基于STC89C52单片机电子钟设计

信息科学与技术学院信息科学与技术学院 单片机原理及应用单片机原理及应用 课程设计报告课程设计报告 课题名称 课题名称 基于基于 STC89C52 单片机电子钟设计单片机电子钟设计 学生姓名 学生姓名 黄友黄友 学学 号 号 20105081192010508119 专业年级 专业年级 电信电信 1010 2 2 班 班 指导教师 指导教师 张更新张更新 完成时间 完成时间 2013 07 06 目 录 1 直流电机控制系统概述 1 1 1 系统描述 1 1 2 直流电机概述 1 2 题目及要求 2 2 1 题目 2 2 2 要求 2 3 直流电机功能设计及描述 2 3 1 直流电机的介绍 2 3 1 1 直流电机的结构 2 3 1 2 直流电机的工作原理 2 3 1 3 直流电机主要技术参数 3 3 1 4 直流电机的特点 3 3 1 5 直流电机的用途 4 3 2 数码管转速显示 4 3 3 电动机驱动电路设计 5 3 4 控制直流电机的状态 5 3 5 模块流程 6 4 总体方案设计 6 4 1 设计思路 6 4 2 设计原理 7 4 3 运行环境 7 4 4 详细设计 7 4 4 1 所需元件及功能 7 5 直流电动机调速控制电路仿真 8 5 1 原理图布局 8 5 2 运行结果图 9 6 源代码 11 7 总结 13 8 参考文献 14 1 基于基于 STC89C52 单片机电子钟设计单片机电子钟设计 1 1 单片机电子钟系统概述单片机电子钟系统概述 1 11 1 电子钟的描述电子钟的描述 数字电子钟是采用电子电路实现对年 月 日 时 分 秒数字显示的计 时装置 由于数字集成电路的发展和石英晶体震荡器的广泛应用 使得数字电 子钟的精度远远超过老式钟表 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方 便 成为人们日常生活中不可缺少的必需品 1 21 2 电子钟的概述电子钟的概述 20 世纪末 电子技术获得了飞速的发展 在其推动下 现代电子产品几乎 渗透了社会的各个领域 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 产品更新换代的节奏也越来越 快 随着科技的发展和社会的进步 人们对钟表的要求也越来越高 传统的钟 表已不能满足人们的需求 单片机在多功能电子钟中的应用已是非常普遍的 人们对电子钟的功能及工作顺序都非常熟悉 电子时钟是采用数字电路实现对时间 日期数字显示的计时装置 是人们 日常生活中必不可少的必需品 广泛用于个人家庭以及车站 航站 剧院 办 公室等公共场所 给人们的生活 学习 工作 娱乐带来极大的方便 纵观我们现在生活的各个领域 从导弹的导航装置 到飞机上各个仪表的 控制 从计算机的网络通讯与数据传输 到工业自动化过程的实时控制和数据 处理 以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡等 这些都离不开单片机 以 前没有单片机时 这些东西也能做 但是智能使用复杂的模拟电路 然而这样 做出来的产品不仅体积大 而且成本高 并且由于长期使用 与元件不断老化 控制精度自然也会达不到标准 在单片机产生后 我们就将控制这些东西变为 智能化了 我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路 核心部分只是由 人为的写入程序来完成 这样产品的体积变小了 成本也降低了 随着电子技 术的飞速发展 家用电器和办公电子设备逐渐增多 不同的设备都有自己的控 2 制器 使用起来很不方便 根据这种实际情况 设计了一个单片机多功能电子 钟系统 他可以避免多种控制器的混淆 利用一个控制器对多路电器进行控制 同时又可以进行时钟校准 它可以任意设置时间 这种具有人们所需要的智能 化特性的产品减轻了人们的劳动 扩大了数字化的范围 为家庭数字化提供了 可能 2 2 题目及要题目及要求求 2 1 题目题目 基于 STC89C52 单片机电子钟设计 2 22 2 要求要求 1 在 LCD1602 液晶显示器上显示年份 月 日 星期 时 分 秒 2 年 月 日 星期显示在第一行 格式 XX XX XX 星期 X 时 分 秒显示在第 二行 格式 XX XX XX 24 小时格式 3 用按键任意更改显示的时间 1 S1 按键功能是停止时钟 进行设置显示的时间 光标移动 2 在 s1 按下的时候 s2 进行时间的增加 按一次就增加 1 3 在 s2 按下的时候 s3 进行时间的减少 按一次就减少 1 3 3 方案选择与论证方案选择与论证 3 1 单片机芯片的选择方案和论证单片机芯片的选择方案和论证 