精品基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作论文

题 目 基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作 1 绪论 . 2 言 . 2 究目的 . 2 统基本方案选择和论证 . 2 片机芯片的选择方案和论证： . 2 示模块选择方案和论证： . 2 钟芯片的选择方案和论证： . 2 路设计最终方案确定 . 3 件系统框图 . 3 2 主要元件介绍 . 4 及最小系统介绍 . 4 片机： . 4 时芯片 . 5 符液晶显示屏 料： . 6 源模块： . 8 3. 硬件电路连接图： . 8 片机的连接图 . 8 时模块 . 9 晶显示模块 . 9 键模块 . 9 4. 系统的软件设计： . 10 件设计流程图： . 10 5. 系统的调试： . 11 6. 总结： . 12 参考文献 . 13 附录一： . 14 附录二： . 15 附录三： . 29 嵌入式综合课程设计 基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作） 任务提出： 随着单片机技术的飞速发展，在其推动下，现代的电子产品几 乎渗透到了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能 进一步提高。 时间就是金钱、时间就是生命、时间就是胜利，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要，时钟是我们生活中必不可少的工具。电子钟的设计方法有很多种，但是基于单片机并通过示的电子时钟具有编程灵活、精确度高、便于携带、显示直观等特点。利用 片机对 钟芯片进行读写操作并通过 符液晶显示实时时钟信息，这样便构成了一个单片机电子时钟。 设计要求： 利用单片机作为核心控制器件，制作一个数字时钟。要求其具有如下功能： 具有年、月、日、星期、时、分、秒显示功能 ； 具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能 ； 具有闹钟显示、调节设定、鸣叫功能 ； 计时器模块能够准确计时； 显示模块能够清晰、稳定显示，不出现乱码； 输入模块能够正确输入指令； 控制模块能够正确控制输入、输出显示； 整个系统能够正常、稳定工作。 陕西理工学院课程设计论文 第 1 页 共 29 页 摘 要 随着单片机技术的飞速发展，在其推动下，现代的电子产品几乎渗透到了社会的各个领 域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电 子产品性能进一步提高。 时间就是金钱、时间就是生命、时间就是胜利 ，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要，时钟是我们生活中必不可少的工具。电子钟的设计方法有很多种，但是基于单片机并通过示的电子时钟具有编程灵活、精确度高、便于携带、显示直观等特点。 利用 片机对 钟芯片进行读写操作并通过 符液晶显示实时时钟信息，这样便构成了一个单片机电子时钟。 【关键词】： 单片机，电子时钟， 鸣器 陕西理工学院课程设计论文 第 2 页 共 29 页 1 绪论 言 时间，对人们来说是非常宝贵的，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要。因此自从时钟发明的那刻起，就成为人类的好朋友。随着时间的流逝，科学技术的不断发展和提高，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好、更方便、更精确的显示时间，这就要求人们不断设计研发出新型的时钟。 高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用 示器代替指 针进而显示时间，减小了计时 误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在单片机的应用系统中，时钟有两个方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的 可编程定时器计数器来实现；二是用专门的时钟芯片实现。 究目的 通过利用 片机和 片以及外围的按键和 示器等部件，设计一个基于单片机的电子时钟。设计的电子时钟通过液晶显示器显示，并能通过按键对时间以及闹钟进行置。 统基本方案选择和论证 片机芯片的选择方案和论证： 方案一 : 采用 片作为硬件核心。 部具有 8储空间 ,512 字节数据存储空间，带有 2K 字节的 储空间，与 列单片机完全兼容 ,以通过串口下载。 方案二 : 采用 内具有 8K 字节程序存储空间， 256 字节的数据存储空间没有 储空间，也与 列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。