毕业设计---电子定时闹钟设计.doc
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1、湖 南 省 娄 底 职 业 技 术 学 院 学生毕业设计论文题 目: 电子定时闹钟设计 姓 名: 韦 佳 佳 学 号: 208310149 系 部: 电子信息工程系 专 业: 电子工艺与管理 指导老师: 吴 水 平 开题时间: 完成时间: 湖南省娄底职业技术学院教务处制目录摘要3第一章 概述.41.1 设计本系统的目的和意义.4第二章 系统硬件设计.42.1 电路总体概念设计42.2 单片机的介绍52.3 单片机的选择62.4 复位电路.72.5 时钟电路.82.6 LCD电路显示局部.9第三章 软件设计93.1 软件设计概述.93.2 程序初始化.93.3 显示程序113.4 仿真执行12总
2、结12参考文献12致谢13附录一、源程序代码14附录二、电路原理图41 摘 要现代生活的人们越来越重视时间观念,可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说,时间的不准确会带来非常大的麻烦,电子时钟是现代社会中主要计时工具之一,广泛应用于 ,电脑,汽车等社会生活需要的各个方面,及对时间有要求的场合。 本设计系统可以显示24小时制“时时-分分-秒秒,LCD显示;可以显示日期,具有万年历功能;可以方便的设定定时时间、修改定时时间,闹钟功能预设定时时间到将发出音乐闹铃声;能够修改时钟的时、分、秒,能够修改日期的年、月、日等多种功能。硬件系统由复位模块、时钟模块、温度模块
3、、音乐模块、光识模块及显示模块共五个模块组成,可用LCD液晶显示来显示时间和年、月、日。软件局部采用时效性强的汇编语言,用模块式结构编写程序来完成系统的控制要求。 本LCD电子定时闹钟是以一片AT89C51单片机为主体,一种基于单片机技术的多功能、多用途的电子产品,有电子时钟、日期显示、定时闹钟等多种功能。本设计产品性能卓越,功能丰富,采用LCD显示更加直观,是一个比拟实用的电子产品,具有一定的市场推广价值。 关键词:单片机,电子钟,LCD显示 第一章 概述 1.1 设计本系统的目的和意义一 目的一、 复习和稳固所学过的知识,利用此毕业设计正好可以对所学过的知识惊喜系统的回忆和总结。二、 拓展
4、知识面,课堂的知识是远远满足不了设计的要求的,这就需要我们主动去找寻更多的资料,了解更多的知识。三、 培养了设计能力和解决实际问题的能力,同时增强了自学能力,通过设计完整的单片机系统也初步掌握了组成系统、编程、调试等能力。四、 通过本LED电子定时闹钟的设计初步了解了单片机应用系统开发研制过程,软件和硬件设计的方法。二 意义本LCD电子定时闹钟是以一片AT89C51单片机为主体,一种基于单片机技术的多功能、多用途的电子产品,有电子时钟、日期显示、定时闹钟等多种功能。本设计产品性能卓越,功能丰富,采用LCD显示更加直观,是一个比拟实用的电子产品。第二章 系统硬件设计 2.1 电路总体概念设计 本
5、LCD定时闹钟,是以单片机及外围借口电路为核心,辅以其他外围硬件电路,用汇编语言设计的程序来实现的。根据C51单片机的外围接口特点扩展相应的硬件电路,然后根据单片机的指令设计出数字钟相应的软件,再利用软件执行一定的程序来实现数字钟的功能。由于采用集成芯片性的单片机,来制作电子钟,这样设计制作简单而且功能多、精确度高,也可方便扩充其他功能,实现也十分简单。本设计是利用AT89C51单片机为主控芯片,由LCD、晶振、电阻、电容、三极管,开关,蜂鸣器等元件组成硬件电路,通过编写软件程序来实现和控制的数字定时闹钟。总体的硬件系统结构框如下图:AT89C51震荡电路调时电路喇叭LCD片选代码 图1 硬件
6、电路概念示意图2.2 单片机的介绍1.单片机定义“单片机就是将计算机的根本部件集成到一块芯片上,包括CPUCentral Processing Unit、ROM(Read Only Memory)、RAMRandom Access Memory、并行口Parallel Port、串行口(Serial Port)、定时器计数器(Timer/Counter)、中断系统(Interrupt System)、系统时钟及系统总线等。2.单片机分类单片机按照其用途可分为通用型和专用型两大类。通用型单片机具有比拟丰富的内部资源,性能全面且适应性强,能覆盖多种应用需求。专用单片机是专门针对某个特定产品的,例如
7、,专用于电机控制的单片机、车载电子设备、语音信号处理和家用电器中的单片机等。 2.3 单片机的选择 根据系统的需求选用单片机AT89C51。1 MSC-51单片机内部总体结构: 89C51是MSC-51系列单片机的典型产品,89C51单片机包含中央处理器、程序存储器ROM、数据存储器RAM、定时/计时器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明: 下列图为单片机的内部结构图: 定时/计数器中断系统并行I/O接口CPU存储器并行I/O接口P0-P3TXDRXDTINT 图2 MCS-51单片机内部结构图中央处理器: 中央处理器CPU是整
