毕设-多功能数字钟设计(共54页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘要数字钟已经成为我们生活中不可或缺的必需品,人们需要随时了解时间来安排自己的工作、学习等生活作息。设计一款电子钟对于电子信息专业学生也是一次很好的理论结合实际的锻炼。本论文设计采用AT89S52单片机作为控制核心,功耗小,能在3V的低压工作,电压可选用35V电压供电。时钟电路采用了美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟电路DS1302。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,还具有闰年补偿等多种功能,而且DS1302的使用寿命长,误差小。本设计对于数字钟显示采用了LCD液晶显示屏,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
2、,图形,显示多样,清晰可见,省了很多麻烦。本设计还增加了温度测量功能和闹铃功能。 此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理,从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时序电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法. 本论文设计的电子钟具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁多优点。关键词: 时间 , 数字钟 ,单片机 , 逻辑电路 ,时序电路AbstractA digital clock has become our life essentials, people
3、need to understand time to arrange their work,tudy life and rest. Design a edigital clock for students of electronic information is a good exercise of combining theory with practiceThis paper adopts AT89S52 SCM control design as the core, power consumption is small, can work in the low voltage 3V, c
4、an choose 3 5V voltage power supply. The clock circuit uses the DALLAS company has Juan fine current charge of low-power real-time clock DS1302 circuit. It can be on time for year, month, day, week,minutes and seconds, also has a variety of functions such as a leap year compensation. DS1302 and the
5、useing life is long, small error. This design for a digital clock shows adopted LCDdisplay, it can display a powerful function, such as text graphics, show diversity, visible, saved a lot of trouble. This design has increased temperature measurement function and alarm function. The design and making
6、 of digital clock is to understand the principle, thus to make a digital clock. And through the digital clock make further understanding of various in production in small scale integrated circuit and practical method. And because of a digital clock including assembly logic circuit and sequential cir
7、cuit. Through it can be further to learn and master all the assembly logic circuit and the sequential circuits using the principle and method. This paper designs a digital clock is convenient, intuitive and various functions, simple circuit more advantages.KEY WORDS: time,digital clock ,SCM,ogical c
8、ircuit,sequential circuit目 录 第一章 绪论1.1 课题背景数字钟已经成为人们日常生活中不可缺少的必需品,广泛的应用于家庭以及办公室等公共场所。给我们生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术,使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点,它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。尽管目前市场上已有现成的数字中集成电路芯片出售,价格便宜、使用也方便,但鉴于单片机的定时功能也可以完成数字钟的电路设计,因此进行数字钟的设计是必要的。本论文将零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际,来培养大学生的综合分析和设计电路
9、,写程序、调试电路的能力。图 1-1 常用数字钟示例1.2课题意义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,但是只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,
10、长期使用也不会担心精度达不到标准。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数字钟系统,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和闹钟。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。1.3 本文的主要工作本设计基于单片机技术原理,以单片机芯片AT89C52作为核心控制器,通过硬件电路的制作已经软件程序的编制,设计制作出一个多功能数字钟系统。该时钟系统主要由时钟模块、闹钟模块、显示模
11、块、控制模块组成。系统具有简单清晰的操作界面,能在4V6V直流电源下正常工作。能够准确显示时间,可随时进行时间调整,具有闹铃时间设置、闹铃开关功能。设计以硬件软件化为指导思想,充分发挥单片机功能,大部分能通过软件编程来实现,电路简单明了,系统稳定性高。同时,该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点,具有很强的实用性。由于系统所用的元器件较少,单片机被占用的I/O口不多,因此具有一定的可扩展性。在电子钟设计和开发中,本文主要具体工作主要包括以下几点:1)数字钟系统的流程设计;2)根据系统的流程主要设计了数字钟的硬件电路;3)根据硬件电路进行软件程序设计;4)对设计的电子钟进行了仿真与调试。第二章 电