两种单片机都完全能够满足设计需要， 对 格便宜，且抗干扰能力强。考虑到成本因素，因此选 示模块选择方案和论证： 方案一：采用点阵式数码管显示。 点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合 ,如采用在显示数字显得太浪费 ,且也相对较高 ,所以不用此种作为显示。 方案二：采用 码管动态扫描。 码管价格便宜 ,对于显示数字最合适 ,但功耗较大，且显示容量不够，所以也不用此种方案。 方案三： 采用 晶显示屏。 液晶显示屏的显示功能强大 ,可显示大量文字，显示多样 ,清晰可见 ,且价格适中，所以采用 钟芯片的选择方案和论证： 方案一 ： 直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。所以不采 用此方案。 方案二 ： 采用 钟芯片实现时钟， 片是 一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高 ,工作电压 围内， 耗陕西理工学院课程设计论文 第 3 页 共 29 页 电小于 300 路设计最终方案确定 综上各方案所述 ,对此次作品的方案选定 :采用 片机作为主控制系统 ;采用 采用 晶作为显示器件。 件系统框图 该系统采用单片机 89为控制芯片，把 时模块传来的信息和键盘输入的指令进行处理，控制着液晶屏 显示和蜂鸣器的驱动。 单 片 机 时模块 键盘输入模块 示模块 蜂鸣器 陕西理工学院课程设计论文 第 4 页 共 29 页 2 主要元件介绍 及最小系统介绍 片机 ： 1. 主要性能参数： 与 品指令和引脚完全兼容。 8 字节可重擦写 速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作： 0 三级加密程序存储器 256节内部 32 个可编程 I/0 口线 3 个 16 位定时计数器 8 个中断源 可编程串行 道 、 低功耗空闲和掉电模式 。 2. 功能特性： 供以下标准功能： 8 字节 速存储器， 256 字 节 内部 32 个 I/O 口线，3 个 16 位定时计数器，一个 6 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时， 降至 0静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。空闲方式停止 工作，但允许 时计数器串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位 . 3. 管脚图： 脚介绍 ： 主电源引脚（ 2 根） 电源输入，接 5V 电源 接地线 外接晶振引脚（ 2 根） 片内振荡电路的输入端 片内振荡电路的输出端 控制引脚（ 4 根） 复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。 地址锁存允许信号 外部存储器读选通信号 程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接 高电平则从内部程序存储器读指令。 可编程输入 /输出引脚（ 32 根） 片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 ，每个口有 8 位（ 8 根引脚），共 32 根。 （ 8 位双向 I/O 口线，名称为 （ 8 位准双向 I/O 口线，名称为 （ 8 位准双向 I/O 口线，名称为 （ 8 位准双向 I/O 口线，名称为 陕西理工学院课程设计论文 第 5 页 共 29 页 时芯片 司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟 /日历和 31 字节静态过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟 /日历电路提供秒 、 分 、 时 、 日 、 日期 、 月 、年的信息 ， 每月的天数和闰年的天数可自动调整 。 时钟操作可通过 M 指示决定采用 24 或 12小时格式 。 单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信 ， 仅需用到三个口线 位 I/O 数据线 行时钟 。 读 /写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方 式通信 。 作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于 1 2. 