多功能数字电子表总结报告.docx
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多功能数字电子表总结报告
电子技术综合设计
总结报告
设计题目:
多功能电子表
组长姓名:
王家琪学号:
16115746
专业与班级:
孙越崎学院越崎专业11级-3班
姓名:
李建学号:
16115806
专业与班级:
孙越崎学院越崎专业11级-3班
姓名:
董向辉学号:
09114090
专业与班级:
孙越崎学院越崎专业11级-1班
时间:
2013~2014学年第
(1)学期
指导教师:
成绩:
日期:
2013.12.17
一、设计任务与要求:
设计任务:
多功能数字电子表
基本要求:
计时功能:
显示时、分、秒,定闹功能,秒表功能,倒计时功能。
提高要求:
增加“语音报时”功能,增加“电子日历”功能。
二、方案比较
方案一:
按照系统设计的功能的要求,初步确定系统由主控模块、时钟模块、显示模块各键盘接口模块、功能指示模块共5个模块组成,电路系统构成框图如图1所示。
主控芯片使用52系列STC89C52RC单片机,时钟芯片使用美国DALLAS公司推出的一款高性能、低功耗、带RAM的实时时钟DS1302。
采用DS1302作为计时芯片,可以做到计时准确。
更重要的是,DS1302可以在很小电流的后备电源(2.5V--5.5V电源,在2。
5V时耗电小于300nA)下继续计时,而且DS1302可以编程选择多种充电电流来对后备电源进行慢速充电,可以保证后备电源基本功不耗电。
显示模块采用普通的共阳LED数码管,键输入采用查询法实现功能调整。
方案二:
按照系统设计的要求和功能,将系统分为主控模块、时钟电路模块、按键扫描模块,LCD显示模块,电源电路、复位电路、晶振电路几个模块,系统框图如图2所示。
主控模块采用STC89C52RC单片机,按键模块用四个按键,用于调整时间和设定闹钟,显示模块采用LCD1602,时钟电路模块采用DS1302实时时钟实现对时间,日期的操作。
方案三:
按照系统设计的要求和功能,将系统分为主控制器模块、显示模块、按键开
关模块、蜂鸣器电路模块。
系统框图如图3所示,主控制模块采用STC89C52RC
单片机为控制中心,显示模块采用液晶LCD1602显示,计时使用STC89C52RC单
片机自带的定时器功能,实现对时间、日期的操作,通过按键盘开关实现对时间、
日期的调整。
图3基于STC89C52RC单片机的数字钟总体设计框图
方案选择:
上面提到的三个方案中,在电路原理方面大致相同,都能够达到设计任务与要求,在方案一款方案二中使用外部的时钟芯片DS1302来实现日期和时间的操作,方案三中则利用了单片机自身的定时器功能;方案二和方案三在显示模块上都使用液晶显示屏LCD1602作为显示,方案一则使用LED数码管作为显示,采用LED数码管动态扫描,数码管的价格适中,对于显示数字较好,而且使用单片机的端口也较少;采用LCD1602液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可以显示大量文字、图形,显示多样性,清晰可见,价格相对LED数码管贵得多,为控制成本,此处选择普通LED数码管。
DS1302是一款高性能的实时时钟芯片,以计时准确、接口简单、使用方便、工作电压范围宽和低功耗等优点,得到广泛的应用,同时可以对秒、时、分、日、月、年以及润年补偿的年进行计数,而且在掉电时能够在外部纽扣电池的供电下继续工作,不会因为掉电后,其时间就要重新设置,方案三中使用定时器的功能,当在掉电的时候就会使时间和日期回到原来设定的初始值,同时直接采用单片机定时计数提供秒信号,使用程序实现年时间和日期,采用此种方案,节约成本,但是实现的时间误差较大,所以不采用这种方案。
综合上述三个方案,我们最终决定各取所长,采用STC89C52RC作为主控制系统,DS1302提供时钟,为控制成本,我们选用普通LED数码管作为显示模块。
三、硬件单元电路设计
1.主控制系统
单片机中央处理系统的方案设计,我们选用具有STC公司的STC89C52单片机作为中央处理器,如图4所示。
该单片机除了拥有MCS-51系列单片机的所有优点外,内部还具有8K的在系统可编程FLASH存储器,低功耗的空闲和掉电模式,极大的降低了电路的功耗,还包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件,其硬件能符合整个控制系统的要求,不需要外接其他存储器芯片和定时器件,方便地构成一个最小系统。
整个系统结构紧凑,抗干扰能力强,性价比高。
是比较合适的方案。
图4STC89C52RC主控制系统
