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基于单片机的数字时钟.docx

发布时间：2022-06-15 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.11M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    引言
    1.1时钟计时的方案选择
    1.2时钟显示的方案选择
    第2章 系统的硬件设计
    2.1 系统硬件的整体设计
    2.2 主控制模块的方案选择与设计
    2.2.1单片机STC89C52简介
    2.2.2主控制模块电路
    2.3时钟模块的方案选择与设计
    2.3.1 DS12887时钟芯片简介
    2.3.2时钟模块电路
    2.4按键电路的设计
    2.5显示模块的方案设计
    2.5.1 图形点阵液晶显示器12864简介
    2.5.2 显示模块电路
    2.6 通信模块电路方案选择设计
    2.6.1 RS485通信简介
    2.6.2 通信电路设计
    第3章 系统软件设计
    3.1 编程语言选择
    3.2系统主程序及流程图
    3.3 DS12887时钟芯片的读操作流程图
    3.4液晶模块的写操作流程图
    3.5按键调整模块流程图
    3.6通信模块流程图
    4.1硬件测试
    4.2软件调试
    4.3实物调试
    结 论
    附录A：电路原理图
    附录B：程序清单
    目录 引言......................................................................................................1 第 1 章 时间计时原理..............................................................................3 1.1 时钟计时的方案选择................................................................... 3 1.2 时钟显示的方案选择................................................................... 4 第 2 章 系统的硬件设计............................................................................ 5 2.1 系统硬件的整体设计...................................................................5 2.2 主控制模块的方案选择与设计...................................................... 5 2.2.1 单片机 STC89C52 简介.............................................................................. 6 2.2.2 主控制模块电路........................................................................................ 7 2.3 时钟模块的方案选择与设计.......................................................... 8 2.3.1 DS12887 时钟芯片简介............................................................................ 8 2.3.2 时钟模块电路.......................................................................................... 12 2.4 按键电路的设计....................................................................... 13 2.5 显示模块的方案设计................................................................. 13 2.5.1 图形点阵液晶显示器 12864 简介.......................................................... 13 2.5.2 显示模块电路.......................................................................................... 16 2.6 通信模块电路方案选择设计....................................................... 17 2.6.1 RS485 通信简介...................................................................................... 17 2.6.2 通信电路设计..........................................................................................18 第 3 章 系统软件设计............................................................................. 19 3.1 编程语言选择..........................................................................19 3.2 系统主程序及流程图................................................................. 20 3.3 DS12887 时钟芯片的读操作流程图............................................... 20 3.4 液晶模块的写操作流程图........................................................... 21 3.5 按键调整模块流程图................................................................. 22 3.6 通信模块流程图....................................................................... 23 第 4 章 实验与调试................................................................................ 24 4.1 硬件测试................................................................................ 24 4.2 软件调试................................................................................ 25 4.3 实物调试................................................................................ 26 结 论.................................................................................................28
