基于單片機的數(shù)字時鐘設(shè)計要點

1、吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計報告書課程單片機課程設(shè)計報告書課題：基于單片機的數(shù)字時鐘設(shè)計姓 名： 譚志鵬唐俊梁宏鐘振華魏浩學(xué)號： 201520063專 業(yè)：電子信息工程年級：2013 級電子一班指導(dǎo)教師：典力基地指導(dǎo)教師：胡力2015 年 11 月 12i基于單片機的數(shù)字時鐘設(shè)計【摘 要】 隨著現(xiàn)代化進程的高速發(fā)展，人們生活水平的提高?，F(xiàn)代生活的人們越來越重視起了時間觀念，可以說是時間和金錢劃上了等號。對于那些對時間把握非常嚴格和準確的人或事來說，時間的不準確會帶來非常大的麻煩，所以以數(shù)碼管為顯示器的時鐘比指針式的時鐘表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢。數(shù)碼管顯示的時間簡單明了而且讀數(shù)快、時間準確顯示到

2、秒。而機械式的依賴于晶體震蕩器，可能會導(dǎo)致誤差?；趩纹瑱C的數(shù)字鐘設(shè)計是采用數(shù)字芯片 DS1302實現(xiàn)對“年”、“月”、“日”、“時”、“分”、“秒”“星期”數(shù)字顯示的計時裝置。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠遠超過老式機械鐘。數(shù)字鐘是其小巧， 價格低廉， 走時精度高， 使用方便， 功能多， 便于集成化而受廣大消費的喜愛，因此得到了廣泛的使用?！娟P(guān)鍵詞】 單片機；DS1302； DS18B2；0 LCD151、 設(shè)計要求與 方案論證 41.1 設(shè)計要求 41.2 系統(tǒng)基本方案的選 擇與論證 41.3 智 能樓宇模型設(shè)計方案的設(shè)計 52、 、元器件簡介 62.1 CPU 介 紹 62.2 NRF24L01

3、 概述 錯誤！ 未定義書簽 。2.3 DHT11 概述 62.4 HC-SR501 人 體 感應(yīng)模塊 概述 錯誤！未定義書簽。2.5 SQ-2 煙霧檢 測模 塊概述 錯誤！未定義書簽。2.6 紅 外 對 管 介 紹 錯誤！未 定 義 書 簽。2.7 28BYJ48 步 進 電 機 概 述 錯 誤！未 定 義 書 簽。2.8 12864 LCD 概述 73、 電路 （硬 件）設(shè)計 83.1 設(shè) 計 原 理 83.2 電 路 原 理 圖 83.3 作 品 實 物 圖 84、 程序 （軟 件）設(shè)計 115、 、裝配與調(diào)試 116、 總結(jié) 117、 致謝 11附： 源程序 12一、設(shè)計要求與方案論證在

4、明確設(shè)計成品所需實現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，力爭實現(xiàn)以最快、成本低、功能穩(wěn)定完成項目的設(shè)計。1.1 設(shè)計要求智能樓宇模型實現(xiàn)的功能主要有以下幾個方面： 年月日顯示功能 時分秒顯示功能 星期顯示功能 實時溫度檢測功能 年月日時分秒調(diào)節(jié)功能1.2 系統(tǒng)基本方案的選擇與論證本智數(shù)字時鐘的設(shè)計涉及到的設(shè)計方案主要體現(xiàn)為以下幾個方面：CPUte型論證方案一：采用STC系列單片機為主控芯片單片機( Single chip microcomputer )是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、 隨機存儲器RAM、 只讀存儲器ROM多種I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功

5、能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。操作簡單易懂，從上世紀 80 年代，由當時的 4 位、 8 位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的 300M 的高速單片機，在便攜普遍的產(chǎn)品中應(yīng)用較為廣泛。方案二：采用DSPE片作為主控芯片DSP又名為數(shù)字信號處理器，主要應(yīng)用在數(shù)字信號號處理的領(lǐng)域?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于大數(shù)據(jù)處理，廣泛應(yīng)用于便攜式儀表、雷達、圖像、航空以及醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。方案三：采用EDA平臺來設(shè)計EDA技術(shù)就是以計算機為工具，設(shè)計者在EDAa件平臺上，用硬件描述語言VHDL 完成設(shè)計文件，然

