的進步。致力于計時器的研究和充分發(fā)揮時鐘的作用，將有著重要的意義。 電子鐘是采用電子電路實現(xiàn)對時、分、秒進行數(shù)字顯示的計時裝置，廣泛應用于個人家庭，車站， 碼頭辦公室等公共場所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?。由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用，使得數(shù)字鐘的精度，遠遠超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、0按時自動打鈴、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所

7、有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。電子時鐘主要是利用電子技術將時鐘電子化、數(shù)字化，擁有時間精確、體積小、界面友好、可擴展性能強等特點，被廣泛應用于生活和工作當中。當今市場上的電子時鐘品類繁多，外形小巧別致。也有體型較大的，諸如公共場所的大型電子報時器等。電子時鐘首先是數(shù)字化了的時間顯示或報時器，在此基礎上，人們可以根據(jù)不同場合的要求，在時鐘上加置其他功能，比如定時鬧鈴，萬年歷，環(huán)境溫度、濕度檢測，環(huán)境空氣質(zhì)量檢測，usb擴展口功能等。1 系統(tǒng)方案的設計1.1 功能要求(1) 以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。（2）手動快校時、快校分或慢校時、慢校

8、分。（3）定時控制、仿廣播電臺整點報時等功能。1.2 設計思路本次設計主要以數(shù)字形式顯示年月日和手動快校時，快校分或慢校時，慢校分，實現(xiàn)整點報時和鬧鈴的功能。在硬件電路設計方面主要包括單片機最小系統(tǒng)，ds1302時鐘芯片電路模塊，lcd1602液晶顯示模塊，按鍵模塊以及蜂鳴器報警模塊。在軟件方面主要是采用c語言來進行編程，實現(xiàn)對時鐘芯片進行時間數(shù)據(jù)的讀和寫，然后通過液晶顯示程序?qū)r間顯示出來，通過按鍵操作實現(xiàn)功能的轉換和屏幕的切換。設計中結合硬件、軟件的分步調(diào)試，達到要求的控制效果。2 系統(tǒng)硬件電路設計2.1 單片機最小系統(tǒng)的設計at89c51是一款非常適合單片機初學者學習的單片機，它是美國a

9、tmel公司生產(chǎn)的低功耗、高性能cmos8位單片機，片內(nèi)含4kb可系統(tǒng)編程的flash只讀程序存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集flash程序存儲器，即可在線編程（isp），也可以用傳統(tǒng)方法進行編程可靈活應用于各種控制領域。at89c51單片機最小系統(tǒng)如圖1所示。圖1 單片機最小系統(tǒng)單片機at89c51的主要技術參數(shù)如表1所示。表1 單片機at86c51技術參數(shù)主要功能特性4k字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz 三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部ram 兩個16位定時器/

10、計數(shù)器可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 5個中斷源與mcs-51 兼容 2.2 時鐘模塊電路的設計ds1302是美國dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5v5.5v 。采用三線接口與cpu進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或ram數(shù)據(jù)。ds1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的ram寄存器。ds1302是ds1202的升級產(chǎn)品，與ds1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。ds1

11、302的引腳排列,其中vcc1為后備電源，vcc2為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。ds1302由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。當vcc2大于vcc1+0.2v時，vcc2給ds1302供電。當vcc2小于vcc1時，ds1302由vcc1供電。x1和x2是振蕩源，外接32.768khz晶振。rst是復位/片選線，通過把rst輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(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/命令序列送入位移寄存器；其次，rst提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送的方法。當rst為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對ds1302進行操作。

12、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，i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在vcc2.0v之前，rst必須保持低電平。只有在sclk為低電平時，才能將rst置為高電平。i/o為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。sclk為時鐘輸入端。 下圖為ds1302的引腳功能圖2，圖3為時鐘模塊電路。圖2 ds1302封裝圖圖3時鐘電路2.3 按鍵模塊按鍵模塊電路如圖4所示。圖4按鍵電路按鍵模塊功能描述如下：1）該電子鐘有四個按鍵s0、s1、s2、s3、s4分別是鬧鐘停止鍵、時間設置和鬧鐘設置鍵,加一鍵、減一鍵、移動鍵。具體按鍵說明如下：2）s0鬧鐘停止鍵：當鬧鐘響起的時候，按下此

13、鍵，可以關閉鬧鐘。3）s1時間校準鍵、鬧鐘設置鍵：按下這個鍵后lcd液晶屏進入按下此鍵進入預置時間狀態(tài)，依次按兩下進入鬧鐘設置狀態(tài)。在以上兩種狀態(tài)下可進行小時、分、秒設定，設定完成后在按下此鍵退出預置時間狀態(tài)或鬧鐘設置狀態(tài)，進入正常走時狀態(tài)。4）s2加1鍵：在調(diào)整年、月、日、星期、小時、分、秒時間數(shù)值時按下此鍵時相應的數(shù)值加一。5）s3減1鍵：與s2相反。6）s4移動鍵：當時鐘進入到預置時間狀態(tài)或鬧鐘設置狀態(tài)時，依次按下此鍵進行年、月日、星期、小時、分、秒的位子移動變化，進行時間的設定，設定完成后，按下s1鍵退出狀態(tài)，進入正常走時狀態(tài)。2.4 液晶顯示模塊液晶顯示模塊電路如圖5所示。圖5 液晶