1 方案一 采用 STC89C52 芯片作为硬件核心 STC89C52 内部具有 8KB ROM 存储 空间 512 字节数据存储空间 带有 2K 字节的 EEPROM 存储空间 与 MCS 51 系列单片机完全兼容 STC89C52 可以通过串口下载 2 方案二 采用 AT89S52 AT89S52 片内具有 8K 字节程序存储空间 256 字节的数据 存储空间没有 EEPROM 存储空间 也与 MCS 51 系列单片机完全兼容 具有在 线编程可擦除技术 由两种单片机都完全能够满足设计需要 而 STC89C52 相对 ATS89C52 价 格便宜 且抗干扰能力强 考虑到成本因素 因此选用 STC89C52 3 2 显示模块选择方案和论证 1 方案一 3 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 可用来显示数 但体积较大 且价格也相对较高 从便携实用的角度出发 不 采用此种方案 2 方案二 采用 LED 数码管动态扫描 LED 数码管价格便宜 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 3 方案三 采用 LCD 液晶显示屏 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 所以采用了 LCD 数码管作为显示 3 3 电路设计最终方案决定 综上各方案所述 对此次作品的方案选定 采用 STC89C52 单片机作为主控 制系统 采用 1602 LCD 液晶作为显示器件 4 硬件原理电路图的设计及分析硬件原理电路图的设计及分析 4 1 STC89C52 介绍 4 1 1 STC89C52 主要功能及 PDIP 封装 STC89C52 是由深圳宏晶科技公司生产的与工业标准 MCS 51 指令集和输出 管脚相兼容的单片机 STC89C52 主要功能如表 2 1 所示 其 PDIP 封装如图 2 1 所示 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系统8K 可反复擦写 Flash ROM 32 个双向 I O 口256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时 计数器中断时钟频率 0 24MHz 2 个串行中断可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源共 6 个中断源 2 个读写中断口线3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能 表 2 1 STC89C52 主要功能 4 1 2 STC89C52 引脚介绍 1 主电源引脚 2 根 VCC Pin40 电源输入 接 5V 电源 GND Pin20 接地线 2 外接晶振引脚 2 根 XTAL1 Pin19 片内振荡电路的输入端 XTAL2 Pin20 片内振荡电路的输出端 3 控制引脚 4 根 RST VPP Pin9 复位引脚 引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机 4 复位 ALE PROG Pin30 地址锁存允许信号 PSEN Pin29 外部存储器读选通信号 EA VPP Pin31 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 4 可编程输入 输出引脚 32 根 STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I O 口 分别位 P0 P1 P2 P3 口 每个口有 8 位 8 根引脚 共 32 根 P0 口 Pin39 Pin32 8 位双向 I O 口线 名称为 P0 0 P0 7 P1 口 Pin1 Pin8 8 位准双向 I O 口线 名称为 P1 0 P1 7 P2 口 Pin21 Pin28 8 位准双向 I O 口线 名称为 P2 0 P2 7 P3 口 Pin10 Pin17 8 位准双向 I O 口线 名称为 P3 0 P3 7 STC 89C52 40 39 38 34 35 36 37 27 28 29 30 31 32 33 23 24 25 26 22 21 P1 01 2 3 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 T0 P3 4 INTO P3 2 RXD P3 0 RST Vcc SCK P1 7 MISO P1 6 