6、后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布 局、 布線和仿真， 直至對于特定目標芯片的適配編譯、 邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計的效率和可操作性，減輕了設(shè)計者的勞動強度。綜上方案論證，最終決定選用方案一采用STC 系列單片機為主控芯片作為項目設(shè)計。溫度傳感器選型論證方案一：溫濕度測量分開檢測，室內(nèi)溫度檢測采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器進行檢測，室內(nèi)濕度檢測采用 DHT11溫濕度傳感器進行檢測。方案二：溫濕度檢測采用集溫度測量、濕度測量為一體的數(shù)字式溫濕度傳感器DHT1俅測量。綜合整體方案的設(shè)計，以及溫濕度的測量精度方面沒有特別高的要求，最終決定

7、采用高精度DS18B20度傳感器DHT11為溫濕度檢測傳感器，故而采用方案一。顯示器選型論證方案一：采用數(shù)碼管進行數(shù)據(jù)顯示led 數(shù)碼管（ LED Segment Displays ）由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的， 加上小數(shù)點就是8 個。 顯示比較單一，只能顯示數(shù)字以及部分英文字母。方案二：采用LCD1602a行數(shù)據(jù)顯示工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02 即 32 個字符（ 16 列 2 行） 。內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROW經(jīng)存儲了 160個不同的點陣字符圖形，顯示

8、數(shù)據(jù)也比較單一。方案三：采用LCD12864!行數(shù)據(jù)顯示帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式， 內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128X64,內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊 靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8X4行16X16點陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特 點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液

9、晶模塊。本數(shù)字時鐘的顯示界面， 可以顯示出中文字體、 測量數(shù)據(jù)的數(shù)字式等多項顯示，而在三個方案中也只有方案三滿足條件， 故而我們采用方案三 12864 作為顯示模塊。1.3 數(shù)字時鐘的設(shè)計方案的設(shè)計主要是通過以STC89C5印片機為主控芯片為基礎(chǔ)的模塊?；趩纹瑱C的數(shù)字鐘設(shè)計是采用數(shù)字芯片DS1302實現(xiàn)對“年”、“月”、“日”、“時”、“分”、“秒” “星期”數(shù)字顯示的計時裝置。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠遠超過老式機械鐘。在這次設(shè)計中，我們采用LCD128641晶顯示時、分、秒，以24小時計時方式，以液晶并口方式進行通信與數(shù)據(jù)傳輸來進行顯示，單片機采用 12MHz勺晶振。在此次設(shè)計 中，電路具有

10、顯示年月日時分秒時間的其本功能，另外還有采取 DS18B20!行實時 溫度測量，以及實時顯示，同時還可以實現(xiàn)對時間的調(diào)整。二、元器件簡介2.1 CPU介紹單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器， 實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、 復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 單片機也被稱為微控制器(Microcontroler )，是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU

11、的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU1成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對提及要求嚴格的控制設(shè)備當 中。圖一2.2 DS18B20 概述DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋 式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有 LTM8877 LTM887”等。主要根 據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的 DS18B2可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測 溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度 場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測 溫和控

12、制領(lǐng)域。其主要特性有如下幾點： 獨特的單線接口方式，DS18B20s與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微 處理器與DS18B20勺雙向通訊。 測溫范圍55C+125C,固有測溫誤差(注意，不是分辨率，這里之前是錯誤的）1C 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B2W以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián) 8 個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳 輸?shù)牟环€(wěn)定。圖三 工作電源：3.05.5V/DC（可以數(shù)據(jù)線寄生電源）在使用中不需要任何外圍元件 測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送不銹鋼保護管直徑6適用于DN1525, DN40DN250種介質(zhì)工業(yè)管道和狹 小空間設(shè)備測

13、溫 標準安裝螺紋M10X1, M12X1.5, G1/2 ”任選 PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線，便于與其 它電器設(shè)備連接。2.3 12864 LCD 概述帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式， 內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；具顯示分辨率為 128X64,內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊 靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢?顯示8X4行16X 16點陣的漢字，也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特 點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案

