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数字电子时钟设计与制作.docx

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.22M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    1. 设计任务与要求
    1.1 设计任务
    1.2 设计要求
    1.2.1 基本要求
    1.2.2 发挥部分
    2. 方案论证与选择
    2.1 主控芯片选择
    2.2 温度传感器模块选择
    2.3 时钟显示模块选择
    2.4 显示模块选择
    3. 硬件电路设计
    3.1 工作原理
    3.2 元器件及其引脚原理
    3.3 单元模块电路
    4. 系统软件设计
    4.1系统主程序及流程图
    4.2 DS1302时钟芯片的读操作流程图
    4.3液晶模块的写操作流程图
    4.4按键调整模块流程图
    4.5通信模块流程图
    5. 系统测试
    5.1测试仪器
    5.2测试方法
    5.2.1 硬件测试
    5.2.2 软件测试
    5.3 测试结果
    6. 设计总结
    6.1 本文的主要工作和成果
    6.2 设计中不足及其展望
    参考文献
    附录一 电路图
    学号 姓名 实物演示（60%） 论文成绩（30%） 平时成绩（10%） 总成绩 评语：该小组基于单片机设计了一个系统，主要实现了数字时钟实时显示和远程 通信的功能，硬件和软件系统工作正常，达到了设计要求。报告内容充实，格式 正确，程序代码注解清晰，程序流程正确。 指导教师： 年 月 日 设计题目：数字电子钟的设计与制作 组员姓名: 班级： 2016 年 12 月 12 日 1
    摘要：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。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、闹钟电路，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 通过蓝牙模块实现两台单片机的通信功能。 关键词：单片机，数字钟，蓝牙模块 2
    Abstract: The most common one is the digital clock, the digital clock is a digital circuit technology to achieve hours, minutes and seconds of the device, compared with the mechanical clock has a higher accuracy and intuitive, and no mechanical Device, has a longer life, so get a wide range of use. This is in line with modern clock design requirements. Digital clock is the use of digital circuits to achieve. Hours, minutes, seconds. Digital display of the timing device, widely used in personal homes, stations, terminals and other public places office, become essential necessities of daily life, digital integrated circuits Development and extensive application of quartz crystal oscillator, making the digital clock accuracy, far more than the old-fashioned watches, watches and clocks to the digital production and life has brought great convenience, but also greatly extended the timekeeping function of the original watch. Such as automatic timer alarm, automatic bell on time, time program automatic control, time broadcast, automatic starting and closing lights, timer switch oven, off power equipment, and even a variety of automatic electrical timing enabled, all of these are digital clocks based on. Therefore, the study of digital clock and expand its application, has a very practical significance. Therefore, the digital clock used in this thesis adopts the microcontroller (STC89C51) as the core, combined with the related peripheral components such as liquid crystal display, button circuit, reset circuit, alarm circuit, matched with the corresponding software to achieve the production of simple digital clock Time, minutes, seconds and real-time temperature display, and through the Bluetooth module to achieve the communication functions of the two single-chip microcomputer, can achieve the function of real-time clock display, can carry out year, month, Keywords: MCU, digital clock, Bluetooth module 3
    5 5 5 5 5 6 6 6 6 7 8 8 8 12 16 16 17 17 19 19 21 21 21 21 22 23 24 24 24 26 27 错误！未定义书签。 1. 设计任务与要求 1.1 设计任务 1.2 设计要求 1.2.1 基本要求 1.2.2 发挥部分 2. 方案论证与选择 2.1 主控芯片选择 2.2 温度传感器模块选择 2.3 时钟显示模块选择 2.4 显示模块选择 3. 硬件电路设计 3.1 工作原理 3.2 元器件及其引脚原理 3.3 单元模块电路 4. 系统软件设计 4.1 系统主程序及流程图 4.2 DS1302 时钟芯片的读操作流程图 4.3 液晶模块的写操作流程图 4.4 按键调整模块流程图 4.5 通信模块流程图 5. 系统测试 5.1 测试仪器 5.2 测试方法 5.2.1 硬件测试 5.2.2 软件测试 5.3 测试结果 6. 设计总结 6.1 本文的主要工作和成果 6.2 设计中不足及其展望 参考文献 附录一 电路图 附录二 程序代码 目录 4
