[优秀毕业设计精品] 多功能电子钟的设计与实现—硬件部分.doc
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1、 本科生毕业设计说明书(毕业论文)题 目:多功能电子钟的设计学生姓名:学 号: 专 业:电子信息工程班 级:10电信专升本指导教师:多功能电子钟的设计与实现硬件部分摘 要电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化,拥有时钟精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点,被广泛应用于生活和工作当中。另外,在生活和工农业生产中,也常常需要温度,这就需要电子时钟具有多功能性。本设计主要为实现一款可正常显示时钟/日历、测量环境温度、带有定时闹铃的多功能电子时钟。本文对当前电子钟开发手段进行了比较和分析,最终确定了采用单片机技术实现多功能电子时钟。本设计应用AT89C52芯片作为核心,1602LCD液晶
2、显示,使用DS1302实时时钟日历芯片完成时钟/日历的基本功能,同时利用DS18B20温度传感器测量环境温度。这种实现方法的优点是电路简单,性能可靠,实时性好,时间和温度精度高,操作简单,编程容易。该电子时钟可以应用于一般的生活和工作中,也可通过改装,提高性能,增加新功能,从而给人们的生活和工作带来更多的方便。关键词:电子时钟;多功能;AT89C51;时钟日历芯片;温度传感器The Design with Investigation of the Multi-function Electron Clock The Design of the Hardware AbstractThe elect
3、ronic clock mainly uses the electronic technology make the clock computerization, the digitization, with the clock precision, small size, friendly interface, scalable performance and other characteristics, was widely used in life and work. Measuring temperature, in life, industry and agricultural pr
4、oduction, so electronic clock need multi-function.The design for the main implementing a clock/calendar can be displayed normal, collecting personal ambient temperature, with the timing alarm of the multi-function electronic clock.Comparing and analysising the development technology of the electron
5、clock, the design determines to use the MCU technology to realize the multi-functional electron clock. This design application AT89C52 as a core chips, 1602 LCD digital displaying, using DS1302 real-time clock chip to complete the basic function of the clock/calendar. At the same time the design use
6、 of DS18B20 temperature sensors to collect the environmental temperature. The method has the advantage of being simple circuit, reliable performance, good real-time, high precision of the time and temperature , simply operation, easy programming.The electronic clock can be applied to the general liv
7、ing and working ,can also be modified to improve performance, add new functions, and brings more convenient to peoples life and work.Key words: Electronic clock; Multi-function; AT89C51; DS1302; Temperature pickup 目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言51.1 多功能电子时钟研究的背景和意义51.2 电子时钟的功能6第二章 电子时钟设计方案分析72.1 FPGA设计方案72
8、.2 单片机设计方案7第三章 系统设计93.1 总体设计93.2 电子时钟硬件电路设计93.2.1 单片机最小系统电路设计93.2.2 时钟芯片电路设计103.2.2.1 DS1302芯片介绍103.2.2.2 DS1302引脚说明113.2.2.3 时钟电路123.2.3 温度采集电路设计123.2.4 电源供电电路133.2.5 1602LCD液晶屏133.2.6 蜂鸣器闹铃电路143.2.7 按键电路调整14第四章164.1 主程序流程164.2 时间设置子程序流程174.3 闹钟设置子程序流程18第五章 系统调试195.1硬件调试195.1.1单片机基础电路调试195.1.2显示电路调
9、试215.1.3 DS1302电路调试225.1.4按键电路调试235.2软件调试235.2.1环境温度采集子程序调试245.2.2键盘子程序调试24结论25参考文献26致 谢1附录A 2附录 B34第四章35第一章 引 言时间是人类生活必不可少的重要元素,如果没有时间的概念,社会将不会有所发展和进步。从古代的水漏、十二天干地支,到后来的机械钟表以及当今的石英钟,都充分显现出了时间的重要,同时也代表着科技的进步。致力于计时器的研究和充分发挥时钟的作用,将有着重要的意义。1.1 多功能电子时钟研究的背景和意义20世纪末,电子技术获得了飞速的发展。在其推动下,现代电子产品几乎渗透到了社会的各个领域
10、,有力的推动和提高了社会生产力的发展与信息化程度,同时也使现代电子产品性能进一步提升,产品更新换代的节奏也越来越快。 时间对人们来说总是那么宝贵,工作的忙碌性和繁杂容易使人忘记当前的时间。然而遇到重大事情的时候,一旦忘记时间,就会给自己或他人造成很大麻烦。平时我们要求上班准时,约会或召开会议必然要提及时间;火车要准点到达,航班要准点起飞;工业生产中,很多环节都需要用时间来确定工序替换时刻。所以说能随时准确的知道时间并利用时间,是我们生活和工作中必不可少的1。想知道时间,手表当然是一个很好的选择,但是,在忙碌当中,我们还需要一个“助理” 及时的给我们提醒时间。所以,计时器最好能够拥有一个定时系统