14、顯示電路lcd1602技術參數(shù)如表2所示。表2 lcd1602主要技術參數(shù)lcd1602主要技術參數(shù)顯示容量:162個字符芯片工作電壓:4.55.5v工作電流:2.0ma(5.0v)模塊最佳工作電壓:5.0v字符尺寸:2.954.35(wh)mm 圖6 lcd1602實物圖 圖7 lcd1602引腳圖 圖6和圖7各個引腳功能如表2所示。表3 lcd1602引腳說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2數(shù)據(jù)2vdd電源正極10d3數(shù)據(jù)3vl液晶顯示偏壓11d4數(shù)據(jù)4rs數(shù)據(jù)/命令選擇12d5數(shù)據(jù)5r/w讀/寫選擇13d6數(shù)據(jù)6e使能信號14d7數(shù)據(jù)7d0數(shù)據(jù)15bla背光源正極8d

15、1數(shù)據(jù)16blk背光源負極2.5 蜂鳴器報警模塊蜂鳴器報警模塊的作用：當定時鬧鐘時間到時，蜂鳴器發(fā)出預設的聲音，而發(fā)光二極管則會隨著音樂閃爍。本模塊采用pnp三極管為蜂鳴器放大電流，基極通過1k電阻與單片機at89c51的閑置引腳p3.4相連接，集電極直接接地，發(fā)射極接發(fā)光二極管和蜂鳴器。 報警模塊電路如圖8所示。圖8 報警電路3 軟件設計3.1 系統(tǒng)軟件設計總體方案 本系統(tǒng)的程序采用c語言編寫，為了便于修改和調(diào)試，系統(tǒng)軟件采用模塊化設計，程序的編寫編譯在wave6000軟件中完成。3.1.1 主程序流程圖主程序流程圖如圖9所示。初始化設置鬧鐘判斷整點判斷顯示按鍵掃描開始圖9 主程序流程圖首先

16、對at89c51、ds1302、lcd1602進行初始化，時間通過lcd1602顯示出來，同時進行按鍵掃描，判斷哪個鍵按下，如果時間與設定的鬧鐘時間相同后，單片機通過報警模塊進行警報，此時，若按下s0按鍵，報警停止，lcd1602顯示的時間繼續(xù)精確顯示。主程序代碼見附件3。3.2 按鍵模塊軟件的實現(xiàn)按鍵模塊流程圖如圖10所示。圖10按鍵子程序流程圖在按鍵掃描狀態(tài)的時候，先判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下，讀取相應的鍵值，進入到相應鍵值的功能狀態(tài)。如圖11所示，按鍵模塊子程序詳見附錄3。4 proteus軟件仿真4.1 proteus軟件簡介proteus是世界上著名的eda工具(仿真軟件)，從原

17、理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到pcb設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086和msp430等，2010年又增加了cortex和dsp系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持iar、keil和mplab等多種編譯器。4.2 proteus軟件仿真過程我們軟件調(diào)試一般使用proteus isis 7和keil整合進行仿真調(diào)試。其中keil作為軟件調(diào)試界面

18、，proteus作為硬件仿真和調(diào)試界面，下面說一下如何操作：(1)用keil軟件寫出相應的51程序，并進行編譯，直到編譯成功。(2)打開proteus軟件。(3)選擇file菜單下的 open design選項，找到所需的元器件，元器件上單擊右鍵選中，再單擊左鍵對其進行命名和賦值，接著在編輯器左邊的一欄中，找出并繪制設計所要的各種元器件，按照電路圖連接后并保存。(4)將用keil編譯產(chǎn)生的hex文件下載到單片機中：雙擊單片機，在對話框中把保存過的hex文件打開，再單擊確定。 (5)單擊左下角運行按鈕，進行軟件仿真調(diào)試，直到出現(xiàn)正確的結果。 本次設計仿真流程圖如圖11所示，效果圖如圖12所示。繪

