基于单片机的智能数字钟设计实现电气自动化专业.docx

） 摘 要 本设计论文介绍了应用STC90C516RD+单片机作为主控芯片的智能数字钟的软、硬件设计，给出了C语言源程序。此数字钟可以将时间、日期、温度、重大节日等显示于液晶屏上。它采用24时计时法，另外设有校时功能，可以调整其时间。电路由控制芯片CPU、时钟信号发生模块、显示模块、温度检测模块及时钟调整电路组成。运用时钟芯片产生标准时钟信号，从时钟芯片直接读出时间、日期等数据，分别经处理后送显示模块。选用LCD液晶屏作为显示器件，显示出清晰、直观的数字符号与汉字。由于时钟芯片长时间工作会产生误差，在电路中设计有时钟调整电路，方便校时。 关键词：单片机；STC90C516RD+；数字钟；LCD Abstract This paper introduces the application of STC90C516RD+ microcontroller as the main control chip of the intelligent digital clock software, hardware design, gives the C language source code. The digital clock can display the time, date, temperature, major festivals, etc. on the LCD screen. It uses 24 time method, in addition with the school function, you can adjust the time. The circuit is composed of a control chip CPU, a clock signal generating module, a display module, a temperature detection module and a clock adjusting circuit. Use the clock chip to produce the standard clock signal, from clock chip directly read time and date data, respectively the evacuation display module. LCD screen as a display device, showing a clear, intuitive digital symbols and Chinese characters. Due to the clock chip long time work will produce error, in the circuit design of the clock circuit, the convenience of school. Key words：Single-chip microcomputer; STC90C516RD+; Digital clock; LCD 目录 第一章 绪 论 1 1.1前言 1 1.2 课题来源 1 第二章 数字钟的功能实现与设计方案 3 2.1 数字钟的功能及设计要求 3 2.2数字钟的实现形式 3 2.2.1用NE555电路的形式 3 2.2.2采用基于单片机的实现形式 4 2.2.3采用石英钟专用芯片的实现形式 4 2.3 方案的确定 4 2.3.1 微处理器 4 2.3.2时钟信号模块 5 2.3.3显示电路 5 2.3.4 按键电路 5 2.3.5温度检测电路 6 第三章 数字钟的硬件系统设计 7 3.1 数字时钟的硬件系统框架 7 3.2 数字时钟的主机电路设计 7 3.2.1 系统控制芯片CPU（STC90C516RD+）的选择 8 3.2.2 系统震荡电路设计 12 3.2.3 系统复位电路设计 14 3.2.4 按键与按钮电路设计 15 3.2.5 数字钟的显示电路设计 15 3.2.6电源设计 21 3.2.7时钟信号发生电路设计 24 3.2.8温度检测电路设计 26 第四章 程序设计 28 4.1软件开发语言及平台 28 4.1.1 单片机开发语言的选择 28 4.2软件设计 29 4.2.1主程序设计 29 4.2.2显示模块程序设计 30 4.2.3时钟信号发生模块程序设计 32 第五章 系统的调试与结果 34 5.1 系统调试环境及设备 34 5.2 软件调试 34 5.2.1软件调试环境 34 5.2.3软件调试中遇到的主要问题 36 5.3硬件调试 37 第六章 总结与展望 38 6.1总结 38 6.2展望 38 致谢 40 44 第一章 绪 论 1.1前言 自1976由英特尔公司推出MCS-48，已经超过20年了。由于单片机具有集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等优点，已经渗透到人们的工作和生活中，几乎无处不在，应有尽有。单片机的应用范围包括工业控制、通信交通、智能仪表、家用消费品、办公自动化、汽车电子、电脑及外围通讯等各大领域。  单片机的基本结构形式有两种：一是在通用微型计算机中广泛采用的，程序存储器和数据存储器合用同一存储空间的结构，称为普林斯顿结构。另一种是将程序存储器和数据存储器的分别设置存储单元，分别进行寻址的结构，此种结构将提供较大的程序存储空间，目前的单片机多采用第二种结构[1]。  