11、,随时提醒容易忘记时间的人。 最早能够定时、报时的时钟属于机械式钟表,但这种时钟受到机械结构、动力和体积的限制,在功能、性能以及造价上都没办法与电子时钟相比。 电子钟是采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置,广泛应用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等,所有这些,都是以
12、钟表数字化为基础的。因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。另外,温度实时显示系统应用同样越来越广泛,比如空调遥控器上当前室温的显示、热水器温度的显示等等。医药卫生、工农业生产上也有很多场合需要测量环境温度。如果能够在电子时钟上附加温度采集功能,将使电子时钟的应用更加广泛。1.2 电子时钟的功能电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化,拥有时间精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点,被广泛应用于生活和工作当中。当今市场上的电子时钟品类繁多,外形小巧别致。也有体型较大的,诸如公共场所的大型电子报时器等。电子时钟首先是数字化了的时间显示或报时器,在此基础上,人们可以根据不同场合
13、的要求,在时钟上加置其他功能,比如定时闹铃,万年历,环境温度、湿度检测,环境空气质量检测,USB扩展口功能等。本设计电子时钟主要功能为:1. 具有时间显示和手动校对功能,24小时制;2. 具有年、月、日显示和手动校对功能;3. 具有闹铃功能;4.5. 具有贪睡功能;6. 具有环境温度采集和显示功能;7. 掉电后无需重新设置时间和日期;8. 采用交直流供电电源。交流供电为主,直流电源为后备辅助电源,并能自动切换。第二章 电子时钟设计方案分析电子闹钟既可以通过纯硬件实现,也可以通过软硬件结合实现,根据电子时钟里的核心部件秒信号的产生原理,通常有以下三种形式:2.1 FPGA设计方案现场可编程门阵列
14、(Field Programmable Gate Array,FPGA),是20世纪70年代发展起来的一种可编程逻辑器件,是目前数字系统设计的主要硬件基础。FPGA在结构上由逻辑功能块排列为阵列,并由可编程的内部连线连接这些功能块,来实现一定的逻辑功能。可编程逻辑器件的设计过程是利用EDA开发软件和编程工具对器件进行开发的过程。由于EDA技术拥有系统的模拟和仿真功能,可读性、可重复性、可测性非常好,所以利用EDA开发FPGA是目前比较流行的方式。当然,有时根据需要,也会应用MAX+plus开发集成环境进行设计。正因为FPGA在设计过程中方便、快捷,而且FPGA技术功能强大,能够应用其制作诸如基
15、代码发生器、数字频率计、电子琴、电梯控制器、自动售货机控制系统、多功能波形发生器、步进电机定位控制系统、电子时钟等。应用FPGA能够将时钟设计为为四种类型:全局时钟、门控时钟、多级逻辑时钟和波动式时钟。多时钟系统能够包括上述四种时钟类型的任意组合234。2.2 单片机设计方案单片机是微型机的一个主要分支,它在结构上的最大特点使把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言,一块单片机芯片就是一台计算机。单片机具有如下特点:有优异的性能价格比;1 集成度高、体积小、有很高的可靠性;2 控制功能强;3 低功耗、低电压,便于生产便携式产品;4 外
16、部总线增加了I2C、SPI等串行总线方式,进一步缩小了体积,简化了结构;5 单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。所以单片机的应用非常广泛,在智能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统以及人们的生活中均有用武之地。单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思路和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种用软件代替硬件的控制技术,是对生产控制技术的一次革命。利用单片机的智能性,可方便地实现具有智能的电子钟设计。单片机均具有时钟振荡系统,利用系统时钟借助微处理器的定时器/计数器可实现电子钟
17、功能。然而系统时钟误差较大,电子钟的积累误差也可能较大,所以可以通过误差修正软件加以修正,或者在设计中加入高精度时钟日历芯片,以精确时间。另外很多功能不同的单片机是兼容的,这就更便于实现产品的多功能性。第三章 系统设计在比较了第二章的三种实现方案之后,考虑单片机货源充足、价格低廉,可软硬件结合使用,能够较方便的实现系统的多功能性,故采用单片机作为本设计的硬件基础。3.1 总体设计 图1 系统设计总体框图3.2 电子时钟硬件电路设计3.2.1 单片机最小系统电路设计 本系统以AT89S52单片机为核心,本系统选用12MHZ的晶振,使得单片机有合理的运行速度。起振电容30PF对振荡器的频率高低、振
18、荡器的稳定性和起振的快速性影响较合适,复位电路为按键高电平复位。AT89S52单片机最小系统电路设计如图2所示。 图2 AT89S52单片机最小系统3.2.2 时钟芯片电路设计 3.2.2.1 DS1302芯片介绍 DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟日历芯片,附加31字节静态RAM,采用SPI三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小于31天时可以自动调整,且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电(主电源和备用电源),可设置备用电源充电方式,提
19、供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。有主电源和备份电源双引脚,而且备份电源可由大容量电容(1F)来替代。需要强调的是,DS1302需要使用32.768KHz的晶振。3.2.2.2 DS1302引脚说明 DS1302引脚说明DS1302引脚图参照图3 图3 DS1302芯片引脚图其的引脚功能参照表1。表1 DS1302引脚功能说明引脚号名称功能1VCC1备份电源输入2X132.768KHz晶振输入3X232.768KHz晶振输出4GND地5RST控制移位寄存器/复位6I/O数据输入/输出7SCLK串行时钟8VCC2主电源输入 3.2.2.3 时钟电路 图4 时钟电路 3.2.3 温度采集电路设
20、计 系统采用DS18B20温度传感器,它的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上,从而抗干扰力更强。电压范围:+3.0+5.5V。其测温范围为:-55+125,固有测温分辨率为0.5,通过变成可实现912未得数字读数方式。其电路如图5所示。 图5 温度采集电路3.2.4 电源供电电路我们采用外接USB端口的方式为单片机供电,LPOW1为电源显示灯,当按键S2按下,显示灯亮,表示给单片机供电+5V电压。其电路图如图6所示。 图6 电源供电电路3.2.5 1602LCD液晶屏 1602LCD液晶屏为5V电压驱动,带背光,可现实两行,每行16个字符,不能显示汉字。液晶1, 2端为电源;15,16
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