2、时钟振荡电路
时钟振荡电路图5所示,时钟振荡电路用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号,电路由两个30pF的瓷片电容和一个20MHz的晶振组成,并接入到单片机的XTAL1和XTAL2引脚处,使单片机工作于内部振荡模式。
此电路在加电后延迟大约10ms振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。
电路中两个电容C1、C2的作用使电路快速起振,提高电路的运行速度,对于STC89C52RC其工作频率为0至33MHz,在这个范围内单片机能够正常的工作。
图5STC89C52RC时钟振荡电路
3、复位电路
复位电路由电阻和极性电容组成,如图6所示,通过高电平使单片机复位,在时钟电路开始工作后,当高电平的时间超过大约2us时,即可实现复位。
此复位电路同时具备了上电复位和手动复位的功能,上电复位发生在开机加电时,由系统自动完成,手动复位通过一个按键来实现,在程序运行时,若遇到死机,死循环或程序“跑飞”等情况,通过手动复位就可以实现重新启动的操作。
手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。
一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮和一个电阻,如图所示,当人为按下按钮时,则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端,由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒,所以,完全能够满足复位的时间要求。
上电复位的工作过程是在加电时,复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号,此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落,即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间,由图可知充电时间为:
T=2.3RC=2.3*10*10-6*5.1*103=0.1173s,保证系统能够可靠地复位。
图6手动复位电路
4、DS1302时钟电路
时钟电路主要由时钟芯片DS1302、晶振等几部分组成,如图7所示。
DS1302采用3线串行接口,占用引脚少,内部集成了可编程日历时钟,用户可以根据需要通过单片机的控制来自行设置,支持双电源供电,可以使用外部主电源和备用电源,备份电源能够使时钟芯片继续工作,但因为空间问题没有采用备用电源。
图7DS1302时钟电路
5、按键电路
按键电路由5个轻触开关组成,如图8所示。
按键用来调整时间和设定闹钟,
以及功能选择,其一端直接接到单片机的端口,另一端接地,当按下按键时,相
应的端口变为低电平,通过检测这一低电平就可以判断是哪个键按下,从而作相
应的操作。
图8按键电路
6、显示电路
显示电路采用数码管显示,如图9所示。
图9LED数码管接口电路
7、蜂鸣器电路
蜂鸣器电路由一个220欧的电阻,三极管8550,及蜂鸣器组成,如图10所示。
通过控制三极管的导通和截止来实现蜂鸣器的响与不响。
图10蜂鸣器电路
8、元件清单
表1基于STC89C52RC单片机的数字钟元件清单
规格名称数量组件
------------------------------------------------------------------------------
3MM_110D1,D2,D3,D4,D5,DS1,DS2,DS3,J1
10uFBCY-W2/D3.11C3
12MXTAL_DIP1X1
1KAXIAL-0.48R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R19
30PRAD-0.12C1,C2
32.768KXTAL41X2
3VCR2032new1BT1
4.7KAXIAL-0.47R9,R10,R11,R12,R13,R14,R15
AT89S5*/STC89C5*DIP-401U1
BELL蜂鸣器1BEEP
DS1302zcvzP8C1U3
K1SWHAHA-duplicate1K1
K2SWHAHA-duplicate1K2
K3SWHAHA-duplicate1K3
K4SWHAHA-duplicate1K4
K5SWHAHA-duplicate1K5
POWERPOWER-3A1POWER
