基于单片机的闹钟设计.doc

基于单片机的闹钟设计班级：信息科学与技术学院09自动化小组成员： * 指导老师： *完成进度计划第一周：根据设计要求查找资料，学习单片机系统和闹钟所需相关芯片，了解并学习使用Keil和Protues等相关软件，并进行电路仿真。第二周：设计出电路原理图，学习使用Altium Designer软件绘制电路图和PCB电路图。设计出闹钟电路的PCB图。第三周：购买设计所需要的器材，做出电路板并完成钻孔焊接等硬件工作，并测试硬件是否正常工作。第四周：调试程序，把写好的程序烧进单片机并完善闹钟的功能。完成设计报告的撰写及答辩。工作任务分配：*：主要负责PCB设计和电路板的制作，硬件购买焊接及硬件的调试。在这次设计中，查阅了很多资料，学会了Altium Designer的使用和硬件功能的调试。*：主要负责单片机外围电路资料查找，电路原理图的设计和报告的撰写。在这次设计中学会了单片机最小系统的原理和Altium Designer的原理图设计。*：主要负责单片机程序的设计和调整以及最后的软件调试。在这次设计中自学了单片机C语言极其相关的软件使用。 摘要：时间是现代社会中不可缺少的一项参数,无论是平时生活还是社会生产都需要对时间进行控制,有的场合对其精确性还有很高的要求.采用单片机进行计时，对于社会生产有着十分重要的作用。本设计基于单片机，用单片机内部定时器实现时钟和闹钟的功能，由于AT89C52系列单片机的控制器运算能力强，处理速度快，可以精确计时，很好地解决了实际生产生活中对计时高精确度的要求，因此该设计在现代社会中具有广泛的适用性。关键字：单片机，定时器，闹钟，LCD一、方案设计与论证定时闹钟的控制电路分为以下几部分：1.单片机最小系统 由于89C51的RAM的存储量比较小，不能满足存储闹钟音乐铃声的功能所需要的空间，所以我们选用89C52单片机。 时钟电路：由于我们采用的是单片机内部定时器来计算时间，所以晶振选择的是12MHz的。因为这样一个机器周期刚好是1s，比较好计算计数初值。构成并联谐振电路的两个电容我们选择30pF的瓷片电容。 复位电路：我们采用上电复位和按键复位结合的复位电路。2.按键控制模块在闹钟电路中我们用了5个控制按键，分别接在P1的0、2、4、6和7端口，S1：设置时间，按1下就可以设置当前的时间的秒钟，按2下设置分钟，按3下设置小时，按4下设置日期，按5下设置月份，按6下设置成功。S2：用于设置时间和设置闹钟，按一下对应的数字就加1。例如在设置分钟时，按一下S2原来的分钟数就加1.设置闹钟时也一样。S3：用于设置时间和设置闹钟，按一下对应的数组减1。功能跟S2相反。S4：用于设置闹钟。按1下就可以设置闹钟的秒钟，按2下设置分钟，按3下设置小时，按4下设置日期，按5下设置月份，按6下设置成功。S5：用于闹钟的开关。当闹钟响时，按一下这个键就能关闭闹铃。3.显示模块显示模块我们考虑了两种方案： 用8共阴极数码管，通过切换可以显示年月日和时分秒如11-07-10 00:00:00.共阴极数码管只要在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。当然，LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。采用LED显示，就需要单片机动态扫描，动态扫描的频率有一定的要求，频率太低，LED将出现闪烁现象。如频率太高，由于每个LED点亮的时间太短，LED的亮度太低，肉眼无法看清，所以一般均取几个ms左右为宜，这就要求在编写程序时，选通某一位LED使其点亮并保持一定的时间，程序上常采用的是调用延时子程序。因此需要两片74HC573来锁存位选和段选。 用LCD液晶显示屏。用16*2液晶显示屏1602，就可以通过写控制字和写数据的一些命令，让显示屏同时显示年月日时分秒和星期。我们综合考虑电路的复杂性以及程序编写的繁杂性，通过小组讨论决定选用LCD1602。这样从硬件上来说就省了锁存芯片，从软件上来说不用动态扫描数码管，只需给LCD写控制字和写数据。