數(shù)字時鐘設(shè)計方案.doc

目錄：第一章 設(shè)計目的1第二章 設(shè)計要求2第三章 方案確定3第四章 方案設(shè)計4第一節(jié) 220V電源供電部分4第二節(jié)時鐘和溫度部分方案設(shè)計4第三節(jié) 單片機的選擇6第四節(jié) 顯示器件選擇6第五節(jié) 溫度方案選擇7第六節(jié) 串口通訊方案選擇8第五章 性能測試10第六章 結(jié)果分析13第七章 個人工作14第八章 設(shè)計體會15智能儀表課程設(shè)計報告第一章 設(shè)計目的智能儀表課程設(shè)計是自動化專業(yè)的專業(yè)實踐課程。本課程的任務(wù)是通過設(shè)計完成一個具有完整功能的單片機系統(tǒng)，是學(xué)生掌握目前典型自動化儀表的一般設(shè)計要求和設(shè)計方法，掌握開發(fā)及設(shè)計工具的使用方法，通過這一設(shè)計實踐過程，鍛煉學(xué)生的動手能力和分析、解決問題的能力；培養(yǎng)對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力。隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設(shè)計是數(shù)據(jù)采集及處理，顯示系統(tǒng)與單片機有效結(jié)合，本設(shè)計是通過在“單片機原理及應(yīng)用”課堂上學(xué)習(xí)的知識的綜合應(yīng)用，以及查閱資料，培養(yǎng)一種自學(xué)的能力。并且引導(dǎo)一種創(chuàng)新的思維，把學(xué)到的知識應(yīng)用到日常生活當中。在設(shè)計的過程中，不斷的學(xué)習(xí)，思考和同學(xué)間的相互討論，運用科學(xué)的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握單片機系統(tǒng)一般的開發(fā)流程，學(xué)會對常見問題的處理方法，積累設(shè)計系統(tǒng)的經(jīng)驗，充分發(fā)揮教學(xué)與實踐的結(jié)合。全能提高個人系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力，開拓了思維，為今后能在相應(yīng)工作崗位上的工作打下了堅實的基礎(chǔ)第二章 設(shè)計要求帶秒表/時鐘計時器，萬年歷的顯示屏設(shè)計?；竟δ芤螅?. 可動態(tài)左右，上下顯示“中國計量學(xué)院歡迎你”；2. 在5秒按鍵無操作則以24h（小時）計時方式顯示時、分、秒；3. 使用按鍵開關(guān)可實現(xiàn)時分調(diào)整；4. 具有鬧鐘功能，聲光提示。擴展功能：1. 數(shù)字時鐘/圓形時鐘顯示可轉(zhuǎn)換；2. 顯示漢字可設(shè)置；3. 可232通訊顯示計算機傳送字符；4. 其他擴展功能。第三章 方案確定經(jīng)過小組全體組員討論，最終確立方案制作時鐘。在時鐘基本功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，小組成員對擴展功能進行討論并達成共識。最終決定設(shè)計的時鐘除基本功能外，還具有以下擴展功能：1. 可以顯示，設(shè)置年，月，日，并且有閏年補償功能，2. 可以上下滾動左右滑動顯示字符串功能；3. 可以自定義漢字功能；4. 可以232通訊，顯示出字符功能；5. 具有溫度顯示功能；6. 具有斷電時間保護功能。第四章 方案設(shè)計第一節(jié) 220V電源供電部分由于以前參見過電子設(shè)計大賽，所以有220V AC轉(zhuǎn)9V DC的電源，我們在起基礎(chǔ)上添加了一個7805三端穩(wěn)壓管，加之濾波電容，轉(zhuǎn)換成單片機可以用的DC 5V電圖4-1 電源轉(zhuǎn)換原理圖第二節(jié)時鐘和溫度部分方案設(shè)計（1）方案設(shè)計思路按照系統(tǒng)的設(shè)計功能要求，本時鐘溫度系統(tǒng)的設(shè)計必須采用單片機軟件系統(tǒng)實現(xiàn)，用單片機的自動控制能力配合DS1302 和DS18b20 來控制時鐘和溫度的調(diào)整顯示。