畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機(jī)電子時鐘設(shè)計與制作

1、永城職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）永永城職業(yè)學(xué)院題 目 基于單片機(jī)的電子時鐘設(shè)計與制作 學(xué)科部、系： 電子信息工程系 專業(yè)班級： 電子信息工程技術(shù)091班 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起訖日期： 2011-9-24 摘要本論文基于單片機(jī)原理技術(shù)介紹了一款于stc89c52rc芯片作為核心控制器的單片機(jī)數(shù)字液晶顯示多功能電子鐘的設(shè)計與制作，原理圖仿真實(shí)現(xiàn)、軟件程序編輯的實(shí)現(xiàn).包括硬件電路原理的實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計、硬件實(shí)物的安裝制作與硬件實(shí)物的調(diào)試過程。日歷時鐘的信息來源于dallds 公司推出的低功耗時鐘芯片ds1302，時鐘芯片與單片機(jī)通過i2c總線協(xié)議進(jìn)行通信，ds18b20溫度傳感器可以檢測環(huán)境

2、中的實(shí)時溫度，先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信和單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。顯示部分利用lcd1602顯示，加上按鍵的人機(jī)交換界面可以隨時對時間進(jìn)行調(diào)整，另外用了比較成熟的tda2822芯片作為功放做了個小音響，加上外部的包裝，外觀可謂是美輪美奐, 小巧玲瓏。第一章 基于系列單片機(jī)的電子時鐘設(shè)計與制作（含功放電路）的概述- 1 -1:設(shè)計任務(wù)與要求- 1 -2:方案設(shè)計選擇- 1 -3電子時鐘設(shè)計認(rèn)識.- 34系統(tǒng)主要方框圖- 4 -第二章硬件單元電路設(shè)計與參數(shù)計算- 5 -第三章1:電源電路- 5 -2:單片機(jī)最小系統(tǒng)電路- 6 -3:按鍵電路- 6 -4:溫度電路7-5:時鐘電路- 8 -6:lcd1602顯

3、示電路- 9 -7:tda2822功放電路- 10 -8:軟件設(shè)計流程圖- 11 -9:總原理圖- 11-10:pcb制板圖- 12-11:整體電路仿真圖- 13-第三章 性能測試與分析- 14 -1:整體測試- 15 -2: 各部分電路測試- 15 -3:元件清單- 16 -第四章 心得體.-17- 17 -第一章 基于51系列單片機(jī)的電子時鐘設(shè)計與制作（含功放電路）的概述1:設(shè)計任務(wù)與要求（1）、演示作品時能準(zhǔn)確顯示時鐘日歷（年月日時分秒），并且可以設(shè)置時分秒，年月日星期等，并顯示清晰、穩(wěn)定，并且功放電路效果較好；發(fā)揮部分可以有溫度顯示（2）、上述兩項(xiàng)功能模塊電路，電路板上都必須具有，電路

4、圖設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、完全；（3）、元器件安裝規(guī)范，焊接到位，外觀優(yōu)美；（4）、其它擴(kuò)展功能，同學(xué)自由發(fā)揮，可另外加分。2:方案設(shè)計選擇根據(jù)上述設(shè)計要求，結(jié)合現(xiàn)有元件，利用集成芯片完成具有以上功能的電路。1：由于需要準(zhǔn)確顯示時鐘日歷（年月日時分秒），這里對于顯示的選擇比較：（1）：數(shù)碼管顯示，優(yōu)點(diǎn)價格便宜，但是不能顯示復(fù)雜的英文，顯示出來很大，布線不易，不美觀。（2）：lcd1602,價格適中，可以顯示復(fù)雜的英文，功耗不大，外觀較小，計較符合（3）：lcd12864,彩屏，如果用這些，可以顯示中文，還用一些圖片，但是價格較高，秉著合理利用的原則，不大材小用，決定放棄。2：由于需要準(zhǔn)確顯示時鐘日歷（年月日

5、時分秒），這里對應(yīng)時鐘的選擇作出比較：（1）:可以利用單片機(jī)自己自帶的定時器精確定時,在通過軟件控制,這樣就減少了硬件的成本,但是這樣需要晶振絕對的穩(wěn)定,而且掉電數(shù)據(jù)不保存,還沒有年月星期的自動調(diào)整功能,對程序的要求很高,不易控制.(2):ds1302它可以對年、月、日、周、日、時、分、秒進(jìn)行計時，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。不必在程序上做太多的處理,與單片機(jī)的接口簡單,掉電有備用電池用來供電保存數(shù)據(jù)。所以非常適合要求3：溫度檢測的選擇（1）：熱敏電阻可以隨著溫度的變化電阻也發(fā)生變化，但是要想讀出現(xiàn)在的溫度，那么還必須加上ad轉(zhuǎn)換電路，對ad轉(zhuǎn)換過來的數(shù)據(jù)還要進(jìn)行處理，處理過程是一項(xiàng)非常繁瑣的工