S8550三极管7Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7
四、程序软件设计
1.程序流程图
图11主程序流程图
图12按键处理流程图
2.程序附后
五、系统仿真与测试
用PROTUES软件,根据数字电子钟的原理图,画出仿真图,得到的图如下所示。
图13电子钟的PROTES仿真
仿真与软件测试成功,接下来我们便开始购买电焊笔、元器件并自行焊接,由于条件有限,我们委托网上某家电子元件商根据我们提供的pcb图制板。
六、实物制作与调试
1.制作过程
图14实物完成图(正面)
图15实物完成图(背面)
在拿到电路板后,我们首先检查加工质量,并确保没有任何方面的错误,如短路和断路,尤其要避免电源短路;并且在安装前逐一检查元器件,用万用表测其数值,看是否与所用相同,在检查发现元器件一切正常后我们开始焊接。
在焊接中,由于我们委托制作的pcb板尺寸较小,我们遇到了很多麻烦,如虚焊,焊点空间太小造成的短路等等,这些问题的确令我们头疼。
再耐心的考验下,好在最终了完成焊接。
焊接完成后,我们先空载上电(芯片座上不插芯片),并检查各引脚的电位是否正确。
在确定若一切正常后,方在断电的情况下将芯片插入,并再次检查各引脚的电位及其逻辑关系。
2.成品上电测试(具体功能详见说明书)
在一切检查确认无误,激动人心的时刻终于到来,这也是检验我们一切努力的最终一刻。
图16电子钟上电走时图(时间显示13/12/1612:
06:
47)
走时功能完美实现,但在接下来的调试中,我们发现闹钟功能可以设置,但蜂鸣器不响,经过一系列排查,我们认为蜂鸣器在焊接过程中出现了损坏,而取下已焊好的蜂鸣器费时费力,我们最终决定不更换蜂鸣器,非常令人遗憾,不过,制作过程令我们受益匪浅。
七、总结
此次电子设计历时半个月完成,虽然方案简单,但在真正完成后我们还是觉得如释重负。
经历了选题时的犹豫不决;方案选择时的精挑细选;程序编写,软件仿真中层出不穷的问题,错误;电路板焊接时我们轮流焊接,其中两人的手上还烫了好几个水泡。
。
。
。
。
。
凡此种种,都令我们影响深刻,所以,在真正做完本次设计的时候,我们丝毫不觉得自己的作品有多么简陋,反而觉得敝帚自珍,当成一件宝贝珍藏着。
当然,除了感情收获,友谊收获以外。
在本次电子设计中,我们深刻体会到了工科在于实践的真理。
有好几次,我们明明觉得自己的想法和教科书中完全一致,按理说不应有差错,但是在仿真及实物制作中,就是出不来我们想要的结果。
事后才发现理论没有错误,出错的是接线,编程时的格式问题,焊接中出现了虚焊,焊点偏移等等。
本次的设计对于我们的理论基础也是一次考验,让我们又重新拿起书本,复习了一遍过去学过的内容,如模电、数电、电路、信号等等,我们也发现自己许多不足的地方,深深后悔过去在听课时没有认真,一个知识点的遗漏在实践中就是一整个模块的错误。
最后,我们要感谢老师给了我们一个自己动手实践的机会,虽然我们完成的不是很好,但我们觉得这次难得的经历确确实实让我们受益匪浅,再次感谢老师的谆谆教导,辛勤耕耘。
附录:
源程序
HOU_SBITP2.0;第一个数码管
HOU_GBITP2.1;第二个数码管
MIN_SBITP2.2;第三个数码管
MIN_GBITP2.3;第四个数码管
SEC_SBITP2.4;第五个数码管
SEC_GBITP2.5;第六个数码管
T_RSTBITP0.3
T_CLKBITP0.4
T_IOBITP0.5
DAYEQU39H;日期
MONTHEQU3AH;月份
YEAREQU3BH;年份
SECONDEQU30H;秒
MINUTEEQU31H;分
HOUREQU32H;时
TIM_1EQU33H;
TIM_2EQU34H;
ORG0000H
LJMPCHUSHI
ORG000BH
LJMPTIMER0
ORG30H
CHUSHI:
;初始化
CLRT_RST
CLRT_CLK
MOVSP,#60H
MOVSECOND,#0;
MOVMINUTE,#0;
MOVHOUR,#0;时间的初值为000000
MOVDAY,#1;
MOVMONTH,#1;
MOVYEAR,#1;日期的初值为010101
SETBHOU_S;
SETBHOU_G;
SETBMIN_S;
SETBMIN_G;
SETBSEC_S;
SETBSEC_G;初始状态为1,都不显示
MOVR0,#0;
MOVR1,#12;闹铃初始化
MOVR3,#0;
MOVR4,#1;存储定时时间,点击定时开始后,从所存时间开始倒计时
MOVR5,#0;
MOVR6,#0;设定定时时间所用寄存器
MOV38H,#12;
MOV37H,#0;存储所定闹铃,以便判断是否闹铃时间到
CLRP0.7;
