基于單片機的可調(diào)電子鐘的設計(共26頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上編號： 基礎工程設計題 目： 基于單片機設計的可調(diào)電子時鐘 院 （系）： 信息與通信學院 專 業(yè)： 微電子科學與工程 學生姓名： 盧 鏡 學 號： 指導教師： 宋保林 2016 年 1 月 6 日 摘 要本人設計的是一個以單片機STC89C52為核心部件的電子鐘，結合LCD液晶顯示屏?？梢栽谝壕辽巷@示時間和字符，并可任意調(diào)整時間。本來想用數(shù)碼管來顯示，但是想到數(shù)碼管僅能顯示數(shù)字，所以采用了液晶顯示屏。它不僅能顯示數(shù)字，還能顯示字符。它的計時周期為24小時，顯滿刻度為“23時59分59秒”。文中詳細論述了可調(diào)電子鐘設計原理、使用的各芯片的介紹，闡明了本實例所使用的設計

2、方案、詳細的電路圖以及程序。本文編寫的主導思想是軟硬件相結合，以硬件為基礎，來進行各功能模塊的編寫。本系統(tǒng)以單片機的C語言進行軟件設計，并著重介紹了所應用的各硬件接口技術和各個接口模塊的功能及工作過程,其次，詳細闡述了程序的各個模塊和實現(xiàn)過程，并且還進行了軟件仿真調(diào)試和硬件調(diào)試。關鍵詞：單片機STC89C52 ；可調(diào)電子鐘；液晶顯示；仿真目 錄摘要4結語謝辭前 言電子時鐘是現(xiàn)代電子技術在時鐘領域的具體實現(xiàn)方式。時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為我們的朋友，但隨著時間的推移，科學技術的不斷發(fā)展，人們對時間計量的精度要求越來越高，應用越來越廣。這就要求人們不斷設計出新型時鐘?，F(xiàn)今，高精度的計時工具大

3、多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子時鐘采用了石英技術，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)校，數(shù)字式電子時鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LCD顯示器代替指針顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時，分，秒顯示時間的功能，還可以進行時、分、秒的校對。電子時鐘廣泛應用于個人家庭，車站，碼頭辦公室等公共場所，成為人們常生活中不可缺少的必需品,給人們的生活帶來極大的方便 。隨著社會不斷的發(fā)展，科學技術不斷的進步，單片機的問世和飛速發(fā)展掀起了計算機工程應用的一場新革命，使計算機技術沖破了實驗室和機房的界限，廣泛地應用于工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動測試系統(tǒng)、智能儀表和接口以及各

4、類功能模塊等廣闊的領域。單片機應用系統(tǒng)已經(jīng)成為實現(xiàn)許多控制系統(tǒng)的常規(guī)性工具。我們說，單片機開辟了計算機應用的一個新時代是并不過分的。單片機的發(fā)展歷史雖然只有短短20年，但由于計算機科學和微電子集成技術的飛速發(fā)展，單片機自身也在不斷地向更高層次和更大規(guī)模發(fā)展。世界各大半導體廠商紛至沓來爭先擠入這一市場，激烈的市場競爭也促進了單片機迅速更新?lián)Q代，帶來了它們更為廣泛的應用。由于單片機應用系統(tǒng)的高可靠性，硬、軟件的高利用系數(shù)，優(yōu)異的性能價格比，使它的應用范圍由開始傳統(tǒng)的過程控制，逐步進入數(shù)值處理、數(shù)字信號處理以及圖像處理等高技術領域。我們在本次的設計中廣泛用到了單片機的應用系統(tǒng)。本文提出了一種基于ST

