基于单片机电子时钟设计与制作 于瑞丽毕业设计.doc

永城职业学院毕业设计（论文）永永城职业学院题 目 基于单片机的电子时钟设计与制作 学科部、系： 电子信息工程系 专业班级： 电子信息工程技术091班 学 号： 2009081056 学生姓名： 于瑞丽 指导教师： 于敏 起讫日期： 2011-9-24 摘要本论文基于单片机原理技术介绍了一款于STC89C52RC芯片作为核心控制器的单片机数字液晶显示多功能电子钟的设计与制作，原理图仿真实现、软件程序编辑的实现.包括硬件电路原理的实现方案设计、硬件实物的安装制作与硬件实物的调试过程。日历时钟的信息来源于DALLDS 公司推出的低功耗时钟芯片DS1302，时钟芯片与单片机通过I2C总线协议进行通信，DS18B20温度传感器可以检测环境中的实时温度，先进的单总线数据通信和单片机进行数据传输。显示部分利用LCD1602显示，加上按键的人机交换界面可以随时对时间进行调整，另外用了比较成熟的TDA2822芯片作为功放做了个小音响，加上外部的包装，外观可谓是美轮美奂, 小巧玲珑。第一章 基于系列单片机的电子时钟设计与制作（含功放电路）的概述- 1 -1:设计任务与要求- 1 -2:方案设计选择- 1 -3电子时钟设计认识.- 34系统主要方框图- 4 -第二章硬件单元电路设计与参数计算- 5 -第三章1:电源电路- 5 -2:单片机最小系统电路- 6 -3:按键电路- 6 -4:温度电路7-5:时钟电路- 8 -6:LCD1602显示电路- 9 -7:TDA2822功放电路- 10 -8:软件设计流程图- 11 -9:总原理图- 11-10:PCB制板图- 12-11:整体电路仿真图- 13-第三章 性能测试与分析- 14 -1:整体测试- 15 -2: 各部分电路测试- 15 -3:元件清单- 16 -第四章 心得体.-17- 17 -第一章 基于51系列单片机的电子时钟设计与制作（含功放电路）的概述1:设计任务与要求（1）、演示作品时能准确显示时钟日历（年月日时分秒），并且可以设置时分秒，年月日星期等，并显示清晰、稳定，并且功放电路效果较好；发挥部分可以有温度显示（2）、上述两项功能模块电路，电路板上都必须具有，电路图设计标准、完全；（3）、元器件安装规范，焊接到位，外观优美；（4）、其它扩展功能，同学自由发挥，可另外加分。2:方案设计选择根据上述设计要求，结合现有元件，利用集成芯片完成具有以上功能的电路。1：由于需要准确显示时钟日历（年月日时分秒），这里对于显示的选择比较：（1）：数码管显示，优点价格便宜，但是不能显示复杂的英文，显示出来很大，布线不易，不美观。（2）：LCD1602,价格适中，可以显示复杂的英文，功耗不大，外观较小，计较符合（3）：LCD12864,彩屏，如果用这些，可以显示中文，还用一些图片，但是价格较高，秉着合理利用的原则，不大材小用，决定放弃。2：由于需要准确显示时钟日历（年月日时分秒），这里对应时钟的选择作出比较：（1）:可以利用单片机自己自带的定时器精确定时,在通过软件控制,这样就减少了硬件的成本,但是这样需要晶振绝对的稳定,而且掉电数据不保存,还没有年月星期的自动调整功能,对程序的要求很高,不易控制.(2):DS1302它可以对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。不必在程序上做太多的处理,与单片机的接口简单,掉电有备用电池用来供电保存数据。所以非常适合要求3：温度检测的选择（1）：热敏电阻可以随着温度的变化电阻也发生变化，但是要想读出现在的温度，那么还必须加上AD转换电路，对AD转换过来的数据还要进行处理，处理过程是一项非常繁琐的工作，这样就增加了研发的难度和时间，很没有必要把简单的东西复杂化。（2）：相比热敏电阻，DS18B20的优点可谓是多多，首先它的硬件电路非常简单，与单片机之间的数据传输只用了一条线。测温范围 55125，固有测温分辨率0.5。具有耐磨耐碰，体积小，工作电源: 35V/DC。非常适合要求。4：功放部分的选择（1）：LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，但是它的不能连接两个喇叭，也就是没有立体声功能。这个芯片是早期的，技术上相对落后。不宜选择。（2）：TDA2822一般的集成功放电路外围元件较多且需要较大的散热器。本文介绍的功放电路简单，自制方便。TDA2822集成功放电路常用在随身听、便携式的DVD等音频放音用；功率不是很大但以可以满足您的听觉要求了，且有电路简单、音质好、电压范围宽等特点，是业余制作小功放的较佳选择。主要是它可以用5V单电源带起，做出来的声音也不错。所以选择。5：单片机的选型（1）：DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。但是对于我们来说，一个是它需要你熟悉它，会运用，这个我们还没有达到。就算我们会用，在一个问题是价格贵，买不起，封装不是DIP的，不易实验，所以又是大材小用，很没有必要选择这么高级的。