由于LCD是接在单片机的PO口，需要在引脚处接一个10K的上拉电阻，这里我们选择9个引脚的排阻。4.闹铃模块闹钟模块我们选用0.5W的喇叭，当闹钟时间来到时，P2.7口输出一个低电平，使得作为开关使用PNP三极管打开，VCC给喇叭供电。通过编程从P2.7口输出频率和持续时间不同的脉冲，即乐曲的音调和音长，就能让喇叭播放音乐。我们选用的闹钟铃声是中华人民共和国国歌义勇军进行曲，因为我们觉得这首歌比较激昂，能起到很好的叫人起床的作用。5.电源模块单片机的工作电压是5V，而且需要比较稳定的工作电压。鉴于普通电池波纹比较大，需要用一块稳压模块来给电源稳压。比较常用的稳压芯片有7805和LM2940，在查阅一些资料后，我们发现LM2940比7805的转换效率高。7805直接输入不接输出的情况下，其内部还会有3mA的电流消耗（静态电流）。而作为LDO元件的LM2940静态电流就比它远远小得多了。在LM2940的输入和输出端，分别需要0.47uF和22uF的滤波电容。二、电路原理图图 1三、系统软件设计程序流程图如图2所示NNY 闹钟停响s5是否按下？Y闹钟响，喇叭播放国歌N闹钟是否到？S1:选择要设置时间的地方，年月日时分秒S2：对应位的数值加1S3：对应位的数值减1S4：选择要设置闹钟的地方，年月日时分秒Y按键s1,s2,s3,s4是否按下？初始化LCD和定时器初始化变量 主程序开始 图 2四、实物调试1.硬件调试硬件调试过程主要遇到以下几个问题。第一，我们用画出来的PCB制作出来第一块覆铜板，但是在焊接硬件的时候发现了一点问题。我们采用的封装大小有几个跟实际的原件元件有点不同，在板上放置不下，于是我们又改了封装重新制作了一块板。第二，所有元件都焊接好了之后，接通电源后LCD没有反应。我们用万用表逐条导线检查，后来发现是LCD的几个引脚的焊锡没有很好的接触到焊盘。于是我们又焊接了一遍，再用万用表检查，确保所有的导线都连通之后接上电源，LCD正常显示。第三，在固定LCD显示屏方面我们没有想到用排母，于是用杜邦线跟排针综合使用，这样有一点不足，LCD没固定。于是我们用了跟底座螺丝把LCD锁在板上，既固定了板又美观。2.软件调试软件调试过程主要遇到以下几个问题。第一，关于时间的显示。在写设置闹钟的那个模块时，我们遇到了一个问题。设置闹钟时要即时显示设置的闹钟是多少，但是设置闹钟的时候时间是不允许停止的，也就是时间也会继续显示。我们讨论之后决定在设置闹钟的时候，单片机的定时器继续工作，但是不让时间显示，只显示当前设置的闹钟，等到闹钟设置完毕后重新显示当前时间。第二，关于年月日问题。在月份的加1上，需要判断该月份是几月份，因为不同月份天数不同，因此编程时要考虑到day是29，还是30或者31才清0。第三，关于星期几的问题。刚开始我们以为只要设置初始时间的那天，即2011-01-01对应为星期四，然后加一天就变星期五，七天一个循环就行了。后来调试才发现如果我们自己设置一个其他时间，星期就不对了（星期我们没有设置为可调，是跟着月份和日期变化的）。后来查阅了一些资料后，知道有一个专门计算星期几的公式，即蔡勒公式Week=(Day + 2*Month + 3*(Month+1)/5 + Year + Year/4 - Year/100 + Year/400) % 7其中Week：星期 6-星期日，0-星期一，1-星期二，2-星期三，3-星期四，4-星期五，5-星期六Year：年Month：月Day：日五、总结单片机是计算机技术发展的产物，是经济实用开发简便的高科技产品，在当今工业控制、家电等领域占据广泛的市场。通过此次单片机课程设计来设计个简单的数字闹钟，我们巩固了自己学习的单片机知识，初步了解了小型单片机系统的设计和运用，并提高自己实际动手能力。课程设计过程也使我们了解了自己能力的不足，不过通过资料收集和文献查询等方法，找出了设计过程中的一些问题以及解决问题的方法，从而比较顺利的完成了这个设计任务。这次自己所做的设计取得了一些宝贵的经验，提高了自己的动手能力，为将来的学习和工作很有好处。总之，理论必须和实际结合才有威力，知识必须通过应用才能实现其价值！所学的东西最终是要面向社会，是在以后的工作