5、C89C52單片機的可調(diào)電子鐘設計方案，本方案以STC89C52單片機作為主控核心，按鍵、LCD液晶顯示等模塊組成硬件系統(tǒng)。在硬件系統(tǒng)中設有獨立按鍵和LCD顯示器，能顯示豐富的信息，根據(jù)使用者的需要可以隨時對時間進行校準、選擇時間等，綜上所述此電子鐘具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。第1章 設計說明 1.1 設計目的和內(nèi)容 本系統(tǒng)開機時液晶屏顯示00：O0：O0開始計時,用三個電位按鍵來實現(xiàn)對電子時鐘的調(diào)試工作，當按第一下總控鍵時進入時鐘的調(diào)整狀態(tài)，有兩個電位按鍵分別來調(diào)整時鐘的時、分、秒加一減一，它的計時周期為24

6、小時，顯滿刻度為“23時59分59秒”。本課題所研究的電子鐘是單片機控制技術的一個具體應用，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：（1）選用電子鐘芯片時，應重點考慮功能實在、使用方便、單片存儲、低功耗、抗斷電的器件。（2）根據(jù)選用的芯片設計外圍電路。（3）在硬件設計時，結構要盡量簡單實用、易于實現(xiàn)，使系統(tǒng)電路盡量簡單。（4）根據(jù)設計的硬件電路，編寫控制STC89C52芯片的單片機程序。（5）通過編程、編譯、調(diào)試，把程序下載到單片機上運行，并實現(xiàn)本設計的功能。（6）在硬件電路和軟件程序設計時，主要考慮提高人機界面的友好性，方便用戶操作等因素。（7）軟 件設計時必須要有完善的思路，要做到程序簡單，調(diào)試方便

7、。1.2 設計方案選擇單片機電子鐘的制作有多種方法，可供選擇的器件和運用的技術也有很多種。所以，系統(tǒng)的總體設計方案應在滿足系統(tǒng)功能的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所選的結構要簡單使用、易于實現(xiàn)，器件的選用著眼于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗以及低廉的成本。單片機模塊的選擇：由于STC89C52單片機片內(nèi)有8K字節(jié)的在線編程Flash存儲器，可多次擦寫，具有掉電模式，而且具有掉電狀態(tài)下的中斷恢復功能，對設計開發(fā)非常實用。所以選用STC89C52單片機作為可調(diào)電子鐘芯片的控制單片機。時鐘模塊的選擇：直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)時、分、秒計數(shù)。采用此種方案減少芯片的使用，節(jié)

8、約成本。顯示模塊的選擇：數(shù)碼管亮度高、體積小、重量輕，但其顯示信息簡單、有限，需要驅(qū)動，使用復雜，在本題目中應用受到很大的限制。液晶顯示功耗低，輕便防震。采用液晶顯示界面友好清晰，操作方便，顯示信息豐富。 按鍵模塊的選擇：為了使系統(tǒng)電路更簡單,按鍵只設計了3個,分別是 “設置” 、“+” 、“-” ,用來設置及調(diào)整系統(tǒng)的時鐘。1.3 設計總體框圖數(shù)字電子鐘設計框圖如圖1-1所示：顯示電路時鐘電路STC89C51AT按鍵電路圖1-1 系統(tǒng)總統(tǒng)框圖第2章 系統(tǒng)主要硬件設計2. 單片機主控模塊2.1.1 STC89C52芯片簡介單片機是微型機的一個主要分支，在結構上的最大特點是把CPU、存儲器、定時

9、器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。就其組成和功能而言，一塊單片機芯片就是一臺計算機。它是一種高性能、低功耗的8位CMOS微處理芯片，市場應用最多。8KB Flash ROM，可以擦除1000次以上，數(shù)據(jù)保存10年。2.1.2 封裝和引腳說明STC89C52單片機為雙列直插式（DIP）芯片,是最常用的有總線擴展引腳的DIP40封裝。如圖2-1所示。（1） .電源及時鐘引腳Vcc：接入電源Vss：接地XTAL1和XTAL2：時鐘引腳，外接晶體引線端。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此兩引腳端用于外接晶振和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。（2）.控制線引腳RST：