    参考文献............................................................. 错误！未定义书签。 致 谢................................................................ 错误！未定义书签。 附录 A：电路原理图...............................................................................30 附录 B：程序清单..................................................................................31 附录 C：外文翻译资料........................................... 错误！未定义书签。 外文翻译资料译文部分........................................... 错误！未定义书签。
    中国民航大学本科生毕业设计（论文） 引言 1．课题的背景与意义 近年来，随着电子产品的发展，随着社会竞争的激烈，人们对数字时钟的要求越 来越高。时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的 时间，忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一 旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。 因此从人们的日常生活到工厂的自动控制，从民用时钟到科学发展所需的时钟， 现代人对时间的精度和观察时间的方便有了越来越多的需求。人们要求随时随地都能 快速准确的知道时间，并且要求时钟能够更直观、更可靠、价格更便宜。这种要求催 生了新型时钟的产生。 除此之外，由于对社会责任的更多承担，人们要求所设计的产品能够产生尽量少 的垃圾、能够消耗尽量少的能量。因此人们对时钟的又有了体积小、功耗低的要求。 传统的机械表由于做工的高精细要求，造价的昂贵，材料的限制，时间指示精度 的限制，使用寿命方面，以及其它方面的限制，已不能满足人们的需求。另外，近些 年随着科技的发展和社会的进步，人们对时钟的要求也越来越高，而使得新型电子钟 表成了大势所趋。 20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下微机开始向社会各个领域 渗透同时大规模集成电路获得了高速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于 它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别 适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据 采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用， 在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 另外单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想 和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机 通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控 制技术的一次革命。 单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒 计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更 更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 这正符合了现代时钟的设计要求。另一方面，电子技术的告诉发展，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，这些使时间显得更加宝贵，从时间就 1
    是生命，时间就是效率这些名言警句中就能看出。 中国民航大学本科生毕业设计（论文） 数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家 庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集 成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,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，而且大大地扩展了钟表原先的报时 功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭 路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些， 都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意 义。 因此本论文所做的数字时钟采用了以单片机（STC89C51）为核心，结合相关的外 围元器件例如液晶显示、按键电路、复位电路、报警电路，再配以相应的软件，达到 制作简易数字钟的目的，能实现实时时钟显示的功能，能进行年、月、日、时、分、 秒和实时温度的显示，并且有远程通信功能。其硬件部分难点在于元器件的选择、布 局及焊接。 2．课题任务与设计思路 时间是两时刻之间的时刻间隔，是一种最基本的环境参数，人门的生活与时间 息息相关，在工业生产过程中需要实时地观察时间，设定时间，因此研究时间的测量 方法和设计测量装置具有重要的意义。鉴于时间使用的普遍性和重要性，本课题选用 时间作为实时监测的参量。 本课题设计单片机与时钟芯片相结合的电路，实现实时显示时间，并能够进行远 程通信，实现数据与电脑的交换。按照课题的要求，初步确定设计系统由主控模块、 时钟模块、显示模块、键扫描电路模块共4个模块组成。设计采STC89系列单片机， 以汇编语言为程序设计的基础，设计出用液晶显示年、月、日、周、时、分、秒的时 钟。 2
