基于51系列單片機的電子時鐘設(shè)計與制作

1、. . . . 摘要本論文基于單片機原理技術(shù)介紹了一款于STC89C52RC芯片作為核心控制器的單片機數(shù)字液晶顯示多功能電子鐘的設(shè)計與制作，原理圖仿真實現(xiàn)、軟件程序編輯的實現(xiàn).包括硬件電路原理的實現(xiàn)方案設(shè)計、硬件實物的安裝制作與硬件實物的調(diào)試過程。日歷時鐘的信息來源于DALLDS 公司推出的低功耗時鐘芯片DS1302，時鐘芯片與單片機通過I2C總線協(xié)議進行通信，DS18B20溫度傳感器可以檢測環(huán)境中的實時溫度，先進的單總線數(shù)據(jù)通信和單片機進行數(shù)據(jù)傳輸。顯示部分利用LCD1602顯示，加上按鍵的人機交換界面可以隨時對時間進行調(diào)整，另外用了比較成熟的TDA2822芯片作為功放做了個小音響，加上外部

2、的包裝，外觀可謂是美輪美奐, 小巧玲瓏。關(guān)鍵詞：單片機；DS18b20；DS1302；LCD1602；TDA2822功放。- 16 - / 18第一章基于51系列單片機的電子時鐘設(shè)計與制作（含功放電路）的概述- 1 -1:設(shè)計任務(wù)與要求- 1 -2:方案設(shè)計選擇- 1 -3系統(tǒng)主要方框圖- 2 -第二章硬件單元電路設(shè)計與參數(shù)計算- 3 -第三章1:電源電路- 3 -2:單片機最小系統(tǒng)電路- 4 -3:按鍵電路- 5 -4:溫度電路- 5 -5:時鐘電路- 6 -6:LCD1602顯示電路- 7 -7:TDA2822功放電路- 8 -8:軟件設(shè)計流程圖- 9 -9:總原理圖- 10 -10:PC

3、B制板圖- 11 -11:整體電路仿真圖- 12 -第三章性能測試與分析- 13 -1:整體測試- 13 -2: 各部分電路測試- 13 -3:元件清單- 14 -第四章心得體會- 14 -第一章 基于51系列單片機的電子時鐘設(shè)計與制作（含功放電路）的概述1:設(shè)計任務(wù)與要求（1）、演示作品時能準確顯示時鐘日歷（年月日時分秒），并且可以設(shè)置時分秒，年月日星期等，并顯示清晰、穩(wěn)定，并且功放電路效果較好；發(fā)揮部分可以有溫度顯示（2）、上述兩項功能模塊電路，電路板上都必須具有，電路圖設(shè)計標準、完全；（3）、元器件安裝規(guī)，焊接到位，外觀優(yōu)美；（4）、其它擴展功能，同學(xué)自由發(fā)揮，可另外加分。2:方案設(shè)計選

4、擇根據(jù)上述設(shè)計要求，結(jié)合現(xiàn)有元件，利用集成芯片完成具有以上功能的電路。1：由于需要準確顯示時鐘日歷（年月日時分秒），這里對于顯示的選擇比較：（1）：數(shù)碼管顯示，優(yōu)點價格便宜，但是不能顯示復(fù)雜的英文，顯示出來很大，布線不易，不美觀。（2）：LCD1602,價格適中，可以顯示復(fù)雜的英文，功耗不大，外觀較小，計較符合（3）：LCD12864,彩屏，如果用這些，可以顯示中文，還用一些圖片，但是價格較高，秉著合理利用的原則，不大材小用，決定放棄。2：由于需要準確顯示時鐘日歷（年月日時分秒），這里對應(yīng)時鐘的選擇作出比較：（1）:可以利用單片機自己自帶的定時器精確定時,在通過軟件控制,這樣就減少了硬件的成本