10、RST是復位信號輸入端。ALE/PROG：地址鎖存允許信號輸入端。在存取外存儲器時，用于鎖存低8位地址信號。當單片機正常工作后，ALE端就周期性地以時鐘振蕩頻率的1/6固定頻率向外輸出正脈沖信號。此引腳的第2功能PROG是作為編程脈沖輸入端。PSEN：程序存儲器允許輸出端。CPU從外部程序存儲器取指令時，PSEN信號會自動產(chǎn)生負脈沖，作為外部程序存儲器的選通信號。EA/Vpp：程序存儲器地址允許輸入端。當EA為高電平時，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，但當PC中的值超過0FFFH時，將自動轉向執(zhí)行片外程序存儲器指令；當EA為低電平時，CPU只執(zhí)行片外程序存儲器指令。（3） .并行I/O引腳P0.

11、0P0.7：P0口為8位雙向I/O口或地位地址/數(shù)據(jù)總線復用引腳。P1.0P1.7：P1口為8位雙向I/O口。P2.0P2.7：P2口為8位雙向I/O口或高位地址總線引腳。P3.0P3.7：P3口為8位雙向I/O口或第二功能引腳。P3口也可以作為一些特殊功能口，如表1所示。如圖2-1是單片機的功能引腳。圖2-1 是STC89C52單片機引腳封裝口管腳備選功能P3.0 RXD串行輸入口P3.1 TXD串行輸出口P3.2 /INT0外部中斷0P3.3 /INT1外部中斷1P3.4 T0記時器0外部輸入P3.5 T1記時器1外部輸入P3.6 /WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7 /RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀

12、選通表1 P3特殊功能口2.2 液晶顯示模塊液晶顯示模塊由于具有低功耗、 壽命長、 體積小、 顯示內(nèi)容豐富,價格低、 接口控制方便等優(yōu)點,因此在各類電子產(chǎn)品中被極廣泛地推廣和應用。 字符型液晶顯示模塊是一類專用于顯示字母、 數(shù)字、 符號等點陣式液晶顯示模塊。 針對目前電子鐘常采用LED作為顯示電路,造成硬件電路復雜、 功耗高、 產(chǎn)品體積龐大等特點;本系統(tǒng)設計采用字符型液晶顯示模塊1602作為顯示器件,這樣不僅簡化了電路的硬件設計,而且極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。2.2.1 LCD1602模塊簡介LCD1602可以顯示2行16個字符，具有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7，和RS、R/W、E三個控制端口，工作

13、電壓為5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)和背光設置。引腳介紹如下：第1腳：VSS為電源地，接GND。 第2腳：VDD接5V正電源。 第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10歐的電位器調(diào)整對比度。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫控制信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能信號端,當E端由

14、高電平跳變成低電平時,液晶模塊執(zhí)行命令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第15腳：BLA背光電源正極(+5V)輸入引腳。 第16腳：BLK背光電源負極，接GND。2.2.2 LCD1602的控制指令及操作流程1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令,。它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平），控制命令如表2所示。表2 11條控制指令指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置 指令2：光標復位，光標返回到地址00H 指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右

15、移。高電平表示有效，低電平則無效。 指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。 指令6：功能設置命令 DL：高電平時4位總線，低電平為8位總線 N：低電平為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。 指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置指令8：DDRAM地址設置指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此

16、時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令10：寫數(shù)據(jù) 指令11：讀數(shù)據(jù) LCD1602可以在8根I/O線上讀寫數(shù)據(jù),因此LCD的控制器接口有嚴格的通信協(xié)議來保證讀寫數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。1602字符LCD基本操作有以下四種：1.讀狀態(tài)：輸入信號：RS=0，RW=1，E=1 輸出信號：D0D7=狀態(tài)字2.讀數(shù)據(jù)：輸入信號：RS=1，RW=1，E=1輸出信號：D0D7=數(shù)據(jù)3.寫指令：輸入信號：RS=0，RW=0，E=1-0 輸出信號：D0D7=指令4.寫數(shù)據(jù)：輸入信號：RS=1，RW=0，E=1-0 輸出信號：D0D7=數(shù)據(jù)2.3時鐘電路及按鍵電路2.3.1時鐘電路時鐘是單片