本文使用当前性价比较高，应用较为方便的51系列单片机，配置必要的外围部件，组成一个可调节的、集多功能于一身的数字钟系统，具有体积小，性价比高，功能强大，安全可靠等特点。可以完全满足此设计要求，并且可以扩展更多的功能，有着广泛的应用领域和发展前景。 20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点[2]。其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。  1.2 课题来源  在日常生活工作中，时钟的应用非常广泛，定时控制在工业生产中也发挥着重要作用，如混凝土搅拌的时间等。在早期，大多数时间控制单元都用模拟电路设计，定时精度和稳定性都较差，现在可以运用基于数字技术的新型集成控制芯片，随着单片机技术的发展，单片机的性能不断提高，单片机系统可以完成各种各样的工作。它体积小，质量轻，功能强大，性价比高，具有丰富的外围芯片、接口配置，可以构成各种形式功能强大的微电子产品。  随着社会生产生活的发展，对时间准确性的要求越来越高，对时钟的性能，体积稳定性的要求也在提高。根据这一情况，设计了一个单片机智能数字钟，它可以准确的进行计时，同时有重大节日提醒功能，同时又可以进行时钟校准与当前温度的显示。它可以执行不同的计时法（12时和24时），可以任意设置时间。这种便于携带的智能数字钟为人们的生活提供了便捷，同时扩大了数字技术的应用范围。 第二章 数字钟的功能实现与设计方案 2.1 数字钟的功能及设计要求 显示时/分/秒，可以随时调节时间 显示日期与温度 使用LCD显示 可以显示重要节日 2.2数字钟的实现形式 数字钟实现形式多种多样，根据时钟信号产生的方式划分，通常有三钟形式： 2.2.1用NE555电路的形式 采用NE555时钟电路或其他震荡电路产生秒脉冲信号，作为微处理器的外部中断信号，实现秒信号计时，可构成电子时钟。由555构成的秒脉冲发生器电路如图2.1所示。输出的脉冲信号V0的频率F=1.443/（RA+2RB）×C,可通过调节RA ，RB ，C这3个参数,得到精确的脉冲信号。 图2.1 基于555的秒脉冲发生器 2.2.2采用基于单片机的实现形式 利用单片机自身携带的定时计数器，采用对微处理器系统自身标准时钟震荡信号进行计时的方式产生秒信号。产生秒信号后再运用累加器等产生时钟信号。此种方法不需要外接专用芯片即可实现，硬件简单，但是计时精度较差。 2.2.3采用石英钟专用芯片的实现形式 采用石英钟专用计时芯片实现的电子钟具有体积小、计时精度高、方便稳定的特点。石英计时芯片（机芯）比较多，常见的有DS1302、3252和LM8560等[3]。使用DS1302的输出时间信号，可实现电子时钟。DS1302的引脚如图2.2图2.2 DS1302引脚图 所示。 其中，引脚1接主电源正极，电源为5V，引脚2、3为外接晶振及振荡电路，引脚5为复位引脚，引脚6为数据输入输出引脚，引脚7为串行传输的时钟信号引脚，引脚8接备用电源。 2.3 方案的确定 本设计从以下几个方面确定智能数字钟的设计方案： 2.3.1 微处理器 采用宏晶科技的STC90C516RD+微处理器，是基于以下几个因素： 处理器内自带Flash 存储器,在系统的开发过程中, 可以修改调试程序，编程错误可以重新修改，没有浪费，大大缩短了开发周期；同时在系统的工作过程中能有效保存数据信息[4]； 采用静态时钟方式,功耗低 ,可以有效降低系统整体功耗； 是以8051内核构成的,兼容MCS51系列单片机，具有丰富的仿真调试资源，包含众多库函数，使用方便。 性价比高，货源充足； DIP40封装，体积小，使产品便于携带； 具有空闲模式和掉电模式两种工作模式，便于进行低功耗设计； 具有较宽的工作电压范围： 5.5V - 3.8V（5V 单片机），便于交直流供电。 2.3.2时钟信号模块 DS1302是一种高性能，低功耗的集成时钟芯片，可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，计时精度较高。工作电压宽：2V~5.5V，刚好与单片机电源系统相匹配。采用同步串行通信，与单片机连接简单，节约I/O资源[5]。同时，DS1302在DS1202的基础上，增加了备用电源引脚，并可对其进行涓流充电，提高了它的适应性，可以更加方便的应用于各种电子产品中。选择DS1302作为时钟信号产生模块，可精确提供日期与时间，满足设计要求，同时其使用方便，信价比高，故本设计采用DS1302产生时钟信号。 2.3.3显示电路 智能数字钟的显示电路，通常可采用数码管显示或LCD液晶显示两种方式。若采取数码管，需要专门的译码驱动电路，占用IO口较多且无法显示汉字，显示效果相对较差；采用集成了驱动电路的液晶显示模块，无需自行设计驱动电路，集成度高。现在大多LCD都自带字库，可以方便的显示汉字。LCD多采用并行接口，程序简洁，显示效果较好，性价比较高。因此，本设计采用了液晶显示的方式。 2.3.4 按键电路 由于正常使用中按键使用频率较低，本设计设置四个独立按键，完成校时和日期设定功能。 （1） SET键，在正常工作状态下，按下SET键，进入时间日期设定界面。 （2） 加一键，每按一次，当前设定位数值加一，根据其24小时工作模式和正在编辑的当前位的含义（年、月、日、时、分、秒）自动进行数据的上限和下限判断