19、制原理圖程序編寫和編譯裝載hex代碼調(diào)試得到仿真效果圖11仿真流程圖圖12仿真效果圖4.3 仿真結果整點報時仿真如圖13所示，當電子鐘整點時，發(fā)光二極管亮，蜂鳴器響。圖13 整點報時電子鐘時間設置仿真如圖14圖15所示，當電子鐘運行時，光標閃爍，電子鐘進入時間設置狀態(tài)或鬧鐘設置狀態(tài)。圖14 時間設置狀態(tài)仿真圖15鬧鐘設置狀態(tài)仿真經(jīng)過調(diào)試，結果滿足設計要求，驗證無誤。通過單片機硬件電路的調(diào)試，實現(xiàn)了預先設定的功能，設計主要用到的元件不多，最主要的是程序也比較長比較麻煩，同時也遇到了少量困難，尤其是關于校時模塊的設計實現(xiàn)。關于顯示模塊，在以前的實驗中做過，所以問題很容易解決。學以致用，將從書本上學

20、到的知識應用于實踐，學會初步的電子電路仿真設計。結論與謝辭本次課程設計是用at89c51單片機cpu及l(fā)cd1602設計一個數(shù)字時鐘，雖然過程中遇到了一些困難，但是在解決這些問題的過程無疑也是對自己自身專業(yè)素質(zhì)的一種提高。當最終調(diào)試成功的時候也是對自己的一種肯定。此次的設計作業(yè)不僅增強了自己在專業(yè)設計方面的信心，鼓舞了自己，更是一次興趣的培養(yǎng)，為自己以后的學習方向的明確了重點。另外在這次實驗中我們遇到了不少的問題針對不同的問題我們采取不同的解決方法，最終一一解決設計中遇到的問題。在我們曾經(jīng)遇到不懂的問題時，利用網(wǎng)上的資源，搜索查找得到需要的信息?？偟膩碚f，這次設計的多功能數(shù)字電子鐘的電路設計還

21、是比較成功的，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的辛勤的指導下，終于迎刃而解，有點小小的成就感，終于覺得平時所學的知識有了實用的價值，達到了理論與實際相結合的目的，不僅學到了不少知識，而且鍛煉了自己的能力，使自己對以后的路有了更加清楚的認識，同時，對未來有了更多的信心。在本文的撰寫過程中，xxx老師作為我的指導老師，她教學嚴謹，為我營造了一種良好的學術氛圍。在此特向xxx老師致以衷心的謝意！ 參考文獻1 余紅娟.電子電路分析與調(diào)試m. 北京: 人民郵電出版社, 2010.2 羅杰、謝自美.電子線路設計實驗測試（第4版）m.北京:電子工業(yè)出版社, 20083 胡仁喜. altium design

22、er 10電路設計標準實例教程m.北京: 機械工業(yè)出版社, 2012.4 廖先蕓.電子技術實踐與訓練（第3版）m.北京: 高等教育出版社, 20115 鄭惠群.電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝與管理實訓m.浙江: 浙江科學技術出版社, 2012.6 袁旭軍,莊松林.單片機復位電路的可靠性分析j.電子技術應用.2002.11:19-217 陳洪財.基于單片機的模塊化教學研究n.電氣電子教學學報.2010.32（6）.8 馬汝星.單片機應用系統(tǒng)設計與制作m.人民郵電出版社, 2010，1: 2236.附件1電路原理圖附件2電路pcb圖 附件1程序源代碼#include#include config.h/*函數(shù)聲明

23、*/void disp(void);void init_led1602(void);void init_ds1302(void);void normal( );void key4();void key5();/*延時程序*/void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void main() init_ds1302(); /初始化1302 init_led1602(); /初始化led1602 while(1) disp(); /顯示 /*ds1302*/*向ds1302寫入一字節(jié)數(shù)據(jù) void write1302(u

24、char addr, uchar d) unsigned char i; sck=0; rst=1;/寫入目標地址：addr for (i = 0; i 1; /寫入數(shù)據(jù)：d for (i = 0; i 1; rst=0; /停止ds1302總線/*從ds1302讀出一字節(jié)數(shù)據(jù)unsigned char read1302(uchar addr) unsigned char i; unsigned char temp; unsigned char dat1=0; unsigned char dat2=0; sck=0; rst=1;/寫入目標地址：addr for (i = 0; i 1; /輸

25、出數(shù)據(jù)：temp for (i = 0; i 1; if (sda) temp |= 0x80; else temp &= 0x7f; sck=1; sck=0; rst=0; /停止ds1302總線 dat2 = temp/16; / 數(shù)據(jù)進制轉換 dat1 = temp%16; dat1 = dat2*10+dat1; return dat1;/*1602顯示*/void write_add(uchar add) /1602控制字 rs=0; p0=add; en=1; delay(5); en=0;void write_date(uchar date) /1602顯示字 rs=1; p0

26、=date; en=1; delay(5); en=0;void writesfm(uchar add,uchar date) /1602顯示時分秒 uchar s,g; s = date/10; g = date%10; write_add(0x80+0x40+add); write_date(0x30+s); write_date(0x30+g);void writenyr(uchar add,uchar date) /1602顯示年月日 uchar s,g; s=date/10; g=date%10; write_add(0x80+0x00+add); write_date(0x30+s