17、機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。如圖2-2為內(nèi)部時鐘方式的電路圖。圖2-2 內(nèi)部時鐘方式本文用的是內(nèi)部時鐘方式（如圖2-4所示）。內(nèi)部時鐘方式只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接即可。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值為530pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率要小于12MHz，典型值為6MHz，12MHz或11.0592MHz。實際應用中一般采用外接晶振的內(nèi)接電路。

18、2.3.2按鍵電路 按鍵的開關狀態(tài)通過一定的電路轉換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應的I/O端口形成一個負脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖動持續(xù)時間的常長短與開關的機械特性有關，一般在5-10ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應采用措施消除抖動。本文采用的是獨立式按鍵，直接用I/O口線構成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。它是整個系統(tǒng)中最簡單的部分，根據(jù)功能要求，本系統(tǒng)共需三個按鍵：功能移位鍵、功能加鍵、功能減鍵（如圖2-3所示）。 P1.0口表示功能移位

19、鍵，按鍵選擇要調(diào)整的時、分秒。 P1.1口表示數(shù)字“+“鍵，按一下則對應的數(shù)字加1。 P1.2口表示數(shù)字“-”鍵，按一下則對應的數(shù)字減1。圖2-3 三個按鍵的電路圖第三章 系統(tǒng)軟件設計3.1 系統(tǒng)程序流程圖 用51單片機（STC89C52）通過程序控制來產(chǎn)生時間信號，利用P0端口使之顯示于LCD1602液晶顯示屏上，程序開始進行標識位初始化，對時鐘單元進行初始化，開始讀取時間信息，通過讀取程序，液晶顯示器顯示時間，當有按鍵按下時進行鍵值的處理，沒有按鍵按下時則程序重新讀取時間信息。系統(tǒng)程序流程圖如圖3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)程序流程圖3.2程序設計電子時鐘清單：設計電路所用的原件如圖3-2所示

20、。圖3-2 原件清單第四章 系統(tǒng)調(diào)試 一般調(diào)試都是在編寫代碼完之后用來驗證電路的準確與否，通過反復修改程序代碼來來使電路盡可能完善，但是單單依靠軟件來仿真并不能保證電路能實現(xiàn)想要的功能，因為軟件仿真并不像現(xiàn)實的一樣。所以還要依靠硬件電路來實現(xiàn)，不斷修改。4.1軟件調(diào)試部分使用ISIS和uVision4軟件來仿真，ISIS軟件是用來仿真電路圖，而uVision4用來編譯代碼和編寫代碼的。調(diào)試軟件：用軟件來調(diào)試查找編程上的錯誤，可以比較好的修改電路和程序，使得電路能盡可能完善和正確。如圖4-1為電路連接圖在Proteus的接法。圖4-1 Proteus電路原理圖而uVision4用來檢查語法和編譯

21、上的錯誤，用起來比較方便，它是和Proteus軟件相結合的，只有編譯沒有問題、正確后才能導入Proteus中得到正確的結果。如圖4-2是編譯檢查正確后的結果。圖4-2 Uvision4編寫程序其次，用Uvision4編寫程序，編譯無誤后生成HEX文件,通過在網(wǎng)上買的最小系統(tǒng)來燒錄程序，最小系統(tǒng)燒錄程序很簡單，只需插到電腦的USB接口，在網(wǎng)上下載燒錄STC系列的單片機的燒錄軟件，找到生成HEX文件，即可下載。如圖4-3為Proteus仿真出來后正確的結果。圖4-3 Proteus仿真結果4.2源代碼：#include#define uchar unsigned char #define uint

