基于单片机的数码管电子时钟.docx
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基于单片机的数码管电子时钟
目录
第1章概述1
1.1课题研究的相关背景1
1.2选题的目的和意义1
1.3课题研究的方案2
第2章单片机简介3
2.1单片机概述3
2.2单片机的应用领域4
2.3单片机的发展趋势5
2.4AT89S51的功能及简介6
第3章数码管电子时钟硬件系统设计11
3.1系统整体方案设计11
3.2系统硬件组成11
3.3模块设计12
第4章原理图及PCB图19
4.1原理图:
19
4.2PCB图:
19
第5章总结21
5.1物品清单:
21
5.2设计总结:
21
参考文献23
致谢24
附录125
附录226
第1章概述
1.1课题研究的相关背景
水是自然资源的重要组成部分,是所有生物的结构组成和生命活动的主要物质基础。
从全球范围讲,水是连接所有生态系统的纽带,自然生态系统既能控制水的流动又能不断促使水的净化和循环。
因此水在自然环境中,对于生物和人类的生存来说具有决定性的意义。
而对人体而言的生理功能是多方面,体内发生的一切化学反应都是在介质水中进行的,没有水,养料不能被吸收;氧气不能运到所需部位;养料和激素也不能到达它的作用部位;废物不能排除,新陈代谢将停止,人将死亡。
因此,水对人的生命是最重要的物质。
在地球上,哪里有水,哪里就有生命。
一切生命活动都是起源于水的。
在现代工业中,没有一个工业部门是不用水的。
也没有一项工业不和水直接或间接发生关系。
更多的工业是利用水来冷却设备或产品,例如钢铁厂等。
水还常常用来作为洗涤剂,如漂洗原料或产品,清洗设备或地面,每个工厂都要利用水的各种作用来维护正常生产,几乎每一个生产环节都有水的参与。
所以,水作为大自然赋予人类的宝贵财富,早就被人们关注。
但是人们经常使用“水资源”一词,却是近一二十年的事。
关于水资源的定义,有几十种之多,较普遍的说法是指“可以供人们经常取用、逐年可以恢复的水量”。
也就是通常所指的淡水资源。
这样,苦咸的的海水就不算在内,连千年难化的冰川、不易取用的一部分地下水也排除在外了。
水资源的价值在于,水资源地球生命的需求、为人类服务包括水所具有的发电、航运、养殖、环境等方面的能力。
我们都知道,水在自然环境和社会环境中,都是极为重要而活跃的因素。
而就中国的水资源而言已经开始减少了:
中国水资源初步估算为27115亿立方米,河流山川多年平均径流相当于世界径流总量的5.8%,而人均资源占有量很低。
人均只有2200立方米,仅为世界平均水平的1/4,在世界上名列121位,是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。
本设计主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现盆栽自动浇灌的方法,本设计由单片机AT89S51芯片和LCD1602液晶显示器为核心,辅以必要的电路,构成了一个单片机盆栽自动浇灌。
1.2选题的目的和意义
巩固、加深和扩大单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。
培养针对课题需要,选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力,提高组成系统、编程、调试的动手能力。
本课题的意义在于它既节省了成本,又简单和精确能实现预期功能。
既可实现自动手动控制切换,又可手动调节湿度,还可以在农业的发展中起到作用。
对于厂商,它具有设备成本低、可维护性强、可靠性高等独特优势;对于农民,也有很大的吸引力,它能减少农民劳作强度,增加产量。
本次设计注重对单片机工作原理以及对盆栽土壤湿度的智能检测控制原理和湿度传感器的理解,以便今后自己在单片机领域的学习和开发打下基础,提高自己的动手能力和设计能力,培养创新能力,丰富自己的理论知识,做到理论和实践相结合。
本次设计的重要意义还在于对单片机的内部结构和工作状态做更进一步的了解,此次设计更进一步了解基本电路的设计流程,提高自己的设计理念,丰富自己的理论知识,巩固所学知识,使自己的动手动脑能力有更进一步提高,为自己今后的学习和工作打好基础,为自己的专业技能打好基础。
1.3课题主要研究现状
人类的生存和社会活动与湿度密切相关。
随着现代化的实现,很难找出一个与湿度无关的领域来。
由于应用领域不同,对湿度传感器的技术要求也不同。
湿敏元件是最简单的湿度传感器。
湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。
湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜,当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电阻值都发生变化,利用这一特性即可测量湿度。
湿敏电阻的种类很多,例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。
湿敏电阻的优点是灵敏度高,主要缺点是线性度和产品的互换性差。
湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。
当环境湿度发生改变时,湿敏电容的介电常数发生变化,使其电容量也发生变化,其电容变化量与相对湿度成正比。
湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化,其精度一般比湿敏电阻要低一些。
国外生产湿敏电容的主厂家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。
以Humirel公司生产的SH1100型湿敏电容为例,其测量范围是(1%~99%)RH,在55%RH时的电容量为180pF(典型值)。
当相对湿度从0变化到100%时,电容量的变化范围是163pF~202pF。
温度系数为0.04pF/℃,湿度滞后量为±1.5%,响应时间为5s。
除电阻式、电容式湿敏元件之外,还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件(利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率)、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。
湿敏元件的线性度及抗污染性差,在检测环境湿度时,湿敏元件要长期暴露在待测环境中,很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。
在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门,经常需要对环境湿度进行测量及控制。
但在常规的环境参数中,湿度是最难准确测量的一个参数。
用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法,早已无法满足现代科技发展的需要。
这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多,温度是个独立的被测量,而湿度却受其他因素(大气压强、温度)的影响。
此外,湿度的标准也是一个难题。