MOVTIM_1,#10;执行完后经历0.5秒
MOVTIM_2,#2;执行完后经历1秒
LCALLSETDS1302
LCALLGET1302
LCALLDISPLAY
MOVE40H,#25
ANLTMOD,#0F0H
ORLTMOD,#01H;定时器0为模式1
MOVTH0,#03CH
MOVTL0,#0B0H;装入初值
SETBET0;
SETBTR0;
SETBEA;允许中断
LP1:
JBCTF0,LP2
SJMPLP1
LP2:
MOVTH0,#03CH
MOVTL0,#0B0H
LCALLDISPLAY
DJNZ40H,LP1
LCALLGET1302
MOV40H,#25
SJMPLP1
MAIN:
JNBP3.0,DATETZ;按下0键时,显示日期并可对日期进行调整
JNBP3.1,ZSTZ1;按下1键时,显示时间,并可调时
JNBP3.2,NLTZ1;按下2键进行闹铃设置
JNBP3.3,DSTZ;按下3键进行定时设置
ACALLDISP;调用显示程序
FMQPD:
;判断定时是否到零、闹铃时间是否已到
MOVA,HOUR;
SUBBA,38H;
JZFEN;判断时是否到闹铃所定时间,若到,则对分进行判断,若不到,则对定时进行判断
AJMPDSPDKQ
FEN:
MOVA,MINUTE;
SUBBA,37H;
JZSHENGYIN1;时和分都到闹铃时间则蜂鸣器响
DSPDKQ:
;判断是否应该进行定时时间的判断
MOVA,3CH;3CH是引入的判断因子,当其为0时不对定时时间是否到0进行判断,从而不开启蜂鸣器
JNZDSPD2;当3CH不是0时,跳转到定时判断程序
AJMPMAIN
DSPD2:
MOVA,R4;
JZS_PD;
AJMPMAIN;
S_PD:
MOVA,R3;
JZSHENGYIN1;
AJMPMAIN;
DSTZ:
AJMPDSTZ1;
DATETZ:
AJMPDATETZ1;
SHENGYIN1:
MOV3CH,#1
SETBP0.7
AJMPMAIN
ZSTZ1:
MOV35H,#60;
MOV36H,#10;
ZSTZ2:
ACALLDISP;
DJNZ35H,ZSTZ2;
JNBP3.0,DATETZ;按下0键时,显示日期并可对日期进行调整
JNBP3.1,ZSTZ1;按下1键时,显示时间,并可调时
JNBP3.2,NLTZ1;按下2键进行闹铃设置
JNBP3.3,DSTZ;按下3键进行定时设置
JNBP3.4,H_T;
JNBP3.5,M_T;
DJNZ36H,ZSTZ2;
AJMPMAIN;
H_T:
ACALLDISP;
INCHOUR;
MOVA,HOUR;
CJNEA,#24,ZSTZ1;
MOVHOUR,#0;
AJMPZSTZ1;
M_T:
ACALLDISP;
INCMINUTE;
MOVA,MINUTE;
CJNEA,#60,ZSTZ1;
MOVMINUTE,#0;
AJMPZSTZ1;
NLTZ1:
CLRP0.7;
DEC38H
MOV35H,#100;
MOV36H,#10;
NLTZ2:
ACALLONE;
ACALLTWO;
DJNZ35H,NLTZ2;
JNBP3.0,DATETZ;按下0键时,显示日期并可对日期进行调整
JNBP3.1,ZSTZ1;按下1键时,显示时间,并可调时
JNBP3.2,NLTZ1;按下2键进行闹铃设置
JNBP3.3,DSTZ;按下3键进行定时设置
JNBP3.4,NLXS2;
JNBP3.5,NLXS1;
DJNZ36H,NLTZ2;
AJMPMAIN;
NLXS1:
MOVDPTR,#LEDTAB;
MOV35H,#100;
MOV36H,#10;
INCR0;
MOV37H,R0;
CJNER0,#60,NLTZ2;
MOVR0,#0;
MOV37H,R0;
AJMPNLTZ2;
ONE:
MOVDPTR,#LEDTAB;
MOVA,R0;
MOVB,#10;
DIVAB;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVP1,A;
CLRMIN_S;
ACALLD_1MS;
SETBMIN_S;
MOVA,B;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVP1,A;
CLRMIN_G;
ACALLD_1MS;
SETBMIN_G;
RET;
NLXS2:
MOVDPTR,#LEDTAB;
MOV35H,#60;
MOV36H,#10;
INCR1;
MOV38H,R1;
CJNER1,#24,NLTZ2;
MOVR1,#0;
MOV38H,R1;
AJMPNLTZ2;