12、路的硬件设计2.1 电路方案的选取2.1.1单片机芯片的选择方案方案一: 采用89C51芯片作为硬件核心,采用Flash ROM,内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二: 采用AT89S52,片内ROM全都采用Flash ROM;能以3V的超底压工作;同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间,同样具有89C51的功能,且具有在线编程
13、可擦除技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,不需要对芯片多次拔插,所以不会对芯片造成损坏,所以选择采用AT89S52作为主控制系统。2.1.2 显示模块选择方案方案一: 采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字合适,与液晶相比,耗电及体积大与液晶相比,耗电及体积大,所以也不用此种作为显示。方案二: 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,图形,显示多样,清晰可见,省了很多麻烦,所以在此设计中采用LCD液晶显示屏。2.1.3电路设计最终方案决定综上各方案所述,对本次设计方案选定:采用AT89S52作为主控制系统
14、;DS1302提供时钟;LCD液晶显示屏作为显示。电路设计框图如下所示DS1822温度模块LCD液晶显示屏显示模块AT89S51主控制模 块 DS1302时钟模块键盘模块图2-1系统原理图2.2 系统硬件介绍本电路是由AT89S52单片机为控制核心,具有在线编程功能,低功耗,能在3V超低压工作;时钟电路由DS1302提供,它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与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或RAM数据。DS1302内部有一个31*8的用于临时性存放
15、数据的RAM寄存器。可产生年、月、日、周日、时、分、秒,具有使用寿命长,精度高和低功耗等特点,同时具有掉电自动保存功能;温度的采集由DS18B20构成;显示部份由LCD液晶显示屏显示。2.2.1 AT89C52单片机简介AT89C52是51系列的一个型号,它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C
16、52单片机可提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线,AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求 。 图 2-2 AT89C52 引脚分布图2.3 主要单元电路的设计2.3.1 单片机主控制模块的设计 AT89S52单片
17、机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3,每一条I/O线都能独立地作输出或输入。单片机的最小系统如下图所示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出。第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端。如下图所示: 图2-3 主控制系统 2.3.2 时钟电路模块的设计图.2-4示出DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源,Vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下,也能保持时钟的连续运行。DS1
18、302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时,Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时,DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源,外接32.768KHz晶振。RST是复位/片选线,通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能:首先,RST接通控制逻辑,允许地址/命令序列送入移位寄存器;其次,RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时,所有的数据传送被初始化,允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RSTS置为低电平,则会终止此次数据传送,I/O引脚变为高阻态。上电动行时,在Vcc大于等于2.
19、5V之前,RST必须保持低电平。中有在SCLK 为低电平时,才能将RST置为高电平,I/O为串行数据输入端(双向)。SCLK始终是输入端。 图2-4 DS1302的连接图2.3.3 时钟电路原理及说明(1) 时钟芯片DS1302的工作原理: DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化,先把SCLK端置 “0”,接着把RST端置“1”,最后才给予SCLK脉冲;读/写时序如下图4所示。DS1302的控制字的位7必须置1,若为0则不能把对DS1302进行读写数据。对于位6,若对程序进行读/写时RAM=1,对时间进行读/写时,CK=0,位1至位5指操作单元的地址。位0是读/写操作位,进行读操作时,
20、该位为1;该位为0则表示进行的是写操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。表.2为DS1302的日历、时间寄存器内容:“CH”是时钟暂停标志位,当该位为1时,时钟振荡器停止,DS1302处于低功耗状态;当该位为0时,时钟开始运行。“WP”是写保护位,在任何的对时钟和RAM的写操作之前,WP必须为0。当“WP”为1时,写保护位防止对任一寄存器的写操作。(2) DS1302的控制字节:DS1302控制字节的高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入DS1302中,位6如果0,则表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据;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
21、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输出命令字节的格式如图所示.表 2-1 命令字节格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 R/c A4 A3 A2 A1 A0 R/w (3) 数据输入输出(I/O)在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入从低位即位0开始。同样,在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据,读出数据时从低位0位到高位7。图2-5 单字节传送操作格式图2-6 多字节突发模式操作格式(4) DS1302的寄存器DS1302有12个寄存器,其中有7个寄存器与日历、时钟相
22、关,存放的数据位为BCD码形式。 此外,DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类:一类是单个RAM单元,共31个,每个单元组态为一个8位的字节,其命令控制字为C0HFDH,其中奇数为读操作,偶数为写操作;另一类为突发方式下的RAM寄存器,此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节,命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。 表2-2DS1302片内各寄存器数据格式时钟/RAM 数 据 格 式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
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