8、个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。 数据存储器RAM: 89C51内部有128个8位用于用户数据存储单元和128个专门存放器单元,它们是统一编址的,专用存放器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。 程序存储器ROM: 80C51的程序存储器的内部结构有64KB,包括片内ROM和片内ROM,ROM空间用MOVC指令实现读写操作,用PSEN信号选通读外部ROM.
9、定时/计时器ROM:89C51有两个16位的可编程定时/计时器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 并行输入输出I/O口: 89C51共有4组8位I/O口P0、P1、P2或P3,用于外部数据的传输。 全双工串行口: 89C51内置一个全双工行通信口,用于与其他设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。 中断系统:89C51具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计时器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。2 单片机的引脚功能 硬件电路的核心器件选用ATMEL公司的AT89C51芯片,AT89C51是一种4K字节闪
10、烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能COMS8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除卡存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制作技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。下列图是AT89C51的引脚说明图:图3 AT89C51的引脚配置图管脚说明: 电源:1Vcc - 芯片电源,接+5V; 2Vss - 接地端; P0口:P0口为一个8位漏极开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电
11、流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0口能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。 P1口: P1口是一个不提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后被内部上拉为高。可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 表1 P1.0和 P1.1的第二功能引脚号功能特性P1.0T2定时/计数器2外部技术,脉冲输入,时钟输出P1.1T2EX
12、定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制 P2口:P2口作为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1时,其管脚内部被上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口暑促地址的高八位。在给出地址“1时,它利用内部上拉优势,当时外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能存放器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。 P3口: P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1后,它们被内部上拉为高电平,
13、并用作输入,作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流TTL这是由于上拉的缘故。RST : 复位输入,当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG: 当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节,在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲,在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器的1/6,因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 /PSEN: 外部程序存储器的选通信号。在有外部程序存储器取指期间每个机器周期两次/PSEN有效,但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP: 当/
