基于单片机的定时闹钟的设计-论文精品资料.doc
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1、毕业设计论文论文题目:基于单片机的定时闹钟的设计系 部 电子通信工程系 专 业 通信网络与设备 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 毕业设计/论文摘 要随着科技的快速发展和生活水平的不断提高,人们对时钟的精确度和实用性要求越来越高。本文采用AT89S52单片机,通过DS1302日历芯片进行定时,并通过LCD1602液晶进行显示。通过C语言程序编写,将设计出更准确定时、更省电的数字时钟。单片机数字时钟具有设置时间、日期、星期的基本功能,并且能够显示年、月、日、时、分、秒、星期。单片机数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化,实践证明单片机数字时钟具有更加准确性、精密性等功能。关键词:数字时钟
2、;DS1302;LCD1602;AT89S52ABSTRACTIn daily life, time is science, technology and everyday life is one of the most basic physics, we often deal with temporal clocks, such as hand watch, wall clock, even on a computer program, the clock on the phone can be generalized a clock display on the clock, along
3、with the rapid development of technology and the continuous improvement of living standards, people on the clocks accuracy and practical demand is higher and higher. Based on the single chip microcomputer principle, USES the monolithic integrated circuit AT89S52 series, through the hardware circuit
4、and software production procedure formulation, will design a more accurate timing, electricity -saving digital clock, SCM in performance or digital clock no matter in style have undergone a qualitative change, digital clock has proved microcontroller more accuracy, precision sex etc. Function. Key W
5、ords Digital clock ; DS1302; LCD1602;目录摘 要第1章 绪论11.1单片机的发展史11.2 单片机的应用11.3 单片机发展趋势2第2章 系统的硬件设计与实现42.1 系统概述42.2模块电路的设计52.2.1时钟电路52.2.2液晶LCD1602显示电路72.2.3 复位电路与晶振电路92.3 总体电路图设计9第3章 系统的软件设计与实现113.1 程序功能113.2 编程思路113.3 程序设计流程图113.3.1 DS1302软件设计流程图123.3.2 LCD1602程序序流程图133.4写入显示数据到LCD子程序模块设计:163.5时间闹铃设置流程
6、16第4章 用PROTEUS ISIS仿真174.1 简单项目设计过程174.2仿真执行214.2.1一般仿真21第5章 系统组装与调试235.1 硬件系统的组装与调试235.2 软件调试24第6章 结束26致谢27参考文献28附录29第1章 绪论1.1单片机的发展史单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。随着大规模集成电路技术的发展,可以将中央处理器(CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)定时器计数器以及输入/输出(I/O)接口电路等主要计算机部件,集成在一块电路芯片上。虽然单片机只是一个芯片,但从组成和功能上,都已具有了微机系统的含义。由于单片机能独立执行内部程序,所
7、以又称它为微型控制器(Microcontroller)。单片机自从问世以来,性能在不断的提高和完善,它不仅能够满足很多应用场合的需要,而且具有集成度高、功能强、速度快、体积小使用方便、性能可靠、价格低廉等特点。因此,在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信、智能接口、商业营销等领域得到广泛的应用,并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所重视,所以更扩大了单片机的应用范围,也进一步促进了单片机技术的发展,单片机的发展史大致可分为三个阶段。第一阶段(1976-1978):初级单片机微处理阶段。该时期的单片机具有8位CPU,并行I/O端口、8位时序同步计数器,寻址范围
8、4KB,但是没有串行口。第二阶段(1978-1982):高性能单片机微机处理阶段,该时期的单片机具有I/O串行端口,有多级中断处理系统,15位时序同步技术器,RAM、ROM容量加大,寻址范围可达64KB。第三阶段(1982-至今):8位单片机微处理改良型及16位单片机微处理阶段。1.2 单片机的应用由于单片机具有显著的优点,它已成为科技领域的有力工具,人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域,主要表现在以下几个方面:(1) 单片机在智能仪表中的应用单片机广泛地用于各种仪器仪表,使仪器仪表智能化,并可以提高测量的自动化程度和精度,简化仪器仪表的硬件结构,提高其性能价格比。(2) 单片机在机电一体