22、 unsigned intsbit lcdrs=P20; /液晶數(shù)據(jù)命令選擇端sbit lcswr=P21;/設置寫入端口sbit lcden=P22; /液晶使能端sbit s1=P10;sbit s2=P11;sbit s3=P12;uchar count,s1num;char miao,shi,fen;uchar code table= time; /第一行寫入uchar code table1= 00:00:00;/第二行寫入void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar co

23、m)lcdrs=0;lcswr=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date)lcdrs=1;lcden=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init()uchar num; lcden=0;write_com(0x38); /設置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)接口write_com(0x0c);/設置開顯示，不顯示光標write_com(0x06); /寫一個字符后的地址指針加1write_com(0x01); /顯示清零，數(shù)據(jù)指針清

24、零write_com(0x80);for(num=0;num15;num+)write_date(tablenum);delay(5);write_com(0x80+0x40);for(num=0;num12;num+)write_date(table1num);delay(5);TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;void write_sfm(uchar add,uchar date)uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+0

25、x40+add);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge);void keyscan()rd=0;if(s1=0)delay(5);if(s1=0)s1num+;while(!s1);if(s1num=1)TR0=0;write_com(0x80+0x40+10);write_com(0x0f);if(s1num=2)write_com(0x80+0x40+7);if(s1num=3)write_com(0x80+0x40+4);if(s1num=4)s1num=0;write_com(0x0c);TR0=1;if(s1num!=0)if(s2=0)de

26、lay(5);if(s2=0)while(!s2);if(s1num=1)miao+;if(miao=60)miao=0;write_sfm(10,miao);write_com(0x80+0x40+10);if(s1num=2)fen+;if(fen=60)fen=0;write_sfm(7,fen);write_com(0x80+0x40+7);if(s1num=3)shi+;if(shi=24)shi=0;write_sfm(4,shi);write_com(0x80+0x40+4);if(s3=0)delay(5);if(s3=0)while(!s3);if(s1num=1)miao-

27、;if(miao=-1)miao=59;write_sfm(10,miao);write_com(0x80+0x40+10);if(s1num=2)fen-;if(fen=-1)fen=59;write_sfm(7,fen);write_com(0x80+0x40+7);if(s1num=3)shi-;if(shi=-1)shi=24;write_sfm(4,shi);write_com(0x80+0x40+4);void main()init();while(1)keyscan();void timer0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(655

28、36-50000)%256;count+;if(count=18)count=0;miao+;if(miao=60)miao=0;fen+;if(fen=60)fen=0;shi+;if(shi=24)shi=0;write_sfm(4,shi);write_sfm(7,fen);write_sfm(10,miao);4.3硬件調(diào)試因為PCB用起來比較好看而且好連線，所以選擇用PCB來做，不過由于太久不使用DXP來做PCB了。4.3.1原理圖因為使用PCB板來焊接電路，所以還會用DXP軟件，這個軟件里面必須先畫原理圖，如圖4-1為所設計的電路在原理圖中。圖4-1 原理圖4.3.2 PCB圖在原

29、理圖編譯沒有錯誤后就可以直接導入到PCB工程中，生成設計電路的PCB圖，然后進行布線排版，調(diào)到合適的位置后可以進行自動布線，不過也可以自己布線，但是必須設計好規(guī)則。如圖4-2是布線好的PCB圖。圖4-2 PCB圖4.3.3用跳線修改電路如下：由于仿真上的電路并不像想象中的那樣，所以我在硬件電路的原理圖中并沒有給LCD1602的1、2、3、和15、16接任何東西，所以做出來后液晶屏并沒有亮，后面查閱了一下資料，發(fā)現(xiàn)了這個嚴重的問題，后面用跳線來連接了，導致電路看起來并沒有原來的那么美觀，不過液晶屏能顯示時間了。并且能調(diào)節(jié)液晶屏的亮度和背光度。在原來基礎上把1腳接地，2腳接到電源上并和滑動變阻器的一端接在一起，滑動變阻器另一端接地，3腳接在滑動變阻器的中間端，滑阻是用來調(diào)節(jié)液晶顯示屏的背