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课程设计(论文)-基于单片机的电子闹钟的设计.doc

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课程设计(论文)-基于单片机的电子闹钟的设计.doc

基于单片机的电子闹钟的设计第1页共24页基于单片机的电子闹钟的设计作者指导老师安徽农业大学工学院07级农业机械化及其自动化专业合肥230036摘要本设计主要为实现一款可正常显示时钟/日历、带有定时闹铃功能的电子闹钟。当前电子钟开发手段采用了较多的分立元器件,不仅占用很大空间而且利用率比较低。单片机是集CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种接口于一体的微控制器。它体积小、成本低、功能强,广泛应用于智能产品和工业自动化上。本设计应用单片机STC12C5A16AD芯片作为核心,由LCD1602液晶屏显示,使用DS1302实时时钟日历芯片完成时钟/日历的基本功能。这种实现方法的优点是电路简单,性能可靠,实时性好,时间精度高,操作简单,编程容易。关键词电子闹钟,单片机,C语言编程1绪论单片机是微型机的一个主要分支,就其组成和功能而言,一块单片机芯片就是一台计算机。单片机具有如下特点1集成度高、体积小、有很高的可靠性;有优异的性能价格比;2控制功能强;3低功耗、低电压,便于生产便携式产品;4外部总线增加了I2C、SPI等串行总线方式,进一步缩小了体积,简化了结构;5单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。所以单片机的应用非常广泛,在智能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统以及人们的生活中均有用武之地。单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思路和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种用软件代替硬件的控制技术,是对生产控制技术的一次革命。利用单片机的智能性,可方便地实现具有智能的电子钟设计。单片机均具有时钟振荡系统,利用系统时钟借助微处理器的定时器/计数器可实现电子钟功能。然而系统时钟误差较大,电子钟的积累误差也可能较大,所以可以通过误差修正软件加以修正,或者在设计中加入高精度时钟日历芯片,以精确时间。另外很多功能不同的单片机是兼容的,这就更便于实现产品的多功能性。由于单片机具有货源充足、价格低廉,可软硬件结合使用,能够较方便的实现系统的多功能性,性价比高等诸多优点,故采基于单片机的电子闹钟的设计第2页共24页用单片机作为本设计的硬件基础。2基于单片机的电子闹钟硬件设计21IC芯片选择211微处理器选择STC12系列单片机简要介绍1STC12系列单片机为增强型8051芯片,1T,单时钟/机器周期,指令代码完全兼容传统8051单片机。2工作电压STC12C5410AD系列工作电压55V38V(5V单片机)/38V24V(3V单片机)STC12C2052AD系列工作电压55V34V(5V单片机)/38V24V(3V单片机,可到2V)3工作频率范围035MHZ,相当于普通8051的0~420MHZ实际工作频率可达48MHZ4用户应用程序空间12K/10K/8K/6K/4K/2K/1K字节5片上集成512字节RAMSTC12C5410AD系列,STC12C2052AD系列单片机为256字节RAM6通用I/O口(27/23/15个),复位后为准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)可设置成四种模式准双向口/弱上拉,推挽/强上拉,仅为输入/高阻,开漏每个I/O口驱动能力均可达到20MA,但整个芯片最大不得超过55MA7ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,无需专用仿真器可通过串口(P30/P31)直接下载用户程序,数秒即可完成一片8EEPROM功能9看门狗10内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体20M以下时,可省外部复位电路)11时钟源外部高精度晶体/时钟,内部R/C振荡器用户在下载用户程序时,可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟常温下内部R/C振荡器频率为52MHZ~68MHZ精度要求不高时,可选择使用内部时钟,但因为有制造误差和温漂,应认为是4MHZ~8MHZ12共2个16位定时器/计数器,但可用PCA模块再产生4个定时器2052系列只有两路PCA13外部中断2路,下降沿中断或低电平触发中断,POWERDOWN模式可由外部中断唤基于单片机的电子闹钟的设计第3页共24页醒14PWM4路)/PCA(可编程计数器阵列,4路),5410系列是4路,2052系列只有两路也可用来当4路D/A使用也可用来再实现4个定时器也可用来再实现4个外部中断上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持15A/D转换,10位精度ADC,共8路。STC12C2052AD系列只有8位精度16通用全双工异步串行口UART,由于STC12系列是高速的8051,也可再用定时器软件实现多串口17SPI同步通信口,主模式/从模式18工作温度范围075℃/4085℃19封装PLCC32,PDIP28,SOP28,PDIP20,SOP20,TSSOP20超小封状64MM64MM,定货PLCC32有27个I/O口,PDIP28/SOP28有23个I/O口,PDIP20/SOP20/TSSOP20有15个I/O口,I/O口不够时,可用74HC595/74HC165串行扩展I/O口,或用双CPU,三线通信,还多了串口。STC12C5410AD系列及STC12C2052AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期1T的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快812倍,内部集成MAX810专用复位电路。