9、化中的应用机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体,具有智能化特征的机电产品,例如微机床、钻床等。单片机作为产品中的控制器,能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点,可大大提高机器的自动化、智能化程度。(3) 单片机在实时控制中的应用单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如,在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中,都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能,可使系统保持在最佳工作状态,提高系统的工作效率和产品质量。(4) 单片机在分布式多机系统中的应用在比较复杂的系统中,常采用分布式多机系统。多机系统
10、一般由若干台功能各异的单片机组成,各自完成特定的任务,它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机,安装在系统的某些节点上,对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力,使它可以置于恶劣环境的前端工作。(5) 单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后,它就步入了人类生活,如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后,提高了智能化程度,增加了功能,倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。1.3 单片机发展趋势目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展,其发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低
11、价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势:(1) CMOS化近年,由于CHMOS技术的进小,大大地促进了单片机的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外,还具有功耗的可控性,使单片机可以工作在功耗精细管理状态。这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的原因。因为单片机芯片多数是采用CMOS(金属栅氧化物)半导体工艺生产。CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。采用双极型半导体工艺的TTL电路速度快,但功耗和芯片面积较大。随着技术和工艺水平的提高,又出现了HMOS(高密度、高速度MOS)、CHMOS工艺以及CHMOS和HMOS工艺的结合。目前生产的C
12、HMOS电路已达到LSTTL的速度,传输延迟时间小于2ns,它的综合优势已大于TTL电路。因而,在单片机领域,CMOS电路正在逐渐取代TTL电路。(2) 低功耗化单片机的功耗已从mA级,甚至1uA以下;使用电压在36V之间,完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低,而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。(3) 低电压化几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。允许使用的电压范围越来越宽,一般在36V范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达12V。目前0.8V供电的单片机已经问世。(4) 低噪声与高可靠性为提高单片机的抗电磁干扰能力,使产品能适应恶劣的工作环
13、境,满足电磁兼容性方面更高标准的要求,各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。第2章 系统的硬件设计与实现2.1 系统概述本系统是由AT89S52单片机为控制核心,具有在线编程功能,低功耗,能在3V超低压环境中工作;显示部份使用LCD1602B液晶模块进行数字显示,1602B液晶模块可以显示2行16个字符,有8位数据总线D0D7,和RS、R/W、EN三个控制端口,工作电压为5V,并且带有字符对比度调节和背光。该模块也可以只用D4-D7作为四位数据分两次传送,这样就可以节省MCU的I/O口资源,系统主要由晶振电路、复位电路、时钟电路部分、中央处理单元、晶显示部分组成,单片机数字时钟的设
14、计流程如图2.1所示。电路总体框图设 单片机AT89S52LCD1602DS1302时钟芯片复位电路按键电路晶振蜂鸣器电源图2.1 电路总体框架图2.2模块电路的设计2.2.1时钟电路时钟电路为整个单片机系统产生时间基准,是单片机系统必须的部分;本系统采用美国DALLAS公司推出的DS1302实时时钟芯片,工作电压为2.5V-5.5V,采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据,该芯片是采用串行方式的实时时钟芯片,串行方式的实时时钟芯片大多数是将地址线、数据线、控制线合为一根串行传输数据的传号线,这种方式的有点是信号线少、电路连接简单、节省系统资源和
15、电路板的面积,缺点是程序编写复杂、工作量比较大,且操作速度较慢,接下来我们来分析一下DS1302的性能与原理。DS1302的性能: 、 计算2100年之前的秒、分、时、日、星期、月和年,能进行闰年调整; B、31字节数据RAM;C、引脚与TTL兼容;D、工作电流小于300nA,有备份电源和涓流充电能力; DS1302引脚定义:I/O:数据输入/输出引脚 SCLK:串行时钟输入引脚 RST复位引脚GND:接地引脚 Vcc1、Vcc2:工作电源、备份电源引脚 X1、X2:晶振接入管脚。晶振频率为32.768KHz。 DS1302的操作:命令字格式如图2.2所示: 图2.2命令字格式D7位:固定为1
16、 R/C位:为0时选择操作时钟,为1时选择操作RAM A4A3A2A1A0:操作地址 R/W位:为0时进行写操作,为1时进行读操作 单字节操作如图2.3所示:图2.3写操作 图2.3读操作多字节操作(突发模式) :每次写入或读出8个字节时钟日历数据或31个字节RAM数据。与单字节时相似,仅需将A0A4换成“11111” 。DS1302的寄存器:DS1302有12个寄存器,其中有7个寄存器与日历、时钟相关,存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字,表(2.1)为日历寄存器功能表。表2.1 日历时钟寄存器功能表DS1302与单片机的接口: 图2.4 DS1302与单片机的接口图2.
