毕业设计（论文）-电子时钟的设计.doc

报告编码：安阳师范学院本科学生毕业设计报告 电子时钟的设计作者 系（院） 物理与电气工程学院 专业 电气工程及其自动化 年级 2009级专升本 学 号 指导教师 日期 2011.6.2 学生诚信承诺书本人郑重承诺：所呈交的设计报告是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，报告中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安阳师范学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在报告中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：报告使用授权说明本人完全了解安阳师范学院有关保留、使用学位报告的规定，即：学校有权保留送交报告的复印件，允许报告被查阅和借阅；学校可以公布报告的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存报告。签名：导师签名：日期： 电子时钟的设计、（安阳师范学院 物理与电气工程学院，河南 安阳 455000）摘 要：近年来，随着电子产品的发展，人们对数字时钟的要求越来越高，本文针对人们的这一需求，设计了一种有单片机控制的智能化数字时钟，功能强大，界面友好，更好的满足了人们对它的智能化要求。关键词：数字钟系统 单片机lcd液晶显示器1 绪论1.1 研究现状 现在是一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说，电子技术的应用无处不在，电子技术正在不断地改变我们的生活，改变着我们的世界。在这快速发展的年代，时间对人们来说是越来越宝贵，在快节奏的生活时，人们往往忘记了时间，一旦遇到重要的事情而忘记了时间，这将会带来很大的损失。因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人。数字化的钟表给人们带来了极大的方便。1.2 研究内容 由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。2 系统方案的确定 单片机芯片作为控制系统的核心部件，它除了具备微机cpu的数值计算功能外，还具有灵活强大的控制功能，以便实时检测系统的输入量、控制系统的输出量，实现自动控制。在本次设计中采用单片机技术来实现数字钟的功能。方案的设计可以从以下几个方面来确定。微处理器的择，at89s51、52是2003年atmel推出的新型品种，除了完全兼容8051外，还多了isp编程和看门狗功能。但是at89s52的存储器容量比at89s51的大。在本次设计中采用at89s52单片机；显示电路的设计，随着科技的发展，液晶显示的使用越来越方便，已被普遍的使用。由于液晶显示与驱动都集成在一个芯片上，因此使用起来很方便。在这里采用液晶显示；校时和定时电路的设计；实时控制电路是时钟电路的一个重要组成部分，采用的是一个时钟芯片，单片机从中读取数据送到显示器上显示，从而实现数字钟的功能；还有一些其他控制电路如复位电路、时钟电路等。通过这些控制电路的连接构成了完整的电路，系统的方框图如图1所示。 图13 硬件电路的设计 硬件电路是一个系统的重要部分，在本次设计中主要是以at89s52为核心控制器，外加一些控制电路来实现数字钟的基本功能。下面分别介绍各个控制电路的功能及其工作原理。3.1 at89s52的介绍 单片机是微机的一个分支，在原理和结构上，单片机与微型机之间不但没有根本性的差别，而且微型机的许多技术与特点都被单片机继承下来了。 at89s52是一种低功耗、高性能cmos 8位微控制器。使用atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51产品指令和引脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位cpu和在系统可编程flash，使得at89s52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。它具有串行口，片内晶振及时钟电路。另外，at89s52可降至0hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.2 时钟电路的设计 at89s52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，xtal1和xtal2分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。从外部时钟源驱动器件，xtal2可以不接，而从xtal1接入，由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。反相放大器的输入端为xtall，输出端为xtal2，两端连接石英晶体及两个电容形成稳定的自激振荡器。电容通常取30pf左右。振荡频率范围是1.212mhz。 晶体振荡器的振荡信号从xtal2端输出到片内的时钟发生器上。时钟发生器为二分频器。向cpu提供两相时钟信号p1和p2。每个时钟周期有两个节拍（相）p1和p2，cpu就以两相时钟p1和p2为基本节拍指挥at89s52单片机各部件协调工作,给出片内时钟发生器原理。在本次设计中取石英晶体的振荡频率为12mhz。3.3 复位电路的设计 单片机复位是使cpu和系统中的其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后pc0000h，使单片机从第一个单元取指令。无论是在单片机刚接通电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位，所以我们必须弄清楚mgs-51型单片机复位的条件、复体电路和复位后状态。该电路除具有上电复位功能外,对系统的可控性是很有帮助的。3.4 实时控制电路的设计 在本次设计中采用ds1302为实时控制芯片，并接备用电源以使在外接电源断电时其控制电路仍在计时。