    1. 设计任务与要求 在本次课题中设计了一个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。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，温度显示模块共 5 个模块组成。设计采 AT89C51 系列单片机， 以 KeilC51 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，并且能够显示温度，当温度超过一定范围后蜂鸣器报警。 1.1 设计任务 设计一个可调时及日期显示的数字电子时钟。 1.2 设计要求 设计一个数字电子时钟，要求其能够显示日期，时分秒，以及星期等信息； 在实时时钟显示的基础上增加按键功能，要求其能够通过按键来调整时间，并且 通过复位储存调整之后的时间；增加蓝牙模块，利用两个单片机开发板，通过蓝 牙将上述功能由一个单片机发出，并由另一个单片机实现接收。 1.2.1 基本要求 （1）数字钟具有显示时、分、秒的功能；由 LED 或 LCD 显示时间：时、分、 秒； （2）具有校时和校分的功能； 1.2.2 发挥部分 （1）具备报警功能：温度超过预警值后蜂鸣器报警； （2）其他功能：如在按键时会发出提示音、无线数据传输、远程控制等其他 功能。 5
    2. 方案论证与选择 2.1 主控芯片选择 方案一：ATmega16 是 ATMEL 公司推出的一款基于 AVR RISC 构架的低功 耗 CMOS 的 8 位单片机。ATmega16 在 16MHz 时有 16MIPS 的运算速度，具有两 周期硬件乘法器，从而使得设计人员可以在功耗和执行速度之间取得平衡， 且 非易失性程序和数据存储器资源较大能满足程序代码设计需要。外设资源丰富： 2 个具有独立预分频器和比较器功能的 8 位定时/计数器;一个独立预分频器和 比较/捕捉功能的 16 位定时/计数器;支持 4 路 PWM 输出、8 路 10 位 ADC。支 持 TWI 接口、USART、SPI 接口多机通信满足扩展功能的需要。 方 案 二 ： AT89C51 是 一 种 带 4K 字 节 FLASH 存 储 器 （ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位 微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存 储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，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 和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C051 是它的一种精简版本。AT89C51 单片机 为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 在本次实验中，选择了单片机开发板自带的 AT89C51 芯片。 2.2 温度传感器模块选择 本次设计中选用了 DS18B20 数字温度传感器，因为它接线方便，封装成后可 应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多 样，有 LTM8877，LTM8874 等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装 后的 DS18B20 可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业 大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小， 使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 2.3 时钟显示模块选择 方案一：采用实时时钟芯片 现在市场上有许多实时时钟集成电路，如:DS1287、DS2887、DS1302 等。 这些实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能， 计时数据的更新每秒自动进行一次，不需要程序干预。因此，在工业实时测 控系统中多采用这这一类专用芯片来实现实时时钟功能。 方案二：是用单片机内的可编程定时器。 利用单片机内部的定时计数器进行中断定时，配合软件延时实现时分秒 的计时。该方案节省硬件成本，但程序设计较复杂。 时钟显示模块选择了用芯片 DS1302，因为 DS1302 以串行方式与单片机进行 6
    数据传送，它能够向单片机提供秒、分、时、日、月、年、及星期等实时时间信 息，并能够对闰年天数自动调整，日历有效至 2100 年。DSl302 由双电源中较大 者供电，使系统在没有主电源的情况下也能保持时钟的连续运行。同时具有引脚 少、体积小、价格低等优点，因此选择得到广泛应用的 DS1302。 2.4 显示模块选择 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 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。 显示方案选择了 LCD 液晶显示器显示，因为 LCD 液晶显示则耗能少，能够 显示年、月、日、星期等汉字，比起七段 LED 数码管在显示方面更加灵活。 7
    3. 硬件电路设计 3.1 工作原理 此电子时钟可显示的时间范围为：2000 年 1 月 1 日 0 点至 2100 年 12 月 31 日 23 时 59 分。此时钟在正常计时模式下具有自动调整每月的天数的变化，并用 内接电池对时间保持。时间为 24 小时制。 接通电源对时间进行调整，按定时设置键确定被修改位的值。用时钟芯片记 忆当前时间并保持，待下次接通电源无须调整能正确显示当前时间。 时、分调整: 当定时设置键选中要修改的位时，如分（分闪烁时），按此键可以使分的值 从当前值开始加一，加至 60 时变为 00（59 过后即显示 00，不显示 60）；而时则 在加至 24 时变为 00（23 过后即显示 0，不显示 24）；日在加至 32 时变为 00（即 31 过后即显示 0，不显示 32）;月在加至 13 时变为 00（即 12 过后即显示 0，不 显示 13）；年在至 2100 时变为 2000（即 2099 过后即显示 2000，不显示 2100） 3.2 元器件及其引脚原理 （1）DS1302 图 3.2.1 DS1302 引脚图 图 3.2.1 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。DS1302 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 11.0592kHz 晶振。 8
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