（2）AT89S82是一款非常流行的单片机了，很适合我们的任务所需，但是他的下载电路并不是那么的简单，再说这个是国外生产的，何必用呢？（3）STC89C52RC是非常值得推荐的，STC是在深圳的一家8051单片机设计生产公司。STC系列的单片机现在在中国的51单片机市场上占有较大比例。宏晶科技现已成长为全球最大的8051单片机设计公司，完完全全的中国制造，它是AT89S52的增强版本，技术成熟，运用稳定，下载电路非常方便，很适合我们选择用3电子时钟设计认识（1）电子时钟简介电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合都用到电子时钟。（2）电子时钟的基本特点 现在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、石英钟、石英表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，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。（3）电子时钟的应用LCD数字电子钟除了在城市的主要营业场所、车站、码头等公共场所使用，还可以改装在摩托车和汽车上，LCD显示，带蓝色背光，白天在太阳光下也能非常清楚的看到显示时间，关钥匙可以关闭蓝色背光，时间还能显示也不会清零，因LCD的显示耗电量很省的，所以一直工作也不必担心耗电问题。在骑摩托车时，为了看时间，先要停下车子，取出手机，才能看时间，是否有点麻烦，现在车上改装了一个蓝色背光的液晶电子钟后，不管白天黑夜色，随时可以看时间，非常方便。(4)电子时钟的工作原理一般电子钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能和报时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码，通过七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。而该电子时钟由89C51，BUTTON，六段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。4系统主要方框电脑，MP3,手机等的音频输入TDA2822功放电路喇叭5V电源按键STC89C52RC下载电路温度检测时钟芯片液晶显示第二章 硬件单元电路设计与参数计算第三章 1:电源电路图中J1为电源插座，S5为带锁开关，要特别主意这来个的封装，很容易错。利用外部电源直接提供5V直流电源接入电源接口，再通过带锁开关控制导通情况。图中LED起到指示作用，当通电时亮，电阻为限流作用一般接220 1 K，不接后果很严重，LED只亮一下2:单片机最小系统电路关于最小系统和STC89C52RC单片机的介绍网上有很多,非常容易搜到,这里就不累赘!这里讨论几个问题: 1：要使STC89C52RC复位需要两个机器周期的高电平,我们用的是12M晶振，那么一个机器周期为1/12M=1uS，当S4按下时，C3迅速导通通电，此时9脚为高电平，松开后电容要电，起到延时的作用，t=C3*(R8+R2)=0.11S2uS,足够为复位提供搞电平2：三点式电容震荡是单片机所用到的，这里只是外面接两个电容而已，电容要求小于47P,一般晶振不大于48M3:相对余AT的单片机STC下载简单多了，这里只是引出了四条线，分别为VCC,GND,TXD,RXD,只需四根线就可以完成下载，而却可以通过引出的端口对板上供电。3:按键电路按键电路主要是别忘了加上拉电阻，要不就不稳定了，这里用了四个按键作为功能键，一个按键作为复位键对应分别为：S0 功能选择，S1 减，S2 加，S3 确认，S4 复位。4:温度电路温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。对于我们普通的电子爱好者来说，DS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。了解其工作原理和应用可以拓宽您对单片机开发的思路。 DS18B20的主要特征： 全数字温度转换及输出。 先进的单总线数据通信。 最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。 12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。 可选择寄生工作方式。 检测温度范围为55C +125C (67F +257F) 内置EEPROM，限温报警功能。 64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。 多样封装形式，适应不同硬件系统。 DS18B20工作原理及应用： DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是： ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。