5、,但是這樣需要晶振絕對的穩(wěn)定,而且掉電數(shù)據(jù)不保存,還沒有年月星期的自動調(diào)整功能,對程序的要求很高,不易控制.(2):DS1302它可以對年、月、日、周、日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償?shù)榷喾N功能。不必在程序上做太多的處理,與單片機的接口簡單,掉電有備用電池用來供電保存數(shù)據(jù)。所以非常適合要求3：溫度檢測的選擇（1）：熱敏電阻可以隨著溫度的變化電阻也發(fā)生變化，但是要想讀出現(xiàn)在的溫度，那么還必須加上AD轉(zhuǎn)換電路，對AD轉(zhuǎn)換過來的數(shù)據(jù)還要進行處理，處理過程是一項非常繁瑣的工作，這樣就增加了研發(fā)的難度和時間，很沒有必要把簡單的東西復(fù)雜化。（2）：相比熱敏電阻，DS18B20的優(yōu)點可謂是多多，首先它

6、的硬件電路非常簡單，與單片機之間的數(shù)據(jù)傳輸只用了一條線。測溫圍 55125，固有測溫分辨率0.5。具有耐磨耐碰，體積小，工作電源: 35V/DC。非常適合要求。4：功放部分的選擇（1）：LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點的功率放大器，但是它的不能連接兩個喇叭，也就是沒有立體聲功能。這個芯片是早期的，技術(shù)上相對落后。不宜選擇。（2）：TDA2822一般的集成功放電路外圍元件較多且需要較大的散熱器。本文介紹的功放電路簡單，自制方便。TDA2822集成功放電路常用在隨身聽、便攜式的DVD等音頻放音用；功率不是很大但以可以滿足您的

7、聽覺要求了，且有電路簡單、音質(zhì)好、電壓圍寬等特點，是業(yè)余制作小功放的較佳選擇。主要是它可以用5V單電源帶起，做出來的聲音也不錯。所以選擇。5：單片機的選型（1）：DSP（digital signal processor）是一種獨特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。但是對于我們來說，一個是它需要你熟悉它，會運用，這個我們還沒有達到。就算我們會用，在一個問題是價格貴，買不起，封裝不是DIP的，不易實驗

8、，所以又是大材小用，很沒有必要選擇這么高級的。（2）AT89S82是一款非常流行的單片機了，很適合我們的任務(wù)所需，但是他的下載電路并不是那么的簡單，再說這個是國外生產(chǎn)的，何必用呢？（3）STC89C52RC是非常值得推薦的，STC是在的一家8051單片機設(shè)計生產(chǎn)公司。STC系列的單片機現(xiàn)在在中國的51單片機市場上占有較大比例。宏晶科技現(xiàn)已成長為全球最大的8051單片機設(shè)計公司，完完全全的中國制造，它是AT89S52的增強版本，技術(shù)成熟，運用穩(wěn)定，下載電路非常方便，很適合我們選擇用3系統(tǒng)主要方框圖電腦，MP3,手機等的音頻輸入TDA2822功放電路喇叭5V電源按鍵STC89C52RC下載電路溫度

9、檢測時鐘芯片液晶顯示第二章 硬件單元電路設(shè)計與參數(shù)計算第三章 1:電源電路圖中J1為電源插座，S5為帶鎖開關(guān)，要特別主意這來個的封裝，很容易錯。利用外部電源直接提供5V直流電源接入電源接口，再通過帶鎖開關(guān)控制導(dǎo)通情況。圖中LED起到指示作用，當通電時亮，電阻為限流作用一般接220 1 K，不接后果很嚴重，LED只亮一下2:單片機最小系統(tǒng)電路關(guān)于最小系統(tǒng)和STC89C52RC單片機的介紹網(wǎng)上有很多,非常容易搜到,這里就不累贅!這里討論幾個問題:1：要使STC89C52RC復(fù)位需要兩個機器周期的高電平,我們用的是12M晶振，那么一個機器周期為1/12M=1uS，當S4按下時，C3迅速導(dǎo)通通電，此時