14、EA保持低电平时,那么在此期间外部程序存储器0000H-FFFFH,不管是否有内部程序存储器,注意加密方式1时。/EA将内部锁定RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器在FLASH编程期间,次引脚也用于施加12V编程电源VPP。 XTAL1: 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2: 来自反向振荡器的输出。2.4 复位电路复位是单片机的初始化操作,只要RST引脚处至少保持2个及其周期的高电平就可实现复位。本系统的复位电路如下列图所示: 图4 复位电路 2.5 时钟电路 本电子时钟设计是采用内部时钟方式,用一个12MHz晶振和两个33PF电容组成,为单片机提供标
15、准时钟,其中两个电容起微调作业。本系统的时钟电路如下列图所示:图5 时钟电路之所以采用高性能的振荡电路是因为:1、 单片机电子钟的计时脉冲基准是由外部晶振的频率经过12分频后提供的,采用内部的定时/计数器来实现计时功能,所以,外接晶振频率精确度直接影响电子钟计时的准确性。2、 单片机电子钟利用内部定时/计数器溢出产生中断12M晶振一般为50ms再乘以相应的倍率来实现秒、分、时的转换。大家都知道从定时/计数器产生中断请求到响应中断需要3-8个机器周期,定时中断子程序中的数据入栈和重装定时/计数器的初值还需要占用数个机器周期,还有从中入口转到中断子程序也要占用一定的机器周期。2.6 LCD显示电路
16、 一、LCD的介绍1、LCD的背景LCDLiquid Crystal Display对于许多的用户而言可能是一个比拟新鲜的名词,不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想象,早在1888年,一位奥地利的植物学家F.Renitxer便发现了液晶特殊的物理特性。二、 LCD的选材为了获得更好的效果本设计并没有采用常见的LED,而是采用了型号为1602的 LCD。LCD有LED数码显示更好的更的直观效果,也更加经久耐用。液晶显示模块体积小功耗低、显示内容丰富,现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件之一了。本LCD是2行16列液晶 可显示2行16列英文字符,有8位数据总线D
17、0-D7,RS,R/W,EN三个控制端口共14线,工作电压为5V。没背光,和常用的1602B功能和引脚一样除了调背光的二个线脚。该模块也可只用D4-D7作为四位数据分两次传送。这样的话可以节省MCU的I/O口资源。VDD:电源正极,4.55.5V,通常使用5V电压;VL:LCD比照度调节端,电压调节范围为05V。接正电源时比照度最弱,接地电源时比照度最高,但比照度过高时会产生“鬼影,因此通常使用一个10K的电位器来调整比照度,或者直接串接一个电阻到地;RS:MCU写入数据或者指令选择端。MCU要写入指令时,使RS为低电平;MCU要写入数据时,使RS为高电平;R/W:读写控制端。R/W为高电平时
18、,读取数据;R/W为低电平时,写入数据;E:LCD模块使能信号控制端。写数据时,需要下降沿触发模块。D0D7:8位数据总线,三态双向。如果MCU的I/O口资源紧张的话,该模块也可以只使用4位数据线D4D7接口传送数据。本充电器就是采用4位数据传送方式;BLA: LED背光正极。需要背光时,BLA串接一个限流电阻接VDD,BLK接地,实测该模块的背光电流为50mA左右;BLK: LED背光地端。第三章 软件设计3.1软件设计概述这里用汇编的单片机程序构成了本电子钟的软件系统。该程序实现时间及定时时间以0点0分0秒为基准计算,闹铃定时以0时0分0秒为基准计算的显示,有外中断0和四个开关实现校时、闹
19、钟功能。其中程序的晶振频率为12MHz,最小计时单位为1/20秒。主芯片p0.1-p0.7输出数据到LCD数据总线,p2.0-2.2输出LCD控制信号,P3.7输出声音信号,.P1.4-P1.5输入外部控制信号,整个软件系统也是根据这个关系连接成一个完整的系统。3.2程序初始化 下列图为本设计的主程序流程图:程序初始化P1.4=1?显示日期时间判断是否到定时时间LS1蜂鸣器响显示闹钟定时NOYESYES 图6 主程序流程图下列图为本设计的程序分流程图:CPU系统初始化定时器0初始化定时器1初始化串口初始化显示待机指示符判设置闹铃时间否?设定闹铃时间显示刷新启动走时有关变量初始化判断日期是否初始
20、化刷新显示判断时间是否变化秒指示判断是否到闹铃时间闹铃延时YYYY 图7 程序分流程图然后就是对LCD进行初始化,具体程序见附录1。闹钟的实现:闹钟功能的实现涉及到两个方面:闹铃时间设定和是否闹铃判别与相应处理。闹铃时间设定模块的设计可参照时间设定模块,这里着重阐述闹铃判别与处理模块的设计问题。闹铃判别与闹铃处理的关键在于判别何时要进行闹铃。当时十位、时个位、分十位、分个位中任一位发生改变进位时,就必须进行闹铃判别。程序设计思想如下列图:中断返回设置闹铃标志去除闹铃标志中断返回判当前时间是设定时间是否设置了闹铃时十位、个位,分十位、个位改变了闹铃判别处理YYN 图8 闹铃实现流程图3.3 显示
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- 毕业设计 电子 定时 闹钟 设计
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