獲得時鐘溫度數(shù)據(jù)信息，單片機對其進行一系列的處理，最后通過液晶顯示出來。（2）時鐘系統(tǒng)方案論證方案 1：通過單片機內(nèi)部的定時器/計數(shù)器，用軟件實現(xiàn)，直接用單片機的定時器編程以實現(xiàn)時鐘。方案 2：用專門的時鐘芯片（DS1302）實現(xiàn)時鐘的記時，再把時間數(shù)據(jù)送入單片機，由單片機控制顯示。雖然用軟件實現(xiàn)時鐘硬件線路簡單，但是程序運行的每一步都需要時間，多一步或少一步程序都會影響記時的準確度，對定時器定時也不是十分準確，時鐘精度很低，對于我們實現(xiàn)所需要的功能造成軟件編程非常復(fù)雜。用專用時鐘芯片硬件成本相對較高，但它的精度很高，軟件編程很簡單。綜上所述，選擇方案2。圖4-2 DS1302管腳圖圖4-3 DS1302電路原理圖第三節(jié) 單片機的選擇對于單片機的選擇，如果用8031 系列，由于它沒有內(nèi)部RAM，系統(tǒng)又需要大量內(nèi)存存儲數(shù)據(jù)，因而不可用；51 系列單片機的ROM 為4K，對于我們設(shè)計的系統(tǒng)可能有點??；52 系列單片機與51 系列的結(jié)構(gòu)一樣，而ROM 擴大為8K，對我們設(shè)計系統(tǒng)提供充足的空間進行功能的擴展。再有51 系列單片機與52 系列的單片機價格差不多。因此，我們選擇STC89C52RC的單片機。第四節(jié) 顯示器件選擇方案1：用數(shù)碼管或點陣LED 顯示。方案2：用液晶1602 顯示。方案3：用液晶12864 顯示。時鐘和溫度的顯示可以用數(shù)碼管或LED，而且價格便宜。但是數(shù)碼管的只能顯示簡單的設(shè)計的系統(tǒng)，與我們設(shè)計要求也不相符。有很多東西需要顯示，還是用顯示功能更好的液晶顯示器比較好，它能顯示更多的數(shù)據(jù)，用1602 液晶顯示數(shù)據(jù)有限，1602 不能夠顯示漢字，只能夠顯示一些基本的西文字符，顯示數(shù)據(jù)的可讀性不好，用可以顯示漢字的12864 液晶顯示器還可以增加顯示信息的可讀性，至于指針的轉(zhuǎn)動則才用12864 加ds1302同步控制，讓人看起來會很方便。雖然它們在價格上差距很大，但是1602不能夠?qū)崿F(xiàn)我們的要求，12864.是我們唯一的選擇。為了可以用鍵盤調(diào)節(jié)屏幕亮度，我們用了兩個9014三極管，當做開關(guān)，離散式控制屏幕亮度。SDA接P21，SLC接P20，Q2的C接LCD12864的20管腳，控制兩個I/O口的電壓，使其Q1，Q2工作在導(dǎo)通與截止狀態(tài)，達到開關(guān)的作用。圖4-4 LCD12864背景光控制原理圖第五節(jié) 溫度方案選擇方案1：用熱敏電阻等測溫元件測出電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度。需要比較多的外部元件（A/D 轉(zhuǎn)換）支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對較高。方案2：用DS18B20 直接測溫。DS18B20 溫度傳感器是美國DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。經(jīng)比較，我們選擇方案2。溫度實現(xiàn)只能通過外部的溫度傳感器來實現(xiàn)。經(jīng)上網(wǎng)查閱及市場考察，DS18b20 體積小，只有3 只腳，電路接法簡單。精度為0.5C，也符合我們設(shè)計的要求。DS18B20 也是我們通常使用的型號，因此溫度傳感器用DS18B20。