4路PWM,8路高速10位A/D转换,针对电机控制,强干扰场合。STC12C2052AD系列只有2路PWM,8路高速8位A/D转换。图21STC12C5A16AD芯片PDIP封装引脚图基于单片机的电子闹钟的设计第4页共24页212常用时钟日历芯片比较在电子闹钟设计中,常用的实时时钟芯片有DS12887、DS1216、DS1643、DS1302。每种芯片的主要时钟功能基本相同,只是在引脚数量、备用电池的安装方式、计时精度和扩展功能等方面略有不同。DS12887与DS1216芯片都有内嵌式锂电池作为备用电池;X1203引脚少,没有嵌入式锂电池,跟DS1302芯片功能相似,只是相比较之下,X1203与AT89S51搭配使用时占用I/O口较多。DS1643为带有全功能实时时钟的8K8非易失性SRAM,集成了非易失性SRAM、实时时钟、晶振、电源掉电控制电路和锂电池电源,BCD码表示的年、月、日、星期、时、分、秒,带闰年补偿。同样,DS1643拥有28只管脚,硬件连接起来占用微处理器I/O口较多,不方便系统功能拓展和维护。故而从性价比和货源上考虑,本设计采用实时时钟日历芯片DS1302。213DS1302简介DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟日历芯片,附加31字节静态RAM,采用SPI三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小于31天时可以自动调整,且具有闰年补偿功能。工作电压宽达25~55V。采用双电源供电(主电源和备用电源),可设置备用电源充电方式,提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。有主电源和备份电源双引脚,而且备份电源可由大容量电容(>1F)来替代。此外,DS1302需要使用32768KHZ的晶振。214DS1302引脚说明DS1302引脚图参照图22。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE9JUN2008SHEETOFFILEC\DOCUMENTSANDSETTINGS\ADMINISTRATOR\桌面\常亮毕业设计\电路图\多功能电子时钟毕业设计电路图DDBDRAWNBYVCC11X12X23GND4VCC28SCLK7I/O6RST5DS1302图22DS1302芯片引脚图其引脚功能参照表21。基于单片机的电子闹钟的设计第5页共24页表21DS1302引脚功能说明引脚号名称功能1VCC1备份电源输入2X132768KHZ晶振输入3X232768KHZ晶振输出4GND地5RST控制移位寄存器/复位6I/O数据输入/输出7SCLK串行时钟8VCC2主电源输入215DS1302控制字说明在编程过程中要注意DS1302的读写时序。DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字,还需要读取相应寄存器的数据。要想与DS1302通信,首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如表22。表22DS1302控制字(即地址及命令字节)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT01RAMA4A3A2A1A0RDCKWR控制字的作用是设定DS1302的工作方式、传送字节数等。每次数据的传输都是由控制字开始。控制字各位的含义和作用如下BIT7控制字的最高有效位,必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入到DS1302中。BIT6如果为0,则表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据;BIT5至BIT1(A4~A0)用A4~A0表示,定义片内寄存器和RAM的地址。定义如下当BIT6位0时,定义时钟和其他寄存器的地址。A4~A00~6,顺序为秒、分、时、日、月、星期、年的寄存器。当A4~A07,为芯片写保护寄存器地址。当A4~A08,为慢速充电参数选择寄存器。当A4~A031,为时钟多字节方式选择寄存器。当BIT61时,定义RAM的地址,A4~A00~30,对应各子地址的RAM,地址31对应的是RAM多字节方式选择寄存器。4.BIT0(最低有效位)如为0,表示要进行写操作,为1表示进行读操作。22电子闹钟硬件电路设计电子闹钟至少要包括秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电源、闹铃基于单片机的电子闹钟的设计第6页共24页指示电路等几部分。硬件电路框图参照图23。该系统使用STC12C5A16AD单片机作为核心,通过读取时钟日历芯片DS1302的数据,完成此电子闹钟的主要功能时钟/日历。使用LCD1602液晶屏显示。图23电子闹钟硬件系统框图键盘是为了完成时钟/日历的校对和显示功能。由于此电子闹钟要求具有闹铃功能,所以设计有闹铃电路,进行声音响铃。闹铃电路中的闹铃音乐可以直接采用蜂鸣器闹铃,如当前时刻与闹铃时间相同,单片机向蜂鸣器送出高电平,蜂鸣器发声。采用蜂鸣器闹铃结构简单,控制方便,但是发出的闹铃声音单一。也可以在编程的时候编写一段音乐程序,待闹铃时间到时,调用该音乐程序给扬声器,便响起音乐。不过该方法只能做一些简单音乐,并且音乐程序会占用很多单片机存储资源。但闹铃的音乐不是本设计中的重点,故采用最简单的方法,占用单片机一根I/O口。整个电路只使用了一种电源,5V电源将为整个电路供电。DS1302没有备用电源。当5V电源被切断后,DS1302不能继续工作。当5V电源恢复供电,因为断电使系统复位到初始化时间,需要重新校时。具体电路图如下STC12C5A16AD显示键盘时钟日历芯片DS13025V电源闹铃电路基于单片机的电子闹钟的设计第7页共24页

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