6、作，這樣就增加了研發(fā)的難度和時間，很沒有必要把簡單的東西復(fù)雜化。（2）：相比熱敏電阻，ds18b20的優(yōu)點(diǎn)可謂是多多，首先它的硬件電路非常簡單，與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸只用了一條線。測溫范圍 55125，固有測溫分辨率0.5。具有耐磨耐碰，體積小，工作電源: 35v/dc。非常適合要求。4：功放部分的選擇（1）：lm386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)的功率放大器，但是它的不能連接兩個喇叭，也就是沒有立體聲功能。這個芯片是早期的，技術(shù)上相對落后。不宜選擇。（2）：tda2822一般的集成功放電路外圍元件較多且需要較大的散熱器。本

7、文介紹的功放電路簡單，自制方便。tda2822集成功放電路常用在隨身聽、便攜式的dvd等音頻放音用；功率不是很大但以可以滿足您的聽覺要求了，且有電路簡單、音質(zhì)好、電壓范圍寬等特點(diǎn)，是業(yè)余制作小功放的較佳選擇。主要是它可以用5v單電源帶起，做出來的聲音也不錯。所以選擇。5：單片機(jī)的選型（1）：dsp（digital signal processor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。但是對

8、于我們來說，一個是它需要你熟悉它，會運(yùn)用，這個我們還沒有達(dá)到。就算我們會用，在一個問題是價格貴，買不起，封裝不是dip的，不易實(shí)驗(yàn)，所以又是大材小用，很沒有必要選擇這么高級的。（2）at89s82是一款非常流行的單片機(jī)了，很適合我們的任務(wù)所需，但是他的下載電路并不是那么的簡單，再說這個是國外生產(chǎn)的，何必用呢？（3）stc89c52rc是非常值得推薦的，stc是在深圳的一家8051單片機(jī)設(shè)計生產(chǎn)公司。stc系列的單片機(jī)現(xiàn)在在中國的51單片機(jī)市場上占有較大比例。宏晶科技現(xiàn)已成長為全球最大的8051單片機(jī)設(shè)計公司，完完全全的中國制造，它是at89s52的增強(qiáng)版本，技術(shù)成熟，運(yùn)用穩(wěn)定，下載電路非常方便

9、，很適合我們選擇用3電子時鐘設(shè)計認(rèn)識（1）電子時鐘簡介電子鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示秒、分、時的計時裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械傳動裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合都用到電子時鐘。（2）電子時鐘的基本特點(diǎn) 現(xiàn)在高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機(jī)械式傳動，用led顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進(jìn)行時和分的校對，片選的靈活

10、性好。（3）電子時鐘的應(yīng)用lcd數(shù)字電子鐘除了在城市的主要營業(yè)場所、車站、碼頭等公共場所使用，還可以改裝在摩托車和汽車上，lcd顯示，帶藍(lán)色背光，白天在太陽光下也能非常清楚的看到顯示時間，關(guān)鑰匙可以關(guān)閉藍(lán)色背光，時間還能顯示也不會清零，因lcd的顯示耗電量很省的，所以一直工作也不必?fù)?dān)心耗電問題。在騎摩托車時，為了看時間，先要停下車子，取出手機(jī)，才能看時間，是否有點(diǎn)麻煩，現(xiàn)在車上改裝了一個藍(lán)色背光的液晶電子鐘后，不管白天黑夜色，隨時可以看時間，非常方便。(4)電子時鐘的工作原理一般電子鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分

11、59秒，另外應(yīng)有校時功能和報時功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。主電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點(diǎn)報時電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進(jìn)制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖。“分計數(shù)器”也采用60進(jìn)制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進(jìn)制計時器，可

12、實(shí)現(xiàn)對一天24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)用七段顯示譯碼器譯碼，通過七段顯示器顯示出來。整點(diǎn)報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報時。校時電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對調(diào)整。而該電子時鐘由89c51，button，六段數(shù)碼管等構(gòu)成，采用晶振電路作為驅(qū)動電路，由延時程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒定時，達(dá)到時分秒的計時，六十秒為一分鐘，六十分鐘為一小時，滿二十四小時為一天。而電路中唯一的一個控制鍵卻擁有多種不同的功能，按下又松開，可以實(shí)現(xiàn)屏蔽數(shù)碼管顯示的功能，達(dá)到省電的目的；直接按下不松開，則可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)分