圖4-5 DS18B20電路原理圖第六節(jié) 串口通訊方案選擇根據(jù)設(shè)計要求，要用RS232串口通訊計算機顯示計算機傳送地字符，因為我們團隊的計算機都是比較新的，沒有RS232這樣的串口，所以我們用USB轉(zhuǎn)RS232連接線完成電腦與單片機的鏈接，單片機方面我們用MAX232這個芯片與計算機鏈接，串口通訊方面，MAX232有著得天獨厚的優(yōu)勢，首先不用寫驅(qū)動程序，只要設(shè)置好定時器的工作方式和初值，就可以進行通訊，其次，它的外圍硬件電路很簡單，使用方便，而且，它的傳送準確度很好，不易出錯。圖4-6 RS232通訊電路原理圖第五章 性能測試圖5-1 實際焊接好的電路板圖實際的電路板焊接好以后，我們用萬用表測量每一條線路是否短路和短路，改正了一些錯誤后終于，實現(xiàn)了預(yù)期效果，在無插芯片的條件下，測量各個腳的電壓，看起是否正常。爾后插入單片機,DS1302,DS18b20和MAX232測量其數(shù)據(jù)口，看其是否正常工作，結(jié)果工作正常。 圖5-2 數(shù)字顯示時間界面圖按下做下角的模式選擇鍵，進入時間設(shè)置狀態(tài)，連按或者按左上角的功能選擇鍵進入鬧鐘和自定義漢字設(shè)置界面圖5-3 鬧鐘和自定義漢字設(shè)置界面圖假若五秒按鍵無操作，系統(tǒng)會自動跳入24小時顯示的時間顯示和漢字滾動界面圖5-4 時間顯示界面和漢字滾動界面圖至此，可以判斷出，DS1302，DB18b20和LCD16824部分沒有問題，在進行串行口通訊試驗，重啟單片機和掉電測試后，確認整個電路板正常工作，軟件正常工作。第六章 結(jié)果分析經(jīng)過各個階段的測試后，我們的圓滿完成了設(shè)計方案，完成了這個項目，期間代碼一千五百余行，優(yōu)化的時間就可以再寫一次數(shù)字鐘的程序了，硬件方面從最初的設(shè)計，到方案確定，直至調(diào)試成功，與軟件匹配的很好。實現(xiàn)的功能有:1） 可以顯示，設(shè)置年，月，日，并且有閏年補償功能。2） 可以上下滾動,左右滑動顯示字符串功能。3） 可以自定義漢字功能。4）在5秒按鍵無操作則以24h（小時）計時方式顯示時、分、秒。5）具有溫度顯示功能。6）具有斷電時間保護功能。7）使用按鍵開關(guān)可實現(xiàn)年月日時分秒調(diào)整。8）具有鬧鐘功能，聲光提示。9）顯示漢字可設(shè)置。10）可232通訊顯示計算機傳送字符。11）屏幕亮度可調(diào)。12）可以直接用220V交流電供電。13）具有秒表功能。第七章 個人工作個人工作：在此次的課程設(shè)計中，我的任務(wù)是以下幾部分：1. 硬件部分：修改電路圖，參與硬件調(diào)試工作。2. 軟件部分：編寫，調(diào)試和優(yōu)化除MAX232所有程序。3. 設(shè)計調(diào)試方案并進行調(diào)試。第八章 設(shè)計體會通過此次課程設(shè)計，單片機系統(tǒng)的設(shè)計能力有了很大的提高。 因為以前參見過學(xué)校的電子設(shè)計大賽，我負責的是硬件，本著全面發(fā)展的原則，我這次負責軟件，工訓(xùn)的張科曾說過，“數(shù)字鐘就是軟件編程，如果把數(shù)字鐘的程序變好，以后就沒有編不出的程序了”，雖然因為伙伴們的選擇，最終沒能才加成次培訓(xùn)，但是我還是深深地記住了這句話，在這次課程設(shè)計里，我從一開始負責的就是軟件，看數(shù)據(jù)手冊，寫驅(qū)動，調(diào)試，優(yōu)化，每個白天，每個夜晚，我都在全身心的投入其中，終于在開發(fā)板上實現(xiàn)了全部功能，先于硬件做出結(jié)果，然后由于硬件有錯誤，我有參與了硬件的調(diào)試，和與軟件的整合，在這半個月里，我獲得了很大的提高，以前一些不熟悉的知識，方法，現(xiàn)在掌握了，不知道的知識，現(xiàn)在熟悉了，希望以后又更多的機會。在這次課程設(shè)計中，我們團隊配合的很好，在開始分工明確，并且經(jīng)常討論。雖然遇到過分歧，但大家各抒己見，進行思想風(fēng)暴，發(fā)現(xiàn)問題，討論問題，解決問題，我們一次又一次的進行這個工作，終于在我們?nèi)瑢W(xué)的配