5:时钟电路DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，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，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。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，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的外部引脚分配如图1所示及内部结构如图2所示。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。 1.各引脚的功能为： Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2 Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。 SCLK：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出； I/O：三线接口时的双向数据线； CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。6:LCD1602显示电路LCD1602可以显示16*2=32个字符，也可以用来显示一些汉字图片（利用取模软件提取），原理图中的可调电阻是用来调节字符显示的亮度的，调节是要有耐心，应为用到的是精密可调电阻，这个需要转很多圈，不容易显示出来，注意不能跳到太亮，要不很容易烧掉液晶，下面为接口说明，一般不显示很可能是程序的问题和可调电阻没有调节好，至于介绍网上很容易找到。7:TDA2822功放电路双声道音频功率放大电路- TDA2822概述与特点TDA2822 是双声道音频功率放大电路，适用于在袖珍式盒式放音机（WALKMAN）、收录机和多媒体音箱中作音频放大器。该电路的特点如下：电源电压范围宽（1.815V），电源电压可低至1.8V 仍能工作，因此，该电路适合在低电源电压下工作；静态电流小,交越失真也小；适用于单声道桥式（BTL）或立体声线路两种工作状态；采用双列直插8 脚塑料封装（DIP8）。这个原理图是按照数据手册画的，实物出来的效果蛮好，音质主要与喇叭有关。存在的问题是有点杂音，可能需要价格带通滤波器进行滤波，还有就是芯片容易发热，不能放很大的声音，要不更加的热，而却杂音更加大，值得改进。8:软件设计流程图开机开机画面显示N是否有按键按下Y检测那个按键按下减键功能选择键复位键确认键加减9:总原理图10:PCB制板图11:整体电路仿真图程序太多了,省略了.第三章 性能测试与分析1:整体测试在接通电源前，先用万用表确认电源正和地没有短路，之后接通电源，如果红色LED亮了，说明电源部分没用问题，并且LCD1602亮了蓝光说明这部分电源没事，在接通电源的时候可以听到一点喇叭发出的吱吱声，表明喇叭可以工作，接通电源后过一段时间如果所用芯片都没有发热，则说明电路已经成功了一半。如果有芯片发热，那么应该立即停止供电。慢慢的检查那里出问题2: 各部分电路测试（1）：首先在protues中仿真调好，在程序中要特别注意与硬件中引脚对应上（2）：把程序烧到单片机里面，看是否LCD1602显示出自己的名字和学号。刚开始可能不显示，在调节可调电阻后如果没有问题会显示出来。如果到了电阻的两个极点还没有出来，说明硬件出问题了，检查下单片机最小系统，还用显示部分的电路，肯定会有所发现的。（3）：在液晶可以显示后，看上面显示秒的数字是不是在走动，走动说明没有问题，不走动首先检测下电路问题，确保没有问题后，很可能是1302部分的晶振不起振，用手按着很可能会走，那不就换一个，在这部走之后就是要确保断电后数据会保留，这部分测试需要点时间，在你对好表后断电再通电看是否这个所走的时间，如果恢复到初始设置值，那么就是纽扣电池的问题了，很可能是正负极安装反了，接触不良，电池电压过低导致的。（4）：DS18B20的安装和三极管的安装类似，如果液晶上面一直显示初始的温度，和现在环境的温度相差很大，那么和可能是，数据端口的电阻不是4.7K电阻,DS18B20接反了，接触不良。（5）：按键的测试比较简单，只要你对应的按键能够实现相应的功能就可以，不可以，那么肯定是硬件或者连接线的问题了。（6）：利用音频将板子上面的音频接口和电脑连接，电脑放歌，声音开到适中，接通电源，如果喇叭发出声音，那么这次工程训练已经完成了百分之九十了，不成功，首先看看硬件上面适合出现问题，和数据手册上面的参考电路对应检查下，看看耳机适合完全插入音频接口中（我的出现的问题这个，害的我重新检查了一遍）。这部分电路不会出现大问题，只要按照数据手册上面给的参数就可以。只是音质的问题，音质和喇叭的关系很大，还有电容的质量，不过自己做个100HZ20KHZ的带通滤波器接入，那么音质肯定会有很大的改进，还有喇叭的安装方式（我在没有安装在盒子里面和没有在盒子里面音质相差蛮大的，