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智能电子钟
五邑大学
单片机课程设计
学院:
信息工程学院
专业:
轨道交通自动化
题目:
智能电子钟
姓名:
时凌云车广基
学号:
1107143611071401
班 级:
110714
时间:
2013.12.11
指导老师:
黄辉
成绩:
3.5DS1302时钟芯片流程图和电路原理图和pcb板图.......16
4.5总程序设计.......................22
11071436:
硬件部分:
原理图,封装,打印,钓鱼,。
软件部分:
写程序.论文部分:
目录中四,五。
11071401:
硬件部分:
打孔,焊接,软件部分:
调试仿真。
论文部分:
目录中一,二,三。
一引言
1.1研究的背景和意义
单片机自20世纪70年代问世以来,以其极高的性能价格比,受到人们的重视和关注,应用很广、发展很快。
单片机具有体积小、功能多、价格低廉、使用方便、系统设计灵活等优点。
因此,它应用广泛前景美好,它的实用性大大地提高了我对毕业设计的兴趣。
在我国,单片机的开发应用已有15年左右,已经形成一支庞大的技术开发队伍,为我国单片机应用积累了丰富的经验。
随着电子技术、计算机芯片技术和微电子技术的飞速发展促进了单片机技术一日千里的变化。
随着半导体技术的飞速发展,以及移动通信、网络技术、多媒体技术在嵌入式系统设计中的应用,单片机从4位、8位、16位到32位,其发展历程一直受到广大电子爱好者的极大关注。
单片机功能越来越强大,价格却不断下降的优势无疑成为嵌入式系统方案设计的首选,同时单片机应用领域的扩大也使得更多人加入到基于单片机系统的开发行列中,推动着单片机技术的创新进步。
然而传统的单片机系统开发除了需要购置诸如仿真器、编程器、示波器等价格不菲的电子设备外,开发过程也较繁琐。
来自英国LabcenterElectronics公司的Proteus软件很好地诠释了利用现代EDA工具方便快捷开发单片机系统的优势。
它包括PROTEUSVSM(VirtualSystemModelling)、PROTEUSPCBDESIGN两大组成部分,在PC机上就能实现原理图电路设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证以及形成PCB文件的完整嵌入式系统设计与研发过程。
单片机系统作为一种典型的嵌入式系统,其系统设计包括硬件电路设计和软件编程设计两个方面,其调试过程一般分为软件调试、硬件测试、系统调试3个过程。
如果采用单片机系统的虚拟仿真软件——Proteus,则不用制作具体的电路板也能够完成以上工作。
数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒,数字显示的计时装置,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表的报时功能。
数字钟已成为人们日常生活中的必需品,广泛应用于家庭、车站、码头、剧院、办公室等场所,给人们的生活、学习、工作带来极大的方便。
不仅如此,在现代化的进程中,也离不开电子钟的相关功能和原理,比如机械手的控制、家务的自动化、定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。
而且是控制的核心部分。
因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。
电子钟在工业控制和日常生活中是很重要的,它不仅可以用于计时、提醒又可用于对机器的控制,在自动化的过程中必然有电子钟的参与,因此电子钟的应用会越来越广泛。
而且向着精确、低功耗、多功能发展。
基于单片机设计的数字钟精确度较高,因为在程序的执行过程中,任何指令都不影响定时器的正常计数,即便程序很长也不会影响中断的时间。
从而,使数字钟的精度仅仅取决于单片机的产生机器周期电路和定时器硬件电路的精确度。
另外,程序较为简洁,具有可靠性和较好的可读性。
如果我们想将它应用于实时控制之中,只要对上述程序和硬件电路稍加修改,便可以得到实时控制的实用系统,从而应用到实际工作与生产中去。
数字电子钟的设计方法有多种,例如,可用中小规模集成电路组成电子钟,也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟还可以利用单片机来实现电子钟等等。
这些方法都各有特点,其中,利用单片机实现的电子钟具有编程灵活,便于功能扩充,精确度高等特点。
所以利用单片机为控制核心制作智能电子时钟具有重要的意义和有广泛的应用空间。
1.2本论文所做的主要工作
本题目研究的内容是以AT89C51单片机芯片为核心,设计一个智能电子钟,该电子钟可以显示小时、分钟、秒,可以整点提醒,使用按键开关可实现时、分调整,秒表/时钟功能转换,以及定时设定功能。
对于每个时间段都有不同的任务,其具体要实现上述功能的任务的步骤如下:
(1)熟悉硬件,了解各引脚的功能,分块设计各部分电路;
(2)分块的电路组合,完成整体电路图;
(3)认真学习51单片机汇编语言,确定编程结构和思路,编辑各个程序模块,综合各程序完成整体程序;
(4)进行调试程序,进行修改,用Proteus画出电路图,画出仿真图进行仿真;
(5)对仿真中出现的问题进行修改,系统设计的实现。
二系统的方案设计
2.1设计要求
本题目研究的内容是以AT89C51单片机芯片为核心,设计一个智能电子钟,该电子钟可以显示小时、分钟、秒,可以整点提醒,使用按键开关可实现时、分调整,秒表/时钟功能转换,以及定时设定功能。
具体技术要求如下:
(1)以AT89C51单片机为核心器件,设计智能电子钟电路;
(2)完成软件编程设计,实现时间显示,整点提醒,时、分调整,秒表/时钟功能转换,以及定时设定功能的功能。