13、鐘的累加，每按一次分鐘加一；而連續(xù)兩次按下按鍵不放松，則可實(shí)現(xiàn)小時的調(diào)節(jié)，同樣每按一次小時加一。4系統(tǒng)主要方框電腦，mp3,手機(jī)等的音頻輸入tda2822功放電路喇叭5v電源按鍵stc89c52rc下載電路溫度檢測時鐘芯片液晶顯示第二章 硬件單元電路設(shè)計與參數(shù)計算第三章 1:電源電路圖中j1為電源插座，s5為帶鎖開關(guān)，要特別主意這來個的封裝，很容易錯。利用外部電源直接提供5v直流電源接入電源接口，再通過帶鎖開關(guān)控制導(dǎo)通情況。圖中l(wèi)ed起到指示作用，當(dāng)通電時亮，電阻為限流作用一般接220 1 k，不接后果很嚴(yán)重，led只亮一下2:單片機(jī)最小系統(tǒng)電路關(guān)于最小系統(tǒng)和stc89c52rc單片機(jī)的介紹網(wǎng)

14、上有很多,非常容易搜到,這里就不累贅!這里討論幾個問題: 1：要使stc89c52rc復(fù)位需要兩個機(jī)器周期的高電平,我們用的是12m晶振，那么一個機(jī)器周期為1/12m=1us，當(dāng)s4按下時，c3迅速導(dǎo)通通電，此時9腳為高電平，松開后電容要電，起到延時的作用，t=c3*(r8+r2)=0.11s2us,足夠?yàn)閺?fù)位提供搞電平2：三點(diǎn)式電容震蕩是單片機(jī)所用到的，這里只是外面接兩個電容而已，電容要求小于47p,一般晶振不大于48m3:相對余at的單片機(jī)stc下載簡單多了，這里只是引出了四條線，分別為vcc,gnd,txd,rxd,只需四根線就可以完成下載，而卻可以通過引出的端口對板上供電。3:按鍵電路

15、按鍵電路主要是別忘了加上拉電阻，要不就不穩(wěn)定了，這里用了四個按鍵作為功能鍵，一個按鍵作為復(fù)位鍵對應(yīng)分別為：s0 功能選擇，s1 減，s2 加，s3 確認(rèn)，s4 復(fù)位。4:溫度電路溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時dallas（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的ds18b20溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得ds18b20更受歡迎。對于我們普通的電子愛好者來說，ds18b20的優(yōu)勢更是我們學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)和開發(fā)溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的不二選擇。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬您對單片機(jī)開發(fā)的思路。 ds18b20的主要特征： 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。 先

16、進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。 最高12位分辨率，精度可達(dá)土0.5攝氏度。 12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。 可選擇寄生工作方式。 檢測溫度范圍為55c +125c (67f +257f) 內(nèi)置eeprom，限溫報警功能。 64位光刻rom，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機(jī)掛接。 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。 ds18b20工作原理及應(yīng)用： ds18b20的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18b20的內(nèi)部存儲器資源。18b20共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是： rom 只讀存儲器

17、，用于存放ds18b20id編碼，其前8位是單線系列編碼（ds18b20的編碼是19h），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的crc碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。ds18b20共64位rom。ram 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，ds18b20共9個字節(jié)ram，每個字節(jié)為8位。第1、2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4個字節(jié)是用戶eeprom（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復(fù)位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個eeprom的鏡像。第6、7、8個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是內(nèi)部溫度

18、轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的crc碼。eeprom 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，ds18b20共3位eeprom，并在ram都存在鏡像，以方便用戶操作。5:時鐘電路ds1302是美國dallas公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)ram，采用spi三線接口與cpu進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和ram數(shù)據(jù)。實(shí)時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.55.5v。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方

19、式，提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。ds1302的外部引腳分配如圖1所示及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。ds1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛應(yīng)用于測量系統(tǒng)中。 1.各引腳的功能為： vcc1：主電源；vcc2：備份電源。當(dāng)vcc2vcc1+0.2v時，由vcc2向ds1302供電，當(dāng)vcc2 vcc1時，由vcc1向ds1302供電。 sclk：串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出； i/o：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線； ce：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個功能：第一，ce開始控制字訪問移位寄存器的控制

20、邏輯；其次，ce提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?:lcd1602顯示電路lcd1602可以顯示16*2=32個字符，也可以用來顯示一些漢字圖片（利用取模軟件提取），原理圖中的可調(diào)電阻是用來調(diào)節(jié)字符顯示的亮度的，調(diào)節(jié)是要有耐心，應(yīng)為用到的是精密可調(diào)電阻，這個需要轉(zhuǎn)很多圈，不容易顯示出來，注意不能跳到太亮，要不很容易燒掉液晶，下面為接口說明，一般不顯示很可能是程序的問題和可調(diào)電阻沒有調(diào)節(jié)好，至于介紹網(wǎng)上很容易找到。7:tda2822功放電路雙聲道音頻功率放大電路- tda2822概述與特點(diǎn)tda2822 是雙聲道音頻功率放大電路，適用于在袖珍式盒式放音機(jī)（walkman）、收錄機(jī)和多媒體音