MOSI P1 5 P1 4 P1 3 P1 2 P1 1 TXD P3 1 INTI P3 3 T1 P3 5 WR P3 6 RD P3 7 XTAL2 XTAL1 GND P0 0 AD0 PSEN ALE PROG EA Vpp P0 1 AD1 P0 7 AD7 P0 6 AD6 P0 5 AD5 P0 4 AD4 P0 3 AD3 P0 2 AD2 P2 7 AD15 P2 6 AD14 P2 1 AD9 P2 2 AD10 P2 3 AD11 P2 4 AD12 P2 5 AD13 P2 0 AD8 图 2 1 STC89C52 PDIP 封装图 4 1 3 STC89C52 最小系统 最小系统是指能进行正常工作的最简单电路 STC89C52 最小应用系统 电路如图 2 2 所示 它包含五个电路部分 电源电路 时钟电路 复位电路 片内外程序存储器选择电路 输入 输出接口电路 其中电源电路 时钟电 路 复位电路是 保证单片机系统能够正常工作的最基本的三部分电路 缺 一不可 1 电源电路 芯片引脚 VCC 一般接上直流稳压电源 5V 引脚 GND 接电源 5V 的负极 电源电压范围在 4 5 5 之间 可保证单片机系统能正常工作 为提高电路的抗干扰性能 通常在引角 Vcc 与 GND 之间接上一个 10uF 的电 解电容和一个 0 1uF 陶片电容 这样可抑制杂波串扰 从而有效确保电路稳 5 定性 2 时钟电路 单片机引脚 18 和引脚 19 外接晶振及电容 STC89C52 芯片 工作频率可在 2 33MHz 范围之间选 单片机工作频率取决于晶振 XT 的频 率 通常选用 11 0592MHz 晶振 两个小电容通常取值 3pF 以保证振荡器 电路的稳定性及快速性 3 复位电路 一般若在引脚 RST 上保持 24 个工作主频周期的高电平 单片 机就可以完成复位 但为了保证系统可靠地复位 复位电路应使引脚 RST 保持 10ms 以上的高电平 如图复位电路带有上电自动复位功能 当电路上 电时 由于 C1 电容两端电压值不能突变 电源 5V 会通过电容向 RST 提供 充电电流 因此在 RST 引脚上产生一高电平 使单片机进入复位状态 随 着电容 C1 充电 它两端电压上升使得 RST 电位下降 最终使单片机退出复 位状态 正常运行时 可按复位按钮对单片机复位 E A V P 31 X 1 19 X 2 18 R ES ET 9 R D 17 W R 16 IN T 0 12 IN T 1 13 T 0 14 T 1 15 P10 T 1 P11 T 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 T XD 11 P00 39 R XD 10 P01 38 P02 37 P03 36 V cc 40 P04 35 A LE P 30 P05 34 PSE N 29 P06 33 P27 28 P07 32 P26 27 P20 21 P25 26 P21 22 P24 25 P22 23 P23 24 G ND 20 80 52 R 1 20 0 R 2 10 K 位位位位 C 1 10 uF C 2 30 uF C 3 30 uF C 4 10 uF C 5 0 1u F X T G ND G ND V CC 5V V CC 5V G ND 图 2 2 STC89C52 最小系统 4 2 LCD1602 液晶显示器介绍 4 2 1 LCD 1602 液晶概述 工业字符型液晶 LCD1602 是指显示的内容为 16 2 能同时显示两行 每 行 16 个字符 常见的 1602 字符液晶有两种 一种显示绿色背光黑色字体 另 一种显示蓝色背光白色字体 目前市面上绝大多数基于 HD44780 液晶芯片控制 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 2 5 所示 6 1 2 3 10 9 8 7 6 5 4 11 12 13 14 15 16 GND VCC VO D1 D0 E R W RS D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK LCD1602 图 2 5 LCD 1602 字符液晶 4 2 2 LCD1602 引脚介绍 编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1GND电源地2VCC电源正极 3VO液晶显示对 比度调节端 4RS数据 命令 选择端 5R W读写选择6E使能信号 7D0数据口8D1数据口 9D2数据口10D3数据口 11D4数据口12D5数据口 