14、與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬 件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液 品模塊。主要有以下 基本特性：低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V ）;顯示分辨率：128 X64點；內(nèi)置漢字字庫， 提供8192個16X 16點陣漢字（簡繁體可選）；內(nèi)置128個16X8點陣字符；2MHZ 時鐘頻率；顯示方式：STN半透、正顯；驅(qū)動方式：1/32DUTY 1/5BIAS ;視角方 向：6點；背光方式：側(cè)部高亮白色 LER功耗僅為普通LED的1/51/10 ;通訊方 式：用行、并口可選；內(nèi)置DC-DC專換電路，無需外加負壓；無需片選信號，簡化圖四件設(shè)計；工作

15、溫度：0C- +55C ,存儲溫度：-20 C - +60 C。三、電路（硬件）設(shè)計3.1電路原理圖模型部分硬件電路原理圖如下圖所示:MCU32加11o J 2 m 4 5 E 7 Ta 1 f Ga -a- A PF 步 p p p p pESTVPD P0.7P3 GEO lAVpp 購 itehallprdg 拶二取口 ?SENP3 3：NT1P2.7P3 4T0P2P3 5/HP2.5P3 /RRP2,4N *RDK3KTAL2 的工 XTAL1 P2.1GKDP2.C品 列 打 37辿 32 豆TT 丁 然 近 24 23 二 Tirc_JPIOMUC模塊電路圖QzoUOAozPEd

16、KOdSOdHodmodmodsd00dkdd9mdozUUA(NJOJ 二 NO 三 二A 8一匚 Ed mJ 二m 一二 點三 EL sod 二 Hlrl一 一二 mod 6 ZOd 8Eld L Elr L一(二 一 S NM axeloQA一 曲NORJ5(TFPLCD12864模塊電路圖JP1302DS1302模塊電路圖GND按鍵模塊電路DS18B20模塊電路3.3作品實物圖設(shè)計模型實物圖部分功能仿真如下圖所示:1 正常顯示界面2調(diào)節(jié)月顯示界面,*次迎光臨*/ 2年12月29日| 時21分。施“ 星期天溫度I? 7C四、程序（軟件）設(shè)計整體模塊程序部分設(shè)計框圖如下所示:LCD1286

17、4五、裝配與調(diào)試在整個模型整體組裝前，先必須把計時顯示模塊、時鐘模塊、溫濕度檢測、按 鍵調(diào)節(jié)模塊等各個單元模塊的功能調(diào)試出來。然后再整體統(tǒng)一裝配，同時進行整體 功能實現(xiàn)的調(diào)試。整機調(diào)試時遇到的問題及解決辦法： 整個模型綜合調(diào)試時，時鐘模塊 DS1302與MCU!接時數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定。解決辦法：在時鐘芯片數(shù)據(jù)腳加 5.1K上拉電阻；溫度傳感器DS18B20t MCU4接時數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定。解決辦法：在時鐘芯片數(shù)據(jù)腳加 5.1K上拉電阻；六、總結(jié)本次數(shù)字時鐘的設(shè)計與制作,在硬件電路上使用了STC89C52RD+片機作為主控，DS18B2W度傳感器作為溫度采集，DS1302時鐘芯片作為及時模塊。同時軟件

18、 方面利用LCD1286小口來進行數(shù)據(jù)間的傳輸顯示，把測量模塊測量出來的值在控制 端直觀的顯示出來。最終，軟硬件的綜合調(diào)試，該模型預(yù)期基本功能全部實現(xiàn)。七、致謝此時，在此次數(shù)字時鐘設(shè)計報告即將完成之際，我首先要向在制作調(diào)試中幫助我 的伙伴們致以最真摯的感謝，感謝老師在我進行設(shè)計制作時的悉心指導(dǎo)。同時，也真誠 的希望大家對本設(shè)計與制作的不足之處提出寶貴的意見。參考文獻1 家庭電子 1998年合訂本 .J1999. 212-2142 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.M 北京：高等教育出版社，2005.1-203 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分.M 北京：高等教育出版社，2005.40-604 電子線路設(shè)計實驗測試第二版.M 武漢：華中科大出版社， 2002.1-405 趙健 . 實用聲光電及無線電遙控電路300 例 .J 北京：中國電力出版社，2005.90-1006 鄭浩，高靜. 怎樣用萬用電表檢測電子元器件修訂本.J 北京：人民郵電出版社，2005.32-667 全新實用電路集粹編輯委員會編著