《电子技术》课程设计报告数字时钟和温度器.doc
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1、天津职业技术师范大学电子工程学院电 子 技 术课程设计报告同组学生姓名(学号): 班 级: 电子工程学院 应用电子技术教育0711 任务分工:软、硬件调试和部分程序编程 :软件部分编程和仿真 *:硬件焊接和调试 设计时间: 2011年02月21 日 2011 年 03月11日指导教师: 目录题目一 数字时钟一、 课程设计的目的和要求3二、 方案论证及选择3三、 原理设计5四、 方案实现与测试11五、 参考书目12题目二 温度显示器一、 课程设计的目的和要求13二、 方案论证及选择13三、 原理设计15四、 方案实现与测试20五、 参考书目20课程设计总结21个人总结22附:数字时钟程序25 温
2、度显示器程序34题目一 数字时钟一、课程设计的目的和要求1、课题来源:老师和学生共同拟定。2、类型:实做。3、目的和意义:掌握单片机的编程。4、基本要求:设计和制作一个显示时分秒的数字时钟,具有校时功能,可对小时和分钟单独校时,对分钟校时时,停止向小时的进位。校时时钟可以手动输入或借用电路中的时钟;实现秒表功能;省电状态(不显示);显示年、月、日、学号;刻意24小时和12小时转换5、设计过程根据课程设计的要求,经过查阅资料和小组讨论,我们先分析任务要求、确定解题思路,决定了大概的系统结构,其中包括主控电路、复位电路、时钟电路、显示电路和设置电路。如下图所示。然后画流程图、编写程序最后进行总体系
3、统的调试和修改。6、设计图主控电路显示电路时钟电路复位电路设置电路图一 方案设计图二、方案论证和选择本系统我们决定以AT89S52单片机为控制核心,通过内部定时器获得时间,并将得到的数据通过显示模块显示出来,同时通过相应的按键调整相应的值。因此本设计可分为一下模块:主控模块、时钟模块、显示模块、设置模块(时间设置模块、年月日设置模块、12/24切换模块、秒表计数模块)。下面对各个模块逐一进行论证分析:1、 主控模块方案一:单片机和数字芯片结合使用,这样的好处是能减少单片机的工作量,使电路不单纯的只依赖于单片机工作,但是如果使用数字芯片,就有点违背题目初忠,单片机的功能也不能直观的显现出来。而且
4、相对来说成本要高。电路也不够简略。方案二:单独使用AT89S52单片机,该单片机采用的MCU51内核,因此具有很好的兼容性,内部带有8KB的ROM,能够存储大量的程序,最突出特点是具有ISP在系统烧写功能,使得烧写程序更加方便。它的好处是外围电路比较简单直观,所有的控制都只需用软件程序来实现,对于单片机来说,时钟程序远不够它自身的承受量,所以只要程序编的合理,就能比较方便的实现。2、 时钟模块方案一:采用DALLAS公司的涓细充电时钟芯片DS1302,该芯片通过简单的串行通信与单片机进行通信,时钟/日历电路能够实时提供年、月、日、时分、秒信息,采用双电源供电,当外部电源掉电时能够利用后备电池准
5、确计时。方案二:AT89S52内部含有2个定时器,可以利用一个定时器与程序计数器相结合的方式,在系统晶振的驱动下,产生标准时钟频率。由于此方案具有较好的灵活性、较少的电路器件和较高的性价比,而且通过精确的软件补偿使精度完全可以满足控制需要,所以我们选择该方案完成设计。3、显示模块(1)显示器件的选择数码管是利用发光二极管的特性组合而成数字显示器件,通过控制相应的二极管的状态显示相应的数字方案一:静态显示。静态显示就是当显示器显示某一字符时,相应的发光二极管恒定的导通或截止。这种方式每一位都需要为输出口控制,显示位多的时侯,会造成资源浪费,不符合经济原则。方案二:动态显示。动态显示就是一位一位的
6、轮流点两各个位,对于显示器的每一位来说就是每隔一段时间点亮一次。扫描速度够快的话字符就不会闪烁。这个方案降低了功耗。方案三:采用液晶显示。1602字符型液晶是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔,每行之间也有也有间隔,起到了字符间距和行间距的作用。1602的驱动电路带有11条指令,可以很方便的控制液晶的现实效果如:清屏、左移右移、光标显示。而且1602显示的字符在下一条指令为到来之前不会改变,也就是能够维持显示的字符,1602液晶占用的系统资源也少。但成本较高。方案四:采用点
7、阵显示,可做成表盘显示,但是点阵显示成本较高,同时所需资源也较多,控制比较繁琐,编程较繁琐。在考虑后我们选择了数码管动态显示。共需要8数码管。(2)数码管与单片机的接口选择方案一:用74LS138集成芯片连接,对输出端口进行扩展,这样可以减少输出端口,但在时钟电路中所需控制的输出设备不多,用这种方案会使外围电路复杂,而且一些P口闲置浪费。方案二:直接与端口连接,使得外围电路直观简单,在编程序时也会显得简单明了。4、设置模块方案一:使用键盘控制,它的效果比较直观,能直接根据需要按键,直接得出所需的数值,而且对程序的要求也不需很大,但使用的按钮量较多,占的空间也较大,而且实际实用性不强。方案二采用