能 特性 ： 双电源管脚用于主电源和备份电源供应 可编程涓流充电电源 ；附加七个字节的存储器； 实时时钟具有能计算 2100 年之前的秒 、 分 、 时 、 日 、 日期 、 星期 、 月 、 年的能力 ， 还有闰年调整的能力 31*8 位暂存数据存储 串行 I/O 口方式使得管脚数量最少 ； 工作电流 ,小于 300读 /写时钟或 据时有两种传送方式 ： 单字节传送和多字节传送字符组方式 ； 8 脚 装或可选的 8 脚 装 ； 简单 3 线接口 ； 与 容（ V）； 可选工业级温度范围 :+85。 3. 管脚描述 ： 振管脚 地 复位脚 I/O 数据输入 /输出引脚 串行时钟 电源供电管脚 4. 控制字如表所示。 控制字节最高有效位（位 7）必须是逻辑 1，如果它为 0，则不能把数据写入 ，位 6 如果 0，则表示存取日历时钟数据，为 1 表示存取 据；位 5 至位 1 指示操作单元的地址；最低有效位（位 0）如为 0 表示要进行写操作，为 1 表示进 行读操作，控制字节总是从最低位开始传输 。 数据输入输出（ I/O）在控制指令字输入后的下一个 钟的上升沿时，数据被写入 据输入从低位即位 0 开始。同样，在紧跟 8 位的控制指令字后的下一个 的下降沿读出数据，读出数据时从低位 0 位到高位 7。其读写时序如图示 : 制字 陕西理工学院课程设计论文 第 6 页 共 29 页 符液晶显示屏 料： 1. 概述： 工业字符型液晶， 1602 是指显示的内容为 16*2，即能够同 时显示两行，每行 16 个符。常见的1602 字符液晶有两种，一种显示的是绿色背光黑色字体，另一种显示蓝色背光白色字体，目前市面上字符液晶绝大多数是基于 晶芯片的，控制原理是完全相同的。本 课题所用 1602 液晶模块，显示屏是蓝色背光白色字体。如图 第 1 脚： 地电源。 第 2 脚： 5V 正电源。 第 3 脚： 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重影，使用一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚： 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。 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： 8 位双向数据线。 第 1516 脚：背光灯电源。 写时序 陕西理工学院课程设计论文 第 7 页 共 29 页 3. 晶屏的使用时序： 4. 储器 1602 液晶控制器芯片内部带有 80 个 8 位的 冲区，其地址和屏幕的对应关系如 图示 : 写时序 时序 时序 陕西理工学院课程设计论文 第 8 页 共 29 页 源模块： 系统的供电采用 5V 供电，具体的连接如图示： 变压器采用的是： 压芯片是 3. 硬件电路连接图： 以 片机最小系统为核心控制，时钟电路由 片提供，采用三线与单片机进行通信，用四个独立的按键进行年、月、日、时间、星期等调整，最终的结果通过 晶显示屏显示出来。 片机的连接图 其中 开关接 +5V,控制系统的复位。 与 行通信与对其控制。 与 晶显示模块连接，控制着 显示。 与按键连接，通过 输入控制信号。 陕西理工学院课程设计论文 第 9 页 共 29 页 时模块 其中 晶振 电源 I/O 接单片机的 进行数据的交换，单片机的 单片机的 脚，进行指令的接收。 晶显示模块 其中 别接单片机的 行数据的传输， 电阻进行背光亮 度的调节， 别接单片机的 于单片机的指令接收。 键模块 开关一端接地，另一端接 片机用检测 脚的电位判断是否有键按下。 陕西理工学院课程设计论文 第 10 页 共 29 页 4. 系统的软件设计： 件设计流程图： 首先，编写主程序，对计时模块 显示模块 行初始化，同时定义计时模块、显示模块和按键模块的控制程序，之后读取 时模块预先设定数据，显示模块 行显示。按键检测程序一直在检测是否有键按下，如果 按下一次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对秒进行操作，此时秒闪烁，如果此时按下 对其进行加减调整；按下如果 函数调用计时控制和显示控制的函数对分进行操作，此时分闪烁，如果此时按下 3 可对其进行加减调整；按下如果 下三次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对时进行操作，此时时闪烁，如果此时按下 对其进行加减调整；按下如果 下四次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对年进行操作，此时年闪烁，如果此时按下 对其进行加减调整；按下如果 下五次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对月进行操作，此时月闪烁，如果此时按下 对其进行加减调整；按下如果 下六次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对日进行操作，此时日闪烁，如果此时按下 对其进行加减调整；按下如果 下七次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对周进行操作，此时周闪烁，如果此时按下 下如果 下八次，程序进入主函数。 