国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。
近年来,国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。
湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展,为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件,也将湿度测量技术提高到新的水平。
1.3.2数码管显示方案
方案一:
静态显示。
所谓静态显示,就是当显示器显示某一字符时,相应的发光二极管恒定的导通或截止。
该方式每一位都需要一个8位输出口控制。
静态显示时较小的电流能获得较高的亮度,且字符不闪烁。
但当所显示的位数较多时,静态显示所需的I/O口太多,造成了资源的浪费[9]。
方案二:
动态显示。
所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位,对于显示器的每一位来说,每隔一段时间点亮一次。
利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示,但必须保证扫描速度足够快。
显示器的亮度既与导通电流有关,也于点亮时间与间隔时间的比例有关。
调整参数可以实现较高稳定度的显示。
动态显示节省了I/O口,降低了能耗。
从节省I/O口和降低能耗出发,本设计采用方案二[9]。
第2章单片机简介
2.1单片机概述
单片机诞生于加世纪70年代,象Fairchild公司研制的F8单片微型计算机。
所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(CenterProcessingUnit,也即常称的CPU和数据存储器(RAM),程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上,构成一个最小的计算机系统,而现代的单片机则加上了中断单元,定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路,使得单片机的功能越来越强大,应用更广泛。
20世纪70年代,微电子技术正处于发展阶段,集成电路属于中规模发展时期,各种新材料新工艺尚未成熟,单片机仍处在初级的发展阶段,元件集成规模还比较小,功能比较简单,一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上,象Fairchild公司就属于这一类型,它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。
类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。
1982年以后,16位单片机问世,代表产品是创INTEL公司的MCS-96系列,16位单片机比起8位机,数据宽度增加了一倍,实时处理能力更强,主频更高,集成度达到了12万只晶体管,RAM增加到了232字节,ROM则达到了8KB,并且有8个中断源,同时配置了多路的A/D转换通道,高速的I/O处理单元,适用于更复杂的控制系统。
九十年代以后,单片机获得了飞速的发展,世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。
美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列单片机,引起了业界的广泛关注,特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户,使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来。
PIC单片机获得了快速的发展,在业界中占有一席之地。
1990年美国INTEL公司推出了80960超级32位单片机引起了计算机界的轰动,产品相继投放市场,成为单片机发展史上又一个重要的里程碑。
此期间,单片机园地里,单片机品种异彩纷呈,争奇斗艳。
有8位、16位甚至32位机,但8位单片机仍以它的价格低廉、品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占着主导地位。
而INTEL公司凭着他们雄厚的技术,性能优秀的机型和良好的基础,目前仍是单片机的主流产品。
只不过是九十年代中期,INTEL公司忙着开发他们个人电脑微处理器,已没有足够的精力继续发展自己创导的单片机技术,而由PHILIPS等公司继续发展S5l系列单片机。
单片机是一种集成电路芯片,采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算,逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU),随机存取数据存储器(RAM),只读程序存储器(ROM),输入输出电路(I/O),可能还包括定时计数器,串行通信口(SCI),显示驱动电路(LCD或LED驱动电路),脉宽调制电路(PWM),模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上,构成一个最小然而完善的计算机系统。
这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务[4]。
由此来看,单片机有着微处理器所不具备的功能,它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能,这是单片机最大的特征。
然而单片机又不同于单板机,芯片在没有开发前,它只是具备功能极强的超大规模集成电路,如果赋予它特定的程序,它便是一个最小的、完整的微型计算机控制系统,它与单板机或个人电脑(PC机)有着本质的区别,单片机的应用属于芯片级应用,需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术,用这样特定的芯片设计应用程序,从而使该芯片具备特定的功能。
不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征,即它们的技术特征均不尽相同,硬件特征取决于单片机芯片的内部结构,用户要使用某种单片机,必须了解该型产品是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标。
这里的技术特征包括功能特性、控制特性和电气特性等等,这些信息需要从生产厂商的技术手册中得到。
软件特征是指指令系统特性和开发支持环境,指令特性即我们熟悉的单片机的寻址方式,数据处理和逻辑处理方式,输入输出特性及对电源的要求等等。
开发支持的环境包括指令的兼容及可移植性,支持软件包含可支持开发应用程序的软件资源及硬件资源。
要利用某型号单片机开发自己的应用系统,掌握其结构特征和技术特征是必须的[6]。
单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统,可以软件控制来实现,并能够实现智能化,现在单片机控制范畴无所不在,例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等
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