多功能數(shù)字時鐘制作與畢業(yè)設(shè)計

摘 要I摘 要隨著生活節(jié)奏的加快，時間對于人們越來越重要。此時，多功能數(shù)字時鐘的出現(xiàn)為人們帶來了極大的便利。多功能數(shù)字鐘與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，是一種采用數(shù)字電路技術(shù)來實(shí)現(xiàn)時、分、秒計時的裝置。本文介紹了基于 STC89C52 單片機(jī)的多功能數(shù)字時鐘的硬件結(jié)構(gòu)和軟硬件設(shè)計方法。本設(shè)計由液晶顯示模塊、溫濕度采集模塊、時間處理模塊和按鍵設(shè)置模塊四個模塊組成。系統(tǒng)以 STC89C52 為核心控制芯片，以 DS1302 為時鐘芯片，以 DHT11 為溫濕度采集器，通過液晶顯示器 LCD12864 實(shí)時顯示年、月、日、時、分、秒、溫濕度等，通過按鍵設(shè)置年月日和星期以及定時鬧鐘，定時鬧鐘時間到自動發(fā)出警報。此萬年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場前景。關(guān)鍵字：單片機(jī) STC89C52， DS1302，LCD12864，數(shù)字鐘ABSTRACTIIABSTRACTWith the accelerated pace of life, time is becoming increasingly important to people. At this time, the emergence of multi-functional digital clock to bring a great convenience. Multifunction digital clock with the mechanical clock has higher accuracy and intuitive, is a digital circuit technology to realize the hours, minutes, seconds, timing devices. This article describes the hardware architecture and hardware and software design STC89C52 MCU multifunction digital clock. The design of the liquid crystal display module, temperature and humidity acquisition module, a processing module and a time setting module four key modules. STC89C52 system as the core control chip, DS1302 clock chip, DHT11 as temperature and humidity logger, LCD display LCD12864 display by year, month, day, real-time, minutes, seconds, temperature and humidity, the date set by the button and a timing clock and day of week, time to automatically alert the alarm time. This calendar has easy to read, display and intuitive, versatile, simple circuit, low cost, and many other advantages, has broad market prospects.Keywords: SCM STC89C52, DS1302, LCD12864, Digital clock目錄III目錄第 1 章 引言 11.1 課題研究的背景及意義 11.2 課題研究的目的 11.3 單片機(jī)簡介 21.3.1 單片機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用 21.3.2 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 5第 2 章 總體方案 82.1 系統(tǒng)的設(shè)計思路 82.2 系統(tǒng)硬件描述 82.3 系統(tǒng)軟件描述 9第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 113.1 硬件芯片介紹 113.1.1 STC89C52 單片機(jī) 113.1.2 DS1302 時鐘芯片 153.1.3 DHT11 溫濕度傳感器 183.1.4 LCD12864 液晶顯示屏 223.2 系統(tǒng)硬件架構(gòu) 253.2.1 時鐘模塊 253.2.2 溫濕度傳感器模塊 263.2.3 液晶顯示模塊 273.2.4 按鍵模塊 273.2.5 蜂鳴器報警模塊 283.2.6 復(fù)位電路 29第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 304.1 軟件設(shè)計總體說明 304.2 主程序流程圖的設(shè)計 304.3 程序設(shè)計 324.3.1 DS1302 讀寫程序設(shè)計 32目錄IV4.3.2 溫濕度程序設(shè)計 334.3.3 LCD12864 程序設(shè)計 34第 5 章 測試與結(jié)果分析 355.1 硬件測試 355.2 軟件測試 355.3 測試結(jié)果分析與結(jié)論 365.3.1 測試結(jié)果分析 365.3.2 測試結(jié)論 36參考文獻(xiàn) 37致謝 38外文資料原文 39譯文 43第 1 章 引言1第 1 章 引言1.1 課題研究的背景及意義當(dāng)今世界，知識更新的速度越來越快。特別是在電子技術(shù)領(lǐng)域，新的技術(shù)，新的產(chǎn)品層出不窮，日新月異，隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，在這個快節(jié)奏的年代，時間就是效益，就是金錢，因此，時間對人們來說是越來越寶貴了。但在這種快節(jié)奏的生活中，人們常常忘記了時間，一旦遇到重要的事情都要事先做好合理的時間安排，所以一個能夠進(jìn)行報時以及有其他多種用途的數(shù)字鐘是對人們的生活工作是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的。隨著科技的發(fā)展社會的進(jìn)步和全球化競爭的日益激烈，人們對數(shù)字鐘的要求也越來越高，傳統(tǒng)的時鐘已不能滿足人們的需求。傳統(tǒng)時鐘功能單一，體積大，而且不具有定時等功能。相反，由于單片微型計算機(jī)（Single Chip Microcomputer）的問世，多功能數(shù)字鐘不管在性能還是在樣式上都發(fā)生了質(zhì)的變化。由于單片機(jī)具有體積小、使用靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、抗干擾能力強(qiáng)、可在各種惡劣條件下工作等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量，多功能數(shù)字時鐘就是其中一很好的運(yùn)用。當(dāng)今，多功能數(shù)字時鐘已廣泛用于個人家庭，公司，娛樂場所，碼頭，辦公室等公共場所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚纳畋匦杵?。因為?shù)字時鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，由于數(shù)字集成電路的不停發(fā)展和石英晶體振蕩器的發(fā)展以及廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利而且大大地擴(kuò)展了鐘表原先的功能。因此，研究多功能數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。1.2 課題研究的目的多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)的最基本功能就是時間的顯示，鬧鐘，溫度的采集和報警，本設(shè)計的意義在于傳統(tǒng)的時鐘不能滿足現(xiàn)代人們多元化快節(jié)奏的生活需求，此設(shè)計將單片機(jī)作為數(shù)字鐘的核心控制器，可以通過 DS1302 數(shù)字時鐘芯片進(jìn)行秒、電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文2分、時來計時實(shí)現(xiàn)計時校時功能，將其時間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)輸出，利用 LCD12864顯示器液晶顯示出來。