    中国民航大学本科生毕业设计（论文） 第1章 时间计时原理 单片机的接口信号是数字信号。要想用单片机获取时间这类非电信号的信息，必 须使用时间芯片，将时间信息转换为电流或电压输出。如果转换后的电流或电压输出 是模拟信号，还必须进行A/D转换，以满足单片机接口的需要。如果是数字信号就可 以直接送往单片机进行数据处理。 1.1 时钟计时的方案选择 方案一：比较传统的基于单片机的时钟设计可以采用单片机内部的晶振来产生脉 冲，然后通过单片机内部的计时器经过分频产生秒脉冲，然后通过软件编程来实现时 钟的显示，这种设计方案的优点是外围器件少，电路简单清晰，电路焊接容易，出问 题的故障几率小。但是这种方案需由软件编程来实现秒脉冲的产生，编程相对来说比 较复杂，而且也不利于排故。另外由单片机内部时钟产生的秒脉冲由于受到温漂的影 响和程序执行时的延时的影响，而使的计时会产生不定的误差，即使设计时间误差补 偿程序也很难实现提供准确时间的功能。另外，这种电路设计方案的另外一个设计要 求就是晶振的选择要求晶振的振荡频率必须通过分频得到秒脉冲。这种设计还有一个 非常大的缺点就是如果单片机断电，时间计时就停止，再次上电时又从初始设定重新 计时，这样就需要在每次上电都调整时间，比较麻烦。 方案二：在传统的基于单片机的数字时钟设计的基础上经过一些改进，引入 12887 时间芯片，将电路的控制部分和计时部分分开，电路的控制部分为单片机，计 时部分为 12887 时间芯片。12887 芯片是独立计时，并且具有掉电保护功能，内部自 带锂电池，能够在断电的情况下继续计时，主电路恢复供电之后能够不必调整时间， 为时钟的日常操作省去了很大的麻烦，而且这种设计更节能，在需要观察时间的时候 比如白天就可以给主电路通电。而在夜晚不需要观察时钟的时候就可以给主电路断电， 这样可以节约大量能量。 时间芯片 12887 采用了内部集成晶振的电路，并且具有内部温漂补偿电路设计。 能够准确计时，提供精确的时间，这样就简化了电路的器件选择，另外也使程序的设 计更加简洁。在硬件设计方面，由于只增加了一个 12887 时间芯片，因此并不是特别 复杂，而且这种独立计时的设计使得产品排故更加方便。 比较上述两种方案可以看出，第二种方案计时更加准确而且电路硬件设计先对来 说并不复杂，软件设计更加简洁，因此采用第二种方案。 3
    1.2 时钟显示的方案选择 中国民航大学本科生毕业设计（论文） 方案一：时钟的显示可以用多位七段 LED 数码管显示，七段 LED 数码管显示耗 能多，而且显示位数有限，每增加一位都要在程序设计和硬件设计方面增加很多的工 作量，不利于电路的扩展，而且无法显示年、月、日、星期这些汉字，使得显示不够 直观，灵活。但是这种设计方案在显示位数比较少时性价比比较高，价格便宜， 方案二：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， 对于显示文字比较适合,而在本课题设计中的显示数字较多字符较少，而且此种方案 耗能多，不符合现代的节能理念，所以不用此种作为显示。 方案三：采用 LCD 液晶显示器显示。而 LCD 液晶显示则耗能少，能够显示年、月、 日、星期等汉字，在显示方面更加灵活，而且改变显示时只要改变软件设计就可以， 不用改变硬件电路的设计，易于电路的功能扩展。电路的软件设计也很简单。另外， 这种设计硬件更加简洁。采用 LCD 液晶显示方案的缺点是在显示位数比较少时，价格 略显昂贵。 比较上述两种方案可以看出方案二耗能少，显示灵活，易于电路扩展而且不管是 软件设计还是硬件设计都比较简单，因此采用第二种设计方案。 综上所述，本设计采用独立计时，引入时钟日历芯片 12887 的设计方案，显示使 用 LCD 液晶显示。 4
    中国民航大学本科生毕业设计（论文） 第 2 章 系统的硬件设计 根据实时时钟的功能要求，基于单片机的设计方案要运用集成时钟芯片，实现实 时数据记录，实现数据与出现该数据的时间同时记录。实时时钟的要求： （1）基本要求 a) 具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能； b) 具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能； c) 具有远程通信功能 （2）创新要求 要求能够对时钟进行实时控制，并且可以通过远程电脑对时间进行读取、校正， 对时间进行设置，实现远程操控。 2.1 系统硬件的整体设计 主控芯片使用 51 系列 STC89C52 单片机，时钟芯片使用美国 DALLAS 公司推出的 一种高性能、低功耗、带 RAM 和内置电池的实时时钟 DS12887。采用 DS12887 作为主 要计时芯片，可以做到计时准确。更重要的是，DS12887 可以在外部电源断电的情况 下继续计时，在没有外部供电的情况下，DS12887 可以连续计时 10 年以上。系统由 主控制器 STC89C52、时钟芯片 DS1302、LCD 液晶显示电路、键扫描电路和通信系统 模块电路组成。系统硬件设计框图如图 2-1 所示。 2.2 主控制模块的方案选择与设计 图 2-1 系统硬件设计框图 系统的设计可采用数字电路实现，也可以采用单片机来完成。若用数字电路完成， 所设计的电路相当复杂，大概需要十几片数字集成块，其功能也主要依赖数字电路的 各功能模块的组合来实现[4]。若用单片机来设计完成，由于其功能的实现主要通过软 件编程来实现的，那么就降低了硬件电路的复杂性，所以在该设计中采用单片机作为 5
    主控模块。另外这个课题设计的软件程序比较简单，不需要很强大的单片机，只要用 中国民航大学本科生毕业设计（论文） 简单的单片机就可以满足要求，因此我选用了性价比比较高的低端 STC89C52 单片机。 2.2.1 单片机STC89C52 简介 STC89C52 是低电压，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 高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容， 片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 STC89C52 单片机 适合于许多较为复杂控制应用场合。STC89C52 单片机为 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。STC89C52 PDIP 管脚封装，如图 2-2 所示。 图 2-2 STC89C52 PDIP 管脚封装 STC89c52 包含以下部分，其结构图如图 2-3 所示 （1）一个 8 位微处理器 CPU （2）片内数据存储器 RAM 和特殊功能寄存器 SFR （3）片内程序存储器 ROM （4）两个定时/计数器 T0、T1，可用作定时器，也可用以对外部脉冲进行计 数 （5）四个 8 位可编程的并行 I/O 端口，每个端口既可作输入，也可作输出 （6）一个串行端口，用于数据的串行通信 （7）中断控制系统 （8）内部时钟电路 6
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