10、9腳為高電平，松開后電容要電，起到延時的作用，t=C3*(R8+R2)=0.11S>2uS,足夠為復(fù)位提供搞電平2：三點式電容震蕩是單片機所用到的，這里只是外面接兩個電容而已，電容要求小于47P,一般晶振不大于48M3:相對余AT的單片機STC下載簡單多了，這里只是引出了四條線，分別為VCC,GND,TXD,RXD,只需四根線就可以完成下載，而卻可以通過引出的端口對板上供電。3:按鍵電路按鍵電路主要是別忘了加上拉電阻，要不就不穩(wěn)定了，這里用了四個按鍵作為功能鍵，一個按鍵作為復(fù)位鍵對應(yīng)分別為：S0 功能選擇，S1 減，S2 加，S3 確認，S4 復(fù)位。4:溫度電路溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)

11、用與高精度、高可靠性的場合時DALLAS（達拉斯）公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器當仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得DS18B20更受歡迎。對于我們普通的電子愛好者來說，DS18B20的優(yōu)勢更是我們學(xué)習(xí)單片機技術(shù)和開發(fā)溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的不二選擇。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬您對單片機開發(fā)的思路。DS18B20的主要特征：􀂄 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換與輸出。 􀂄 先進的單總線數(shù)據(jù)通信。 􀂄 最高12位分辨率，精度可達土0.5攝氏度。􀂄 12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。⣷

12、08; 可選擇寄生工作方式。 􀂄 檢測溫度圍為55°C +125°C (67°F +257°F) 􀂄 置EEPROM，限溫報警功能。􀂄 64位光刻ROM，置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接。􀂄 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。 DS18B20工作原理與應(yīng)用：DS18B20的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20的部存儲器資源。18B20共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是：

13、ROM 只讀存儲器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。第1、2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4個字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復(fù)位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個EEPROM的鏡像。第6、7、8個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，

14、同樣也是部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。5:時鐘電路DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達2.55.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置

15、備用電源充電方式，提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。DS1302的外部引腳分配如圖1所示與部結(jié)構(gòu)如圖2所示。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛應(yīng)用于測量系統(tǒng)中。1.各引腳的功能為：Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。當Vcc2>Vcc1+0.2V時，由Vcc2向DS1302供電，當Vcc2< Vcc1時，由Vcc1向DS1302供電。SCLK：串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出；I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線；CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個功能：第一，CE開始控制字訪

16、問移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?:LCD1602顯示電路LCD1602可以顯示16*2=32個字符，也可以用來顯示一些漢字圖片（利用取模軟件提?。?，原理圖中的可調(diào)電阻是用來調(diào)節(jié)字符顯示的亮度的，調(diào)節(jié)是要有耐心，應(yīng)為用到的是精密可調(diào)電阻，這個需要轉(zhuǎn)很多圈，不容易顯示出來，注意不能跳到太亮，要不很容易燒掉液晶，下面為接口說明，一般不顯示很可能是程序的問題和可調(diào)電阻沒有調(diào)節(jié)好，至于介紹網(wǎng)上很容易找到。7:TDA2822功放電路雙聲道音頻功率放大電路- TDA2822概述與特點TDA2822 是雙聲道音頻功率放大電路，適用于在袖珍式盒式放音機（WALKMAN）

17、、收錄機和多媒體音箱中作音頻放大器。該電路的特點如下：電源電壓圍寬（1.815V），電源電壓可低至1.8V 仍能工作，因此，該電路適合在低電源電壓下工作；靜態(tài)電流小,交越失真也??；適用于單聲道橋式（BTL）或立體聲線路兩種工作狀態(tài)；采用雙列直插8 腳塑料封裝（DIP8）。這個原理圖是按照數(shù)據(jù)手冊畫的，實物出來的效果蠻好，音質(zhì)主要與喇叭有關(guān)。存在的問題是有點雜音，可能需要價格帶通濾波器進行濾波，還有就是芯片容易發(fā)熱，不能放很大的聲音，要不更加的熱，而卻雜音更加大，值得改進。8:軟件設(shè)計流程圖開機開機畫面顯示N是否有按鍵按下Y檢測那個按鍵按下減鍵功能選擇鍵復(fù)位鍵確認鍵加減9:總原理圖10:PCB制