采用 DHT11 對室內(nèi)壞境進(jìn)行溫濕度測量報警，人性化的設(shè)計提醒忙碌人們要注意天氣溫度變化，冬天要保暖御寒，夏天防止高溫中暑，通過鍵盤可以進(jìn)行手動時間定時、校時鬧鈴設(shè)定，環(huán)境溫濕度上下限設(shè)定報警等等。該系統(tǒng)較傳統(tǒng)時鐘不僅測量精確度高，工作穩(wěn)定，而且功能可以擴(kuò)展，使用起來方面，可以廣泛用于人們?nèi)粘Ｉ钪?，所以具有較好的實(shí)用價值。1.3 單片機(jī)簡介1.3.1 單片機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用所謂單片機(jī)是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元(Center Processing Unit，也即常稱的 CPU 和數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、程序存儲器(ROM)及其他 I/O 通信口集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個最小的計算機(jī)系統(tǒng)，而現(xiàn)代的單片機(jī)則加上了中斷單元，定時單元及 A/D 轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路，使得單片機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用更廣泛。單片機(jī)誕生于 20 世紀(jì) 70 年代末，單片機(jī)的發(fā)展歷史可劃分為以下幾個階段：第一階段(1974 年1976 年)：為單片機(jī)初級階段，即 SCM 單片微型計算機(jī)(SingleChipMicrocomputer)階段。主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。因受工藝和集成度的限制，單片機(jī)采用雙片形式。例如：仙童公司的 F8必須外接一塊 3851 電路才能構(gòu)成一個完整的微型計算機(jī)。第二階段(1976 年1978 年)：為低性能單片機(jī)階段，即單片機(jī)的控索階段。以 Intel 公司的 MCS48 為代表。MCS48 的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有 Motorola、Zilog 等，都取得了滿意的效果。這就是 SCM 的誕生年代， “單機(jī)片”一詞即由此而來。此時的單片機(jī)由一塊芯片構(gòu)成，但性能低、品種少。它具有 CPU、并行口、定時器、RAM 及 ROM。這是一個真正的單片機(jī)，但 CPU 功能不強(qiáng)，I /O 口種類和數(shù)量很少，其 ROM 和 RAM 也很有限。只能應(yīng)用于比較簡單的場合。例如，90 年代中期以前的 PC 機(jī)鍵盤幾乎無一例外地使用MCS-48 系列單片機(jī)作為控制部件。第三階段(1978 年1982 年):單片機(jī)的完善階段。Intel 公司在 MCS48 基礎(chǔ)第 1 章 引言3上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列 MCS51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。完善的外部總線。MCS-51 設(shè)置了經(jīng)典的 8 位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括 8 位數(shù)據(jù)總線、16 位地址總線、控制總線及具有很多機(jī)通信功能的串行通信接口。CPU 外圍功能單元的集中管理模式。體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。第四階段(1982 年1990 年)：8 位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及 16 位單片機(jī)的推出階段,也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。Intel 公司推出的 MCS96 系列單片機(jī)，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著 MCS51 系列的廣應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用 80C51 為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D 轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路功能，強(qiáng)化了智能控制的特征。第五階段(1990 年) ：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用,出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的 8/16/32 位通用型單片機(jī)，以及小型廉價的專用型單片機(jī)。單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計算機(jī)。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 1-2 部單片機(jī)。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時工作，單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 PC 機(jī)和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： 1、在智能儀器儀表上的應(yīng)用 在各類儀器儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文4速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀） 。 2、在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)實(shí)時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制，使系統(tǒng)保持最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 3、在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)于一本，具有智能化特征的電子產(chǎn)品。 4、在家用電器中的應(yīng)用 目前國外各種家用電器已普通采用單片機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路。可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 5、在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。 6、單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 7、在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 某些專用單片機(jī)設(shè)計用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機(jī)，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理） ，就需要復(fù)雜的類似于計算機(jī)的原理。第 1 章 引言5如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于 ROM） ，由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡） 。1.3.2 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng).。對 51 系列單片機(jī)來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。（一）晶振電路圖 1-1 晶振電路圖STC89C52 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL0和 XTAL1 分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖 1-1 所示，在 XTAL0 和 XTAL1 引腳上