3.5 lcd显示模块 在实际应用中，用户很少直接设计lcd显示器驱动接口，一般是直接使用专用的lcd显示驱动器和lcd显示模块。其中，lcd显示模块lcm（liquid crystal display module）是把lcd显示器、背景光源、线路板和驱动集成电路等部件构成一个整体，作为一个独立的部件使用，具有功能较强、易于控制、接口简单等优点，在单片机系统中应用较多。其内部结构如图2-8所示。lcd显示模块只留一个接口与外部通信。显示模块通过这个接口接收显示命令和数据，并按指令和数据的要求进行显示。外部电路通过这个接口读出显示模块的工作状态和显示数据。lcd显示模块一般带有内部显示ram和字符发生器，只要输入ascii码就可以进行显示。lcd显示模块按功能显示可分为：lcd段式显示模块、lcd字符型显示模块、lcd图形显示块三类。 液晶显示器因其功耗低、重量轻而成为便携式应用中的主流显示技术。这里所用的字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等。液晶显示有点振式和字符式两种，在这里采用字符式液晶显示器1602来实现显示电路的功能。 lcd液晶显示模块采用lcd1602型号，具有很低的功耗，正常工作时电流仅2.0ma/5.0v。通过编程实现自动关闭屏幕能够更有效的降低功耗。lcd1602分两行显示，每行可显示多达16个字符。lcd1602液晶模块内部的字符发生存储器（cgrom）已经存储了160个不同的点阵字符图形，通过内部指令可实现对其显示多样的控制，并且还能利用空余的空间自定义字符。其接线如图2所示： 图2 lcd显示电路 由于1602液晶显示器是本身带有驱动模块的液晶屏，它只有并口线和一些控制线，与单片机的连接有两种不同的方法，直接访问方式和间接访问方式。直接访问方式就是微处理器把液晶显示模块当作存储器或i/o设备直接挂在总线上，模块8位数据总线与微处理器的数据总线相连，用读操作或写操作 信号与地址信号共同产生控制。3.6报时器的设计 报时是数字钟的一个重要功能，报时器可用蜂鸣器和扬声器来实现，为了使其报时效果更好这里采用扬声器播放音乐来实现其报时功能。要使扬声器能在整点报时必须要有音频放大器来驱动扬声器才能工作。在这里采用lm386音频放大器。3.7电源的设计 稳压电源是单片机系统的重要组成部分，它不仅为系统提供多路电压源，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。一个稳压电源输出电压和最大输出电流决定于所选三端稳压器。在本次设计中采用+5v电压所以选用h7805稳压器。 双电源设计是本设计的重点。220v交流转5v直流稳压电源会更加安全、实用。当没有交流电时，系统采用干电池供电；当接通交流电时，则电路自动切换到交流电供电，并且对干电池进行慢性充电。电路图如图3：图3电源电路3.8系统整体电路如图4 所示：图4 系统总体电路图4系统软件设计流程：4.1. 单片机的程序设计有其自身的特点。在单片机系统中，硬件与软件紧密结合，由于硬件电路的设计不具有通用性，所以必须根据具体的硬件电路来设计对应的软件，硬件设计的优劣直接影响到软件设计的难易，软件设计的优劣又直接影响到硬件的发挥。在很多时候，软件可以替代硬件的功能，当然，需要付出额外占用cpu时间的代价。 软件程序的设计是根据硬件电路图的连接和各个元器件的功能进行设计。在编写软件时，可以按各个程序的功能将软件细分为各个功能模块，再通过主程序的调用来实现整个软件系统。而一般编写的程序都是根据事前所用的流程图来编写的，而且，流程图中也包含了对设计所得结果的要求，因此，流程图的设计直接影响到源程序的设计。其源程序见附录d。 主程序是软件设计的总体框架，因此主程序流程图的设计决定了程序编写的好坏，主程序的功能主要是读ds1302的时间将时间数据送到液晶显示，并与闹钟的设定时间比较，再判断是否有按键按下，从而进行校时、定时功能。其流程图如图5所示。图5 系统主程序流程4.2. 时间设定流程如图6所示：图6 显示时间子程序流程4.3.程序主程序如下： #include#define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit dula=p26;sbit wela=p27;sbit rs=p35;sbit lcden=p34;sbit s1=p30;sbit s2=p31;sbit s3=p32;sbit rd=p37;uchar count,s1num;char miao,shi,fen;uchar code table= 2007-7-30 mon;uchar code table1= 00:00:00;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar com)rs=0;lcden=0;p0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date)rs=1;lcden=0;p0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init()uchar num;dula=0;wela=0;lcden=0;/fen=59;/miao=53;/shi=23;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);for(num=0;num15;num+)write_date(tablenum);delay(5);write_com(0x80+0x40);for(num=0;num12;num+)write_date(table1num);delay(5);tmod=0x01;th0=(65536-50000)/256;tl0=(65536-50000)%256;ea=1;et0=1;tr0=1;void write_sfm(uchar add,uchar date)uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+0x40+add);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge);void keyscan()rd=0;if(s1=0)delay(5);if(s1=0)s1num+;while(!s1);if(s1num=1)tr0=0;write_com(0x80+0x40+10);write_com(0x0f);if(s1num=2)write_com(0x80+0x40+7);if(s1num=3)write_com(0x80+0x40+4);if(s1num=4)s1num=0;write_com(0x0c);tr0=1;if(s1num!