21、箱中作音頻放大器。該電路的特點(diǎn)如下：電源電壓范圍寬（1.815v），電源電壓可低至1.8v 仍能工作，因此，該電路適合在低電源電壓下工作；靜態(tài)電流小,交越失真也小；適用于單聲道橋式（btl）或立體聲線路兩種工作狀態(tài)；采用雙列直插8 腳塑料封裝（dip8）。這個原理圖是按照數(shù)據(jù)手冊畫的，實(shí)物出來的效果蠻好，音質(zhì)主要與喇叭有關(guān)。存在的問題是有點(diǎn)雜音，可能需要價格帶通濾波器進(jìn)行濾波，還有就是芯片容易發(fā)熱，不能放很大的聲音，要不更加的熱，而卻雜音更加大，值得改進(jìn)。8:軟件設(shè)計流程圖開機(jī)開機(jī)畫面顯示n是否有按鍵按下y檢測那個按鍵按下減鍵功能選擇鍵復(fù)位鍵確認(rèn)鍵加減9:總原理圖10:pcb制板圖11:整體電

22、路仿真圖程序太多了,省略了.第三章 性能測試與分析1:整體測試在接通電源前，先用萬用表確認(rèn)電源正和地沒有短路，之后接通電源，如果紅色led亮了，說明電源部分沒用問題，并且lcd1602亮了藍(lán)光說明這部分電源沒事，在接通電源的時候可以聽到一點(diǎn)喇叭發(fā)出的吱吱聲，表明喇叭可以工作，接通電源后過一段時間如果所用芯片都沒有發(fā)熱，則說明電路已經(jīng)成功了一半。如果有芯片發(fā)熱，那么應(yīng)該立即停止供電。慢慢的檢查那里出問題2: 各部分電路測試（1）：首先在protues中仿真調(diào)好，在程序中要特別注意與硬件中引腳對應(yīng)上（2）：把程序燒到單片機(jī)里面，看是否lcd1602顯示出自己的名字和學(xué)號。剛開始可能不顯示，在調(diào)節(jié)可

23、調(diào)電阻后如果沒有問題會顯示出來。如果到了電阻的兩個極點(diǎn)還沒有出來，說明硬件出問題了，檢查下單片機(jī)最小系統(tǒng)，還用顯示部分的電路，肯定會有所發(fā)現(xiàn)的。（3）：在液晶可以顯示后，看上面顯示秒的數(shù)字是不是在走動，走動說明沒有問題，不走動首先檢測下電路問題，確保沒有問題后，很可能是1302部分的晶振不起振，用手按著很可能會走，那不就換一個，在這部走之后就是要確保斷電后數(shù)據(jù)會保留，這部分測試需要點(diǎn)時間，在你對好表后斷電再通電看是否這個所走的時間，如果恢復(fù)到初始設(shè)置值，那么就是紐扣電池的問題了，很可能是正負(fù)極安裝反了，接觸不良，電池電壓過低導(dǎo)致的。（4）：ds18b20的安裝和三極管的安裝類似，如果液晶上面一

24、直顯示初始的溫度，和現(xiàn)在環(huán)境的溫度相差很大，那么和可能是，數(shù)據(jù)端口的電阻不是4.7k電阻,ds18b20接反了，接觸不良。（5）：按鍵的測試比較簡單，只要你對應(yīng)的按鍵能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能就可以，不可以，那么肯定是硬件或者連接線的問題了。（6）：利用音頻將板子上面的音頻接口和電腦連接，電腦放歌，聲音開到適中，接通電源，如果喇叭發(fā)出聲音，那么這次工程訓(xùn)練已經(jīng)完成了百分之九十了，不成功，首先看看硬件上面適合出現(xiàn)問題，和數(shù)據(jù)手冊上面的參考電路對應(yīng)檢查下，看看耳機(jī)適合完全插入音頻接口中（我的出現(xiàn)的問題這個，害的我重新檢查了一遍）。這部分電路不會出現(xiàn)大問題，只要按照數(shù)據(jù)手冊上面給的參數(shù)就可以。只是音質(zhì)的問題，音質(zhì)和喇叭的關(guān)系很大，還有電容的質(zhì)量，不過自己做個100hz20khz的帶通濾波器接入，那么音質(zhì)肯定會有很大的改進(jìn)，還有喇叭的安裝方式（我在沒有安裝在盒子里面和沒有在盒子里面音質(zhì)相差蠻大的，前者