(3)完成软硬件的联合调试与测试;
2.2整体设计方案
2.2.1系统结构
此次设计主要是应用AT89C51单片机来设计电子时钟,硬件部分主要分以下电路模块:
显示电路用六个数码管分别显示小时(年份)、分钟(月份)和秒(日),键盘部分是3x4组成的键盘矩阵;整点提示部分由蜂鸣器和8位发光二极管组成。
单片机采用AT89C51单片机,这种单片机应用简单,适合电子钟设计。
电路的总体设计框架如图2-1:
图2-1整体设计方案图
本次设计主要是以AT89C51单片机为控制核心来实现电子钟的各种功能,其中的外部接口有三个部分,可分为输入部分、外部晶振、还有输出部分。
这三个部分和单片机组成一个整体;外部晶振是与单片机内部的时钟电路部分相联系的,可以不用过多的关心;输入部分主要是有三组开关按键组成,输出部分有LCD显示管和一个小蜂鸣器组成,其中可以通过对按键的操作对时间的显示、切换、调整进行控制,还可以对闹铃进行设置,如果时间到达所设置的闹铃时间时,闹铃就会发出“滴滴”的响声;
三系统的硬件设计与实现
3.1主处理模块
单片机是一种超大规模集成电路,在该集成电路内有成千上万个晶体管或场效应管,因此,要单片机正常运行,就必须为其提供能量,即为片内的晶体管或场效应管供给电源,使其能工作在相应的状态。
与任何微处理器一样,51单片机的运作是有节奏的,因此,就需要一个节拍发生器——时钟,以控制CPU的运行速度,步进执行各种操作。
其最大时钟速变为4MHz。
降低时钟频率,可节省能源,并使其执行速度减慢,当时钟频率为30kHz时只耗电01mA。
51单片机最常用的时钟信号由外部振荡电路产生。
51单片机的内部时钟电路,再从外部接上确定时钟频率的元件,即电阻R和电容C。
三种不同阻值的电阻,它们和100pF的电容配用,可产生15MHz、600kHz或100kHz三种不同的时钟频率。
利用片内振荡电路,但外接石英晶体,因而能产生更精确、更稳定的时钟信号,但石英晶体通常比电阻、电容贵,若利用电视机上常用的晶体(如358MHz晶体),则价格仍较低廉。
单片机的引脚结构如图3-1:
图3-1AT89C51单片机的引脚图
如图为AT89C51单片机的接脚图,PDIP是指一般最常见的DIP(DualInLinePackage)包装,而AT89C51单片机也有PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)与QFP(QuadFlatPackage)两种形式的包装,依照不同的需求,寻找不同的包装形式。
如图所示,每根接脚都有其特定功能,例如Pin11与Pin32(VDD)为正电源接脚,Pin12与Pin31(VSS)为地线接脚;而有些接脚有两种甚至三种以上功能,例如Pin2(RA0/AN0)代表PORTA的第一支接脚,在系统重置(Reset)后,可自动成为模拟输入接脚,接收模拟讯号,也可经由程序规划为数字输出输入接脚。
单片机振荡电路与整体系统工作速度有直接的关系,例如同步∕异步串行传输、定时器等,都与振荡频率有关,不同系列单片机有不同振荡频率,根据产品资料手册,AT89C51单片机的振荡频率最高可到20MHz;在图3-1中,振荡电路接于Pin13(OSC1/CLKIN)与Pin14(OSC2/CLKOUT),而振荡电路有以下四种形式:
LP:
使用低功率振荡晶体(LowPowerCrystal)
XT:
使用振荡器∕谐振器(Crystal/Resonator)
HS:
使用高速振荡器(HighSpeedCrystal/Resonator)
RC:
使用电阻∕电容(Resister/Capacitor)
一般常用振荡晶体或是谐振器作为单片机振荡源,外接电路及AT89C51内部电路说明如图3-2所示。
图3-2振荡源电路图
3.2按键模块
在电子钟的输入部分,设置相应的置数功能,通过外部设备的输入,如按键,实现时间的修改。
除此之外,调整闹铃、定时、日期时也需要按键进行输入。
在选用输入端口时,将RB引脚与按键相连进行输入。
通过对RB口的设计,能够实现时间的切换、调整、闹钟的设定。
另外还能对其他功能的扩展。
其设计图如图3-3所示:
按键组1按键组2案件组3
图3-2按键电路图
该电路是3x4按钮组成的电路,分为三组,最左边的一竖按键是调时间的按键,中间的一竖组按键是调整闹钟时间的按键,最右边的按键组是切换时间和日期,并能调节日期。
这三组按键通过各自的相互配合就能过实现本设计所要求的功能,即可以显示小时、分钟、秒,可以整点提醒,使用按键开关可实现时、分调整,秒表/时钟功能转换,以及定时设定功能。
3.31062LCD液晶显示模块
该设计均采用单片机自身的定时器资源,时钟模块利用单片机自身的定时器0实现对时间的精确定时严格按照逢60s进1min,逢60min进1h,逢24h进1d用星期对应英文字母的前三个字母在1062LCD显示屏上显示,以代表星期,星期逢7进1,循环进位根据每个月的天数的不同(135781012月份每个月31天,46911月份每个月30天,闰年2月份为29天,平年2月份为28天),按以上进制规则对软件部分进行了精心设计,对每个月份进行判断后再根据每个月的天数进行月份的进位,逢12个月进1年此设计严格按照以上时间的进制规则进行,实现了时钟以及日期正确无误的运行由于单片机定时资源的局限性,时钟还存在一定的误差(在允许范围内),但通过修改定时器0的初始值,可将误差控制到最小(24小时误差小于2秒)除此之外。
3.3.1LCD显示器接口及显示方式
LCD由若干个5×7或5×10点阵组成,每个点阵用来显示一个字符,专门用来显示字母、数字、符号等,常用在各种单片机系统中。
LCD是一块液晶板上排列了多行或多列矩阵形式的晶格点,现常
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