18、板圖11:整體電路仿真圖程序太多了,省略了.第三章 性能測試與分析1:整體測試在接通電源前，先用萬用表確認電源正和地沒有短路，之后接通電源，如果紅色LED亮了，說明電源部分沒用問題，并且LCD1602亮了藍光說明這部分電源沒事，在接通電源的時候可以聽到一點喇叭發(fā)出的吱吱聲，表明喇叭可以工作，接通電源后過一段時間如果所用芯片都沒有發(fā)熱，則說明電路已經(jīng)成功了一半。如果有芯片發(fā)熱，那么應(yīng)該立即停止供電。慢慢的檢查那里出問題2: 各部分電路測試（1）：首先在protues中仿真調(diào)好，在程序中要特別注意與硬件中引腳對應(yīng)上（2）：把程序燒到單片機里面，看是否LCD1602顯示出自己的名字和學(xué)號。剛開始可能

19、不顯示，在調(diào)節(jié)可調(diào)電阻后如果沒有問題會顯示出來。如果到了電阻的兩個極點還沒有出來，說明硬件出問題了，檢查下單片機最小系統(tǒng)，還用顯示部分的電路，肯定會有所發(fā)現(xiàn)的。（3）：在液晶可以顯示后，看上面顯示秒的數(shù)字是不是在走動，走動說明沒有問題，不走動首先檢測下電路問題，確保沒有問題后，很可能是1302部分的晶振不起振，用手按著很可能會走，那不就換一個，在這部走之后就是要確保斷電后數(shù)據(jù)會保留，這部分測試需要點時間，在你對好表后斷電再通電看是否這個所走的時間，如果恢復(fù)到初始設(shè)置值，那么就是紐扣電池的問題了，很可能是正負極安裝反了，接觸不良，電池電壓過低導(dǎo)致的。（4）：DS18B20的安裝和三極管的安裝類似

20、，如果液晶上面一直顯示初始的溫度，和現(xiàn)在環(huán)境的溫度相差很大，那么和可能是，數(shù)據(jù)端口的電阻不是4.7K電阻,DS18B20接反了，接觸不良。（5）：按鍵的測試比較簡單，只要你對應(yīng)的按鍵能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能就可以，不可以，那么肯定是硬件或者連接線的問題了。（6）：利用音頻將板子上面的音頻接口和電腦連接，電腦放歌，聲音開到適中，接通電源，如果喇叭發(fā)出聲音，那么這次工程訓(xùn)練已經(jīng)完成了百分之九十了，不成功，首先看看硬件上面適合出現(xiàn)問題，和數(shù)據(jù)手冊上面的參考電路對應(yīng)檢查下，看看耳機適合完全插入音頻接口中（我的出現(xiàn)的問題這個，害的我重新檢查了一遍）。這部分電路不會出現(xiàn)大問題，只要按照數(shù)據(jù)手冊上面給的參數(shù)就可以

21、。只是音質(zhì)的問題，音質(zhì)和喇叭的關(guān)系很大，還有電容的質(zhì)量，不過自己做個100HZ20KHZ的帶通濾波器接入，那么音質(zhì)肯定會有很大的改進，還有喇叭的安裝方式（我在沒有安裝在盒子里面和沒有在盒子里面音質(zhì)相差蠻大的，前者好多了）。（7）：總體調(diào)試:在實現(xiàn)上面所有的功能后，把所用東裝到盒子里面固定好，再進行微調(diào)，同時程序上面進行改進，使之達到最佳效果，加上點自己的靈感，怎一個爽字了得！3:元件清單原件名稱數(shù)量原件名稱數(shù)量STC89C52RC1排針1排DS18B201LCD16021DS1302140P底座1TDA282218P底座2喇叭2紅色LED1帶鎖按鍵13V紐扣電池112M晶振132.768K晶振1小按鍵5紐扣電池底座1電源插座130P電容2覆銅板16x9cm14.7電阻2103可調(diào)電阻1470電阻1102排阻（9腳）110uF電容24.7K電阻1104電容310K電阻9100uF電容21K電阻1470uF電