=0)if(s2=0)delay(5);if(s2=0)while(!s2);if(s1num=1)miao+;if(miao=60)miao=0;write_sfm(10,miao);write_com(0x80+0x40+10);if(s1num=2)fen+;if(fen=60)fen=0;write_sfm(7,fen);write_com(0x80+0x40+7);if(s1num=3)shi+;if(shi=24)shi=0;write_sfm(4,shi);write_com(0x80+0x40+4);if(s3=0)delay(5);if(s3=0)while(!s3);if(s1num=1)/*if(miao=0)miao=59;write_sfm(10,miao);write_com(0x80+0x40+10);*/miao-;if(miao=-1)miao=59;write_sfm(10,miao);write_com(0x80+0x40+10);if(s1num=2)fen-;if(fen=-1)fen=59;write_sfm(7,fen);write_com(0x80+0x40+7);if(s1num=3)shi-;if(shi=-1)shi=23;write_sfm(4,shi);write_com(0x80+0x40+4);void main()init();while(1)keyscan();/while(1);void timer0() interrupt 1th0=(65536-50000)/256;tl0=(65536-50000)%256;count+;if(count=18)count=0;miao+;if(miao=60)miao=0;fen+;if(fen=60)fen=0;shi+;if(shi=24)shi=0;write_sfm(4,shi);write_sfm(7,fen);write_sfm(10,miao); 5系统调试：5.1 硬件调试首先将芯片拔除，首先看是否脱焊、少焊、焊锡间是否相碰，用万用表测量avr各脚于电源之间的电压，看是否正常，然后测试lcd1602的电源脚与地之间的电压，确保没有短接以防导致lcd1602烧毁。再次检测下载口接地是否良好，是否能从电源取电等细节，确保无误然后插入芯片，接好下载线。5.2 软件调试5.2.1 根据自己的编程画好proteus仿真图。5.2.2 把编好的程序编译为目标文件（.hex文件）。5.2.3 将目标文件通过编程器或下载线（在proteus仿真软件环境中）写入单片机中。5.2.4 通电运行，进行系统的调试。5.2.5 经反复编程、编译、烧写、运行调试，最后完成任务。5.3 综合调试 将检测好的硬软件准备好，准备好所必需的下载线，将下载线接口连接到单片机程序下载接口，连接好电源，读取程序然后进行编程。按照预期功能调试是否能实现，如不能，则返回检查修改。 调试结果：能正常实现时钟的走动、时间的调节、闹铃报时以及掉线保存等功5 结束语 本次设计采用单片机作为核心控制器，实现具有定时、校时功能的数字钟。利用单片机作为数字钟的控制核心可以做到硬件电路简单稳定，减小电磁干扰和其他环境干扰，充分发挥软件编程的优点，减少因元器件精度不够引起的误差。设计中了解到数字钟的迅猛发展，它已经普遍应用到人们日常生产和生活之中了。 致 谢 本论文是在郭季老师的悉心指导下完成的。郭老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。在整个毕业论文的写作当中，初稿是很重要的部分，而我创作初稿的时候有很多疑惑。正是因为郭老师的指导，审稿，校正，我才能够在短时间内顺利的完成初稿部分。从开始写作至本论文最终定稿，花费了我一个月以来所有的业余时间。虽说在繁忙的工作之余要完成这样一篇论文的确不是一件很轻松的事情，但我内心深处却满含深深的感激之情。在写作过程中，郭季老师给予了大力的帮助和指导，在此深表感谢！同时也感谢其他帮助和指导过我的老师和同学！同时，通过论文的撰写，使我能够更系统、全面地学习有关智能控制的新型的、先进的前沿理论知识，并得以借鉴众多专家学者的宝贵经验，这对于我今后的工作，无疑是不可多得的宝贵财富。虽然这次毕业论文（设计）已经结束了，可这次的经历却是我永生难忘的。因为它不仅为我的大学生活划了一个完美的句号，而且给了我极大的自信，使我在以后的生活中能够不气不馁，勇于承担责任。由于本人理论水平比较有限，论文中的有些观点以及对相关理论的归纳和阐述难免有疏漏和不足的地方，欢迎老师们指正！参考文献 1 付家才单片机控制工程实践技术. 北京：化学工业出版社,2004 2 孙育才，王荣兴，孙化芳.新型at89s52系列单片机及其应用. 北京：清华大学出版社，2005. 3 朱定华.单片机原理及接口技术实验.北京：北方交通大学出版社，2002. 4 张鑫，华臻，陈书谦.单片机原理及应用.北京：电子工业出版社，2005. 5 何立民.mcs51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术m.北京：北京航空航天大学出版社，1999. 6 李维諟，郭强.液晶显示应用技术.北京：电子工业出版社.2005. 7 陈小忠，黄宁，赵小侠编著.单片机接口技术实用子程序.北京：人民邮政出版社，2005 8 李华.mcs-51系列单片机实用接口技术m.北京：北京航空航天大学出版社，1993 9