8、独立式按键电路,每个键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响,此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点是当按键较多时占用单片机的I/O数目较多,优点是电路设计简单,且编程极其容易。考虑到时钟控制在实际使用时的资源量并不大,使用按钮控制可以大大减少按键的使用量。综上,在完成任务所需的要求的前提下,我们选择尽量节约系统硬件的成本,能用软件实现的都用软件完成,如按键的消抖动采用软件延时,显示采用动态显示等。所以我们做选择的方案是:AT89S52芯片为核心,数码管动态显示,利用按钮开关进行功能设置。三、原理设计1、基本原理电路是由控制部分和显示部分两大部分组成。利用单片机程序进行控制,单片
9、机以晶体振荡器的振荡周期(或外部引入的时钟周期)为最小的时序单位,片内的各种微操作都以此周期为时序基准。在单片机内部存储器设6个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断,每产生一次中断,存储器内相应的秒值加1;若秒值达到60,则将其清零,并将相应的分字节值加1;若时值达到24,则将十字节清零。年月日同理。2、电路仿真图二3、 系统组成框图(1)硬件结构图主控模块数码管显示电路时钟电路复位电路按键设置电路图三(2)程序流程图主程序开始设定定时器常数开中断到一秒?显示时间YN图四T0中断现场保护重装定时器初值满20次否?秒值加1满60秒否?秒缓冲单元清零分值加1满60
10、分否?分缓冲单元清零时值加1满24小时否?时缓冲单元清零恢复现场结束Y图五按键程序开始按下1次按下2次按下3次按下4次按下5次按下6次按下7次按下8次学号显示秒表模式省电模式12/24切换日期调整日期显示时间调整时间显示返回图六4、单元电路设计主控单元方案一:单片机和数字芯片结合使用,这样的好处是能减少单片机的工作量,使电路不单纯的只依赖于单片机工作,但是如果使用数字芯片,就有点违背题目初忠,单片机的功能也不能直观的显现出来。而且相对来说成本要高。电路也不够简略。方案二:单独使用单片机控制,它的好处是外围电路比较简单直观,所有的控制都只需用软件程序来实现,对于单片机来说,时钟程序远不够它自身的
11、承受量,所以只要程序编的合理,就能比较方便的实现。晶体振荡单元AT89S52单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器,就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器,当外接晶振后,就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。图七图中,电容器C01,C02起稳定振荡频率、快速起振的作用,其电容值一般在5-30pF。晶振频率的典型值为12MH2。内部振荡方式所得的时钟情号比较稳定,实用电路中使用较多。时钟单元利用芯片内部的振荡器,然后在引脚XTAL1和引脚XTAL2两端接晶体谐振器,就构成了稳定的自
12、激振荡器,其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路,如图外接晶振时,C1和C2的值通常选择20pF; C1、C2对频率有微调作用,晶体谐振器的频率12MHz。为了减少寄生电容,更好地保证振荡器稳定、可靠地工作,振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。设置了24显示状态,调整星期、年、月、日、时、分、秒的调整的按键。复位单元复位单元起到对系统进行复位的功能。图八数码管显示单元设计八位数码管作为时、分、秒显示和年月日显示的共用管,通过按键切换;一排显示星期和温度, 共阳极数码管中8个发光二极管的阳极(二极管正端)连在一起。通常,公共阳极接高电平(一般接电源),其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电
13、路的输入端为低电平时,该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。图九按键设置单元本电路设计按键的时候,发挥部分要求按键控制尽量少,所以本电路只设计了四个按键。各按键功能如下:“模式切换” 按键:用来切换不同的系统模式。“移位” 按键:用来进行调整模式下的移位。“加一” 按键:用来对要进行改变的位进行加一操作。“减一” 按键:用来对要进行改变的位进行减一操作。图十5、总体电路图图十一6、元件列表At89S52 1片74LS04 2片共阳数码管 8个按钮开关 5个470电阻 8个1k电阻 4个10k电阻 1个10uF电容 2个40uF电容 1个0.1uF电容 1个3