陕西理工学院课程设计论文 第 11 页 共 29 页 5. 系统的调试： 将系统的电源、计时模块、按键模块、显示模块、控制 模块，按照附录一的电路做成 路板，把元器件焊接在板子上。进行硬件的搭建。搭建好硬件之后，将编译好的软件程序下载到。检查无误后，接通电源，看是否能够实现预期的功能。在单个的模块调试中，各个模块均能够正常稳定的工作，但是在将它们装配在一块，进行整体的调试时，就出现了其他一些问题，不能实现预期的功能。经过仔细的检查和查阅资料、询问老师同学等方式，进行解决。现在 系统能够稳定、正常的工作。 调试过程：检查各个器件完好，连接正常之后，接通电源，此时电源指示灯亮，液 晶显示屏时亮，依次出现开机画面；数秒之后，显示初始的年、月、日、星期、时、分、秒。通过模式选择键可以在时间显示模式和闹钟模式之间切换，通过移位键可以使液晶屏上的光标依次移位，将光标移位在想要的调节的位置，按加、减键可以进行该位置的数字的调整。加、减键可以在按下移位键之后，调节光标闪烁位置的数字。将模式切换到闹钟模式，依次调整时、分，当时间到预设的时间，蜂鸣器发出 ” 滴滴 ” 声。 陕西理工学院课程设计论文 第 12 页 共 29 页 6. 总结： 通过本次 课程 设计，使我加深了对单片机的认识，并且 掌握 了单片机系统的设计 、制作 流程 ，收获丰硕。功能上基本达标：时钟与闹钟的显示，调时间和闹钟功能以及闹钟鸣叫功能。时钟与闹钟显示功能，精确度完全可以满足日常生活显示时间的需要；调时间与闹钟功能，方便快捷。硬件设施基本合乎要求，软件设计可以配合硬件实现其功能。 技术在不断进步，机械式时钟已经被淘汰，取而代之的是具有高度准确性和直观性且无机械装置，具有更长的使用寿命等优点的电子时钟。电子时钟更具人性化，更能提高人们的生活质量，更受人们欢迎。机械时代已经远去，电子时代已经到来。做为新时代的我们，更应该提高自身能力，适应 新时代的发展。知识来自实践，多从生活中探寻所需要的。 从这次的 课程 设计中，我真正的体会到，知识的重要性，特别是要理论联系实际，把我们所学的理论知识运用到实际生活当中， 学以致用 。 陕西理工学院课程设计论文 第 13 页 共 29 页 参考文献 1李广第，朱月秀，冷租祁 北京 :北京航空航天大学出版社（ 1 259）。 2李庆亮 言程序设计实用教程 机械工业出版社 ,1 100）。 3康华光 北京 :高等教育出版社 ,2008（ 1 560）。 3康华光 北京 :高等教育出版社 ,2008（ 1 560）。 4杨志忠 北京 :高等教育出版社 ,30 100）。 5及力 9 理图与 计教程 电子工业出版社 ,48 100）。 6杨欣电子设计从零开始 清华大学出版社 ,2005（ 10 200）。 12邢小杰 中国科技博览 ,2009。 陕西理工学院课程设计论文 第 14 页 共 29 页 附录一： 整体电路连接图 : 陕西理工学院课程设计论文 第 15 页 共 29 页 附录二： 源程序代码： #ri,0,0; /初始值年周月时分秒 =-; /开机画面显示 =*; /123456789= ; =0 7=0 15; /1602 定义 14; e=; 10; /1302 定义 11; 12; 32; /调整按键 31; /加 1 30; /减 1 33; /模式选择 34; /蜂鸣器 陕西理工学院课程设计论文 第 16 页 共 29 页 m) /延时函数 i,j; j=0;j1; ; ; _; ; _; ; 陕西理工学院课程设计论文 第 18 页 共 29 页 _; ; _; ; ; /十进制转换成 t; t=0; 0; t1; if( ; ; 陕西理工学院课程设计论文 第 19 页 共 29 页 _; ; ; ; 4)*10+( /转换成十进制 /星期转化函数 :3); M); o); n); :3); T); u); e); :3); W); e); d); :3); T); h); u); :3); F); r); i); :3); S); a); t); :3); 陕西理工学院课程设计论文 第 20 页 共 29 页 S); u); n); t; /1602 初始化 /始化 3); ); 3); /01); / 年 、周、 月、 日、 时、 分、 秒 0); 0); 0); t=0;t16;t+) t); ); t=0;t16;t+) t); ); t=0;t50;t+) 00); /清屏 陕西理工学院课程设计论文 第 21 页 共 29 页 /按键判别函数 if(0) /选择模式：时间 /闹钟 0); if(0) ; if(0) /选择