17、2.2液晶LCD1602显示电路1602B液晶模块可以显示2行16个字符,有8位数据总线D0D7,和RS、R/W、EN三个控制端口,工作电压为5V,并且带有字符对比度调节和背光。该模块也可以只用D4-D7作为四位数据分两次传送,这样就可以节省MCU的I/O口资源,液晶LCD1602引脚情况如下表2.2所示;液晶LCD1602最小系统图如2.5所示。表2.2LCD1602引脚功能表 图2.5液晶LCD1602最小系统图 图2.5液晶LCD1602最小系统图 2.2.3 复位电路与晶振电路复位电路是单片机系统必须的,用来为单片机提供正确的复位信号;振荡电路就为单片机工作提供了所需要的时钟脉冲信号,
18、使单片机的开始正常工作;如图所示 18脚和19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,电阻及开关后能够形成上电复位电路。 图2.6复位电路与晶振电路2.3 总体电路图设计下图为总体电路设计图,如图2.7所示。图2.7总体电路图第3章 系统的软件设计与实现3.1 程序功能 数字时钟程序主要完成以下的功能:1、该数字钟能够准确显示年、月、日、时、分、秒、星期;2、可以进行闹钟的设置;3、能够实现设置时间、日期、星期;3.2 编程思路采用主从两个单片机
19、系统,从系统对各个参数,然后以串行通信传送到上位机,然后进入下一轮检测。当主系统需要显示这些参数时,允许接受数据,然后进行处理显示。在主系统当中,初始化之后,读DS1301内部时间数据并显示,然后进行按键判断,对按键请求进行处理,结束之后,程序回到读DS1302时间数据处形成循环。共12个按键,低电平有效,按键选择要调整的年,月,日,星期,小时,分钟,闹钟;状态0:model=0,字钟正常时钟显示状态。状态1:model=1,进入时,分,秒的调整。状态2:model=2,进入年,月,日,星期的调整。状态3:model=3,进入闹钟的设置。3.3 程序设计流程图系统主程序首先对系统进行初始化,包
20、括设置液晶LCD1602、都是DS1302和端口的初始化,程序主要包括3个方面的内容,一是利用日历芯片完成时钟的时间控制,在这里我们使用了功能丰富的日历芯片DS1302;二是利用按键和开关触发外中断,改变时钟的运行模式;三是单片机控制的液晶显示模块显示时间和相关功能的计数值,主程序流程图、时间调整流程图如下,主程序如同3.1所示。开始LCD1602DS130初始化显示时间进入模式选择状态年、月、日期的设置时、分、秒的设置闹铃的设置退出图3.1主程序流程图 3.3.1 DS1302软 DS1302初始化从DS1302中读出数据,让入RAMLCD模块显示时间扫描按键时间设置调用显示屏子程序开始数据
21、写回DS1302保存 返回主显单件设计流程图图3.1 DS1302软件设计流程图数字时钟需要调整年,月,日,星期,小时,分钟,闹钟等的设置,所以软件程序设计如图3.2所示。 图3.2 时间调整程序流程图3.3.2 LCD1602程序序流程图 1602基本操作时序:写操作时序: 图3.3写操作时序时序时间表:表3.1时序时间表LCD1602主程序流程图: A 、 主程序主要完成硬件初始化、子程序调用等功能,主程序设计流程图如图3.4所示:初始化堆栈指针调用LCD初始化子程序调用字符显示子程序显示第二行字符调用字符显示子程序显示第一行字符开始 图3.4 LCD主程序流程图RS0时,选择指令寄存器读
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