14、0pF电容 2个12MHz晶振 1个四、方案实现与测试首先确保各器件的完好性,其次检测各芯片的电源线和底线是否接触良好,然后焊接期间,接好电源用万用表检测各电源端、地端的状态是否正常。检查无误后插上AT89S52并烧写一个简易的程序,观察电路是否能协同工作。最后烧写工作程序,更具现实现象调试程序直至成功。上电运行时,数码管开始显示设置的初始时间,时钟开始走时。1、上电默认下8位数码管依次显示XX-XX-XX,表示XX时XX分XX秒。2、按下“模式切换”键,依次显示正常时间、时间调整、正常年月日、年月日调整、12/24小时切换、节电模式、秒表模式、学号显示。3、在时间调整和年月日调整模式下,按下
15、“移位”键改变调整的位置。再按“加一”“减一”键可改变所在位的值。4、12/24小时切换状态下,按下“移位”键,对时间状态进行切换。5、在秒表模式下,按下“移位”键,对秒表进行开始、停止、复位操作。五、参考书目李光飞,楼然苗,单片机课程设计实例指导,北京,北京航空航天大学出版社,2004常喜茂,孔英会,C51基础与应用实例,北京,电子工业出版社,2009杨居义,单片机课程设计指导,北京,清华大学出版社,2009楼然苗,李光飞,51系列单片机设计实例,北京,北京航空航天大学出版社,2006李广弟,朱月秀,单片机基础(第三版),北京,北京航空航天大学出版社,2007题目二一、课程设计的目的和要求1
16、课题来源:老师和学生共同拟订。2类型:实做。3目的和意义:掌握单片机的编程。4基本要求: 设计和制作一个温度显示器,可用键盘设置温度的上限和下限,测量的温度高于或低于设置的温度时,温度显示器报警。5设计过程:按照课程设计的要求,经过查阅资料和小组讨论,我们先分析任务要求、确定解题思路,决定了大概的系统结构,共有5个模块组成:主控制器、温度传感器、报警电路、按键预置温度值电路及显示电路。确定系统程序主要包括主程序、温度控制子程序及显示子程序等。然后画流程图、编写程序最后进行总体系统的调试和修改。6设计图主控电路显示电路温度电路复位电路设置电路报警电路图十二二、方案论证和选择1、主控制器模块主控制
17、器的选择对电路功能的实现尤为重要。方案一:单片机和数字芯片结合使用,这样的好处是能减少单片机的工作量,使电路不单纯的只依赖于单片机工作,但是如果使用数字芯片,就有点违背题目初忠,单片机的功能也不能直观的显现出来。而且相对来说成本要高。电路也不够简略。方案二:单独使用单片机控制,它的好处是外围电路比较简单直观,所有的控制都只需用软件程序来实现,对于单片机来说,时钟程序远不够它自身的承受量,所以只要程序编的合理,就能比较方便的实现。2、设置模块方案一:使用键盘控制,它的效果比较直观,能直接根据需要按键,直接得出所需的数值,而且对程序的要求也不需很大,但使用的按钮量较多,占的空间也较大,而且实际实用
18、性不强。方案二:采用独立式按键电路,每个键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响,此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点是当按键较多时占用单片机的I/O数目较多,优点是电路设计简单,且编程极其容易。考虑到时钟控制在实际使用时的资源量并不大,使用按钮控制可以大大减少按键的使用量。3、温度传感模块方案一:热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件热敏电阻由半导体陶瓷材料组成,利用的原理是温度引起电阻变化。通过一定的电路可以将周围环境的温度变化转化成电压的变化,通过AD转化器件将信号传输给单片机进行分析,从而测出当前环境温度,但误差大,不稳定,对环境要求较高。方案二:主控芯片使用
19、51系列AT89S52单片机设计时温度模块设计温度元件用AD590,利用AD590以及接口电路把温度转换成模拟电压,经由ADC0804转换成数字信号,然后经AT89S52处理显示温度。但由于AD590价钱比较贵,且只能转换成模拟电压,这样一来硬件就要增加更多的器件且又不经济方案三:18B20温度传感器价钱便宜且可以直接把温度转换成数字量测温范围为-55125度,最大分辨率可达0.0625度,采用3线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点,所以我们选择了18B20温度传感器。4、声光报警模块方案一:取用蜂鸣器和数只发光二极管组成,电路简单,单片机编程容易,调试简单,但电路
20、的可观性与娱乐性不高。方案二: 利用单片机编程控制音乐芯片和发光管作不同的闪烁,可观性与娱乐性都大大提高,又能突出单片机在多功能控制的特点。5、显示电路模块(1)显示器件的选择:方案一:采用数码管显示,这种显示方法比较直观,也比较切合现实生活,而且对于电路的设计来说比较方便,节省了电路板的空间,使用三极管驱动后所需电压也相对较低,稳定性也相对较高,而且编程较简单。方案二:使用液晶显示器液晶显示器可以显示多种字符及图形,拥有友好的人机界面及强大的显示功能。特别适用于智能控制的可编程人性化显示。但是技术含量过高,实现非常复杂,需要完成大量的显示工作,其功能也是最强大的。但由于我们所设计系统无须如此
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