《单片机原理与应用》课程设计--电子钟系统设计.doc

单片机原理与应用课程设计 设计题目：电子钟系统设计学院名称 ： 电气工程与自动化学院 专业年级 ： 11 自动化一班 学生姓名 ： 指导教师 ： 日 期 ： 2013-2014第3 学期 摘要本课程设计基于51单片机的电子时钟的设计，以STC89C52为核心芯片，DS18B20为温度传感器，通过液晶显示器LCD1602实时显示时间和温度，通过按键设置年月日以及定时时钟，到自动发出警报。从硬件和软件两个方面给出了具体的实现过程。该时钟的设计采用功能分块的设计方法，将硬件电路划分为开关电路，显示驱动电路和数码管电路等若干独立模块，而软件的实现则由日期显示程序、时间显示程序、时间调整程序、闹钟的声音程序、秒表显示程序、定时调整程序、延时程序等组成。该设计适当的解决了实际生产和日常生活中对计时精确度的要求，因此该设计在现代社会中具有很大的实用价值。关键词：51单片机 电子时钟温度采集目录一 设计任务和性能指标11.1项目简介11.2设计目的.11.3内容及要求.11.4设计任务.21.5工作流程.4二、设计方案5(1) 总体硬件设计5(2)DS18B20原理6(3)LCD1602原理7四、软件设计流程及描述9五、系统测试10七、心得体会12八、参考文献13九、附录14一 设计任务和性能指标1.1 课题简介本设计着重在于分析电子钟系统开发过程中的环节和步骤，并从实践经验出发对电子钟系统设计做了详细的分析和研究。单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。在工业生产中。单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。本系统就是充分利用了8051芯片的I/O引脚。系统以采用MCS-51系列单片机为中心器件来设计，实现了能根据实际输入值显示并存储的功能，程序则是参照教材。至于位数和功能，如果有需要可以通过设计扩充原系统来实现1.2设计目的课程设计是单片机课程教学的最后一个环节，是对学生进行全面的系统的训练，让学生把学过的比较零碎的知识系统化，真正的能够把学过的知识落到实处，能够开发简单的系统，也进一步激发学生再深一步学习的热情，进一步掌握和利用C语言进行单片机程序设计的能力，熟练掌握键盘、显示、I2C总线、温度传感器DS18B20等知识点。1.3内容及计要求利用普中科技51单片机实验箱实现电子钟系统设计，其硬件原理框图如图1所示，其中显示采用液晶LCD1602，温度测量采用DS18B20，系统要求至少实现以下功能：1、基本功能：1) 需要在LCD上显示以下参数信息：日期、时间；2) 实现日期和时间可用键盘进行设置调整；3) 日期能区分闰年与非闰年，月份与天数的关系；4) 能够设置显示的模式：只显示时间；只显示日期；显示日期、时间。2、扩展功能：1) 能显示室内的温度；2) 具有闹钟功能，开启闹钟时LCD上应有标志；3) 具有秒表功能，要求精确到0.1s；4) 能够设置显示的模式：只显示时间和温度；只显示日期和温度；全部显示所有参数。1.4设计任务1、根据设计内容与要求，查找相关芯片与模块DS18B20、LCD1602数据手册(datasheet)，弄清各个模块硬件接口原理。2、根据设计内容与要求，弄清系统及各个模块的工作流程，完成系统的软件设计，包括系统主程序、显示子程序、键盘设置子程序、时间调整子程序等，可使用汇编语言或是C语言编写，建议使用C语言编写。3、完成系统的仿真与调试，使得系统在脱机情况下，能稳定可靠的工作。4、编写课程设计报告。1.5工作流程 先通过一天对51单片机的回顾以及一些引脚的了解，然后再进行程序框图的设计以及一些程序的编写，最后进行编译烧录从而达到实验要求。二、设计方案 (2)DS18B20原理 DS18B20数字温度传感器概述 DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。 DS18B20产品的特点 l l 只要求一个端口即可实现通信。 l l 在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 l l 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 l l 测量温度范围在55.C到125.C之间。 l l 数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。 l l 内部有温度上、下限告警设置。 l DS18B20的管脚排列TO92封装的DS18B20的引脚排列见右图，其引脚功能描述见表DS18B20详细引脚功能描述DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。例如125的数字输出为07D0H，25.0625的数字输出为0191H，25.0625的数字输出为FF6FH，55的数字输出为FC90H。高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入。由DS18B20的通讯协议得知，主机控制DS18B20完成温度转换的过程必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，从而对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500s，然后释放，DS18B20收到信号后等待1660s左右，然后发出60240s的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。 (3)LCD1602原理1602采用标准的16脚接口，其中: 第1脚：VSS为地电源 第2脚：VDD接5V正电源 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第714脚：D0D7为8位双向数据线。 第15脚：背光电源正极 第16脚：背光电源负极 1. 1体硬件设计根据设计的要求可知，系统的硬件原理框图如图1示。图1 系统原理框图本设计以模块化的方式来进行硬件电路的设计和调试。单片机的模块化就是把系统分成各个具有独立功能又可以互相衔接的简单模块，将复杂的指令、语法、编程及其电路分解，使设计简单化。本设计的电路可以分为单片机最小系统模块，时钟模块，温度传感器模块、液晶显示某块，按键模块，蜂鸣器报警模块。1.最小系统复位时单片机的初始化操作，只要给RST引脚加上两个机器周期以上的高电平信号，就可以使STC89C51单片机复位。本次采用的是12M晶振，按钮复位电路。2.温度传感器模块温度传感器DS18B20的解法很简单，它的DQ引脚与STC89C52的P1.7引脚相连接。温度传感器模块电路如图所示：3.液晶显示模块 液晶LCD1602的D0-D7引脚与STC89C52芯片的P2口相接，而控制引脚RS,R/W,CS则分别接P1.6，P1.5,P1.4. 液晶显示模块电路如图所示：4.按键模块 按键模块原理图5.蜂鸣器模块 四、软件设计流程及描述 4.1 主程序模块Main.cFunction.cDs18b02.c主程序流程图： 4.2 读温度值模块 读温度值模块需要调用4个子程序，分别为：l DS18B20初始化子程序：让单片机知道DS18B20在总线上且已准备好操作l DS18B20写字节子程序：对DS18B20发出命令l DS18B20读字节子程序：读取DS18B20存储器的数据l 延时子程序：对DS18B20操作时的时序控制6读温度值模块流程图： 4.4 温度报警模块 设定报