TWO:
MOVDPTR,#LEDTAB;
MOVA,R1;
MOVB,#10;
DIVAB;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVP1,A;
CLRHOU_S;
ACALLD_1MS;
SETBHOU_S;
MOVDPTR,#LEDTAB;
MOVA,B;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVP1,A;
CLRHOU_G;
ACALLD_1MS;
SETBHOU_G;
RET;
DSTZ1:
MOV3CH,#0
CLRP0.7;
MOV35H,#100;
MOV36H,#10;
JNBP3.3,DSTZ1;
DSTZ2:
ACALLDS_S;
ACALLDS_M;
DJNZ35H,DSTZ2;
JNBP3.0,DATETZ3;按下0键时,显示日期并可对日期进行调整
JNBP3.1,ZSTZ;按下1键时,显示时间,并可调时
JNBP3.2,NLTZ;按下2键进行闹铃设置
JNBP3.4,DSXS1;
JNBP3.5,DSXS2;
JNBP3.3,DSKS1;
DJNZ36H,DSTZ2;
AJMPMAIN;
DATETZ3:
AJMPDATETZ
ZSTZ:
AJMPZSTZ1
NLTZ:
AJMPNLTZ1
DSXS1:
MOV35H,#100;
MOV36H,#10;
INCR6;
CJNER6,#60,DSTZ2;
MOVR6,#0;
AJMPDSTZ2;
DS_M:
;
MOVDPTR,#LEDTAB;
MOVA,R6;
MOVB,#10;
DIVAB;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVP1,A;
CLRMIN_S;
ACALLD_1MS;
SETBMIN_S;
MOVA,B;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVP1,A;
CLRMIN_G;
ACALLD_1MS;
SETBMIN_G;
RET;
DSXS2:
MOV35H,#100;
MOV36H,#10;
INCR5;
CJNER5,#60,DSTZ2;
MOVR5,#0;
AJMPDSTZ2;
DS_S:
MOVDPTR,#LEDTAB;
MOVA,R5;
MOVB,#10;
DIVAB;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVP1,A;
CLRSEC_S;
ACALLD_1MS;
SETBSEC_S;
MOVA,B;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVP1,A;
CLRSEC_G;
ACALLD_1MS;
SETBSEC_G;
RET;
DSKS1:
MOV3CH,#1
MOVA,R5;
MOVR3,A;
MOVA,R6;
MOVR4,A;
DSKS2:
MOVDPTR,#LEDTAB;
MOVA,R3;
MOVB,#10;
DIVAB;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVP1,A;
CLRSEC_S;
ACALLD_1MS;
SETBSEC_S;
MOVA,B;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVP1,A;
CLRSEC_G;
ACALLD_1MS;
SETBSEC_G;
MOVA,R4;
MOVB,#10;
DIVAB;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVP1,A;
CLRMIN_S;
ACALLD_1MS;
SETBMIN_S;
MOVA,B;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVP1,A;
CLRMIN_G;
ACALLD_1MS;
SETBMIN_G;
JNBP3.0,MAIN2;
JNBP3.1,MAIN2;
DSPD:
;
MOVA,R4;
JZPANDUAN_S;
AJMPDSKS2;
PANDUAN_S:
;
MOVA,R3;
JZSHENGYIN;
AJMPDSKS2;
MAIN2:
LJMPMAIN;
SHENGYIN:
MOV3CH,#1
SETBP0.7
AJMPMAIN
RETI_11:
;由于
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