27、); write_date(0x30+g);void writexi(uchar a) write_add(0x80+0x00+11); if(a=1) for(i=0;i3;i+) write_date(xi1i); delay(5); if(a=2) for(i=0;i3;i+) write_date(xi2i); delay(5); if(a=3) for(i=0;i3;i+) write_date(xi3i); delay(5); if(a=4) for(i=0;i3;i+) write_date(xi4i); delay(5); if(a=5) for(i=0;i3;i+) writ

28、e_date(xi5i); delay(5); if(a=6) for(i=0;i3;i+) write_date(xi6i); delay(5); if(a=7) for(i=0;i3;i+) write_date(xi7i); delay(5); void writefuhao(void) /寫符號 write_add(0x80+0x00+2); write_date(table2); delay(10); write_add(0x80+0x00+5); write_date(table2); delay(10); write_add(0x80+0x40+2); write_date(ti

29、me12); delay(10); write_add(0x80+0x40+5); write_date(time12); delay(10);void speak1() /鬧鈴 alarm = 0; smiao = read1302(r_sec); sfen = read1302(r_min); sshi = read1302(r_hou); snian = read1302(r_yea); syue = read1302(r_mou); sri = read1302(r_day); sxi = read1302(r_xi); writefuhao(); writesfm(0,sshi);

30、writesfm(3,sfen); writesfm(6,smiao); writenyr(0,snian); writenyr(3,syue); writenyr(6,sri); writexi(sxi); delay(500); alarm = 1; delay(500);void speak2() alarm=0; delay(500); normal(); delay(500); normal(); alarm=1;void normal() /正常顯示時間功能 smiao = read1302(r_sec); sfen = read1302(r_min); sshi = read13

31、02(r_hou); snian = read1302(r_yea); syue = read1302(r_mou); sri = read1302(r_day); sxi = read1302(r_xi); /讀取時間數(shù)據(jù) if(nshi=sshi)&(nfen=sfen) /鬧鐘鈴響 for(i=0;i2;i+) key5(); if(b=0) speak1(); /關閉蜂鳴器 if(sshi=0|sshi=1|sshi=2|sshi=3 |sshi=4|sshi=5|sshi=6|sshi=7 |sshi=8|sshi=9|sshi=10|sshi=11|sshi=12|sshi=13|

32、sshi=14|sshi=15|sshi=16|sshi=1|sshi=18|sshi=19|sshi=20|sshi=21|sshi=22|sshi=23) &(sfen=0)&(smiao=0) speak2(); /整點報時 alarm=1; /關閉蜂鳴器 writefuhao(); writesfm(0,sshi); writesfm(3,sfen); writesfm(6,smiao); writenyr(0,snian); writenyr(3,syue); writenyr(6,sri); writexi(sxi); /*按鍵程序*/void key() /鬧鐘時的按鍵功能 if

33、(k1=0) delay(10);if(k1=0) n+; while(!k1); if(n=1) write_add(0x0f); write_add(0x80+0x40+4); /寫shi if(n=2) write_add(0x0f); write_add(0x80+0x40+7); /寫fen if(n=3) n=0; nfen=fen; nshi=shi; /確認 write_add(0x0c); /光標不閃爍 if(k2=0) delay(10); if(k2=0) while(!k2); if(n=1) shi+; if(shi=24) shi=0; writesfm(4,shi

34、); if(n=2) fen+; if(fen=60) fen=0; writesfm(7,fen); if(k3=0) delay(10); if(k3=0) while(!k3); if(n=1) shi-; if(shi=-1) shi=23; writesfm(4,shi); if(n=2) fen-; if(fen=-1) fen=59; writesfm(7,fen); void key1(void) if(k1=0) /設置光標所在位置 delay(10); /去抖 if(k1=0) num+; while(!k1); if(num=1) write_add(0x0f); /顯示

35、光標并閃爍 write_add(0x80+0x40+6); if(num=2) write_add(0x0f); /顯示光標并閃爍 write_add(0x80+0x40+3); if(num=3) write_add(0x0f); /顯示光標并閃爍 write_add(0x80+0x40+0); if(num=4) write_add(0x0f); /顯示光標并閃爍 write_add(0x80+0x00+6); if(num=5) write_add(0x0f); /顯示光標并閃爍 write_add(0x80+0x00+3); if(num=6) write_add(0x0f); /顯示光標并閃爍 write_add(0x80+0x00+0); if(num=7) write_add(0x0f); /顯示光標并閃爍 write_add(0x80+0x00+11); if(num=8) num=0; write_add(0x0c);/關閉光標 menu=0; write_add(0x01); /清屏 void key2(void) write1302(w_protect,0x00); /禁止寫保護 if(k2=0) /實現(xiàn)加法 delay(10); if(k2=0) wh