13D6数据口14D7数据口 15BLA背光电源正16BLK背光电源负 表 2 4 1602 字符液晶引脚说明 各个引脚具体功能说明 第 1 脚 GND 为地电源 第 2 脚 VCC 接 5V 正电源 第 3 脚 VO 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重影 使用一个 1K 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 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 7 14 脚 DB0 DB7 为 8 位双向数据线 第 15 16 脚 背光灯电源 4 2 3 LCD1602 字符液晶使用方法 1 基本操作时序 操作输入输出 7 读状态RS L RW H E HD0 D7 状态字 读数据RS H RW H E HD0 D7 数据 写数据 RS H RW L D0 D7 数据 E 高脉 冲 无 表 2 5 1602 字符液晶读写状态表 图 2 6 1602 液晶写时序图 图 2 7 1602 液晶读时序图 2 RAM 1602 液晶控制器芯片内部带有 80 个 8 位的 RAM 缓冲区 其地址和屏幕的 对应关系如图 2 8 示 8 5 系统系统流程图流程图 5 1 电路设计框图 STC 89C52 LCD 显示模块显示模块 键盘模块键盘模块 5 2 系统流程图 9 开始 显示年 月 日 星期 时 分 秒 是否 有调 按 K13 键 1 下 2 下 3 下 4 下 5 下 6 下 7 下 调秒调分调时调年调月调日调星 期 按 K14 键 加 1按 K15 键 减 1 是否调完 按 K16 键 N Y N Y 返回 显示主 程序 10 5 3 硬件框图 5 3 1LCD1602 框图 程序主要实现对信息的显示 包括年 月 日 星期 时 分 秒等信息 在这里要注意它的读写控制指令 其流程图如图 3 3 所示 开始开始 RW 和和 E 都置零都置零 设置点阵设置点阵 8 位数据接口 两行显示位数据接口 两行显示 开显示 不显示光标开显示 不显示光标 地址指针加地址指针加 1 画面不一定 画面不一定 刷新 全部清零刷新 全部清零 给地址 从第一行开始写给地址 从第一行开始写 显示第一行数据显示第一行数据 给第二行地址 显示第二行数据给第二行地址 显示第二行数据 结束结束 图 3 3 LCD1602 初始化流程图 11 5 3 2 STC89C52框图 N 24 小时到 分单元清零 时单元加 1 N N N Y Y 时单元清零 时间显示 中断返回 开始 一秒时间到 60 秒时间到 60 分钟到 秒单元加 1 秒单元清零 分单元加 1 Y Y 12 6 6 编程思路 编程思路 编程思路是 在确定了时钟要实现的功能后按照上述各按键所实现的效果 编写程序 本程序包含液晶写指令函数 write com 写数据函数 write data 初始化函数 init 写入时分秒函数 write sfm 写入月和 日函数 write nyr 别指出 由于年包含四位数字其写法与月和日不同 故 单独设置一个写入年函数 写入星期函数 write xq 和键盘扫描函数 这 些程序围绕主函数互相嵌套调用 7 7 系统评价 系统评价 此时钟设计是利用 STC89C52 单片机进行设计 基本上实现了课程设计要求 实现的功能 硬件部分设置了的 4 个按键 当按键 K13 按下时 进入光标显示状态 计 数器停止工作 时钟也停止 进入设置时间的状态 在 K13 按下的情况 按键 K14 按下时 对应光标的数据随着 K14 按键的按下的次数而变化 具体是按键 一次就是增加一个单位 在 K13 按下的情况 按键 K15 按下时 对应光标的数 据随着 K15 按键的按下的次数而变化 具体是按键一次就是少一个单位 在增 加和减少设置的选项中也加入了闰年平年的判断 更利于设置 K16 按下的时 候 推出设置状态 计数器工作 开始计时 调试阶段 出现一些问题 比如 实际小时显示到 29 才归零 分钟显示到 60 才进一 以上问题均一一排除 结果达到预期目标 但时间有限 1 按键问题 我的设计中 很多功能选择是通过按键开关实现的 在仿真中发现 调整数值时 有时按键反应太快 按一次 跳了几下 使设置时间 日期很不 方便 但是仿真多了之后 找到了按键 实际上是按鼠标 的节奏 对按键的 掌控力提高了不少 不怎么会出现跳变的情况了 有些开关我采用了长按键的 方式来防抖 效果不错 但是每次都要长按键 调整效率太低 我没有普及 本来想把所有的按键都加延时防抖电路 但仿真中感觉对键盘的控制力没提高 多少 有时还是会出问题