(单片机课程设计)电子定时闹钟设计.doc
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1、 单片机课程设计报告 LCD电子定时闹钟设计姓 名: 学 号: 专业班级: 指导老师: 所在学院: 摘要本设计是采用单片机技术的电子定时闹钟,近年来集成电路技术的出现和应用,是推动了人类文明的突飞猛进。基于集成电路技术的单片机产品更是方便了人们的生活和工作 ,目前以单片机技术的应用为核心的产品种类非常丰富。应用我们所学过的知识和查阅相关资料,我制作了这个单片机技术为基础的LCD可校时可定时电子闹钟,这是一个简单的实用的单片机电子设计产品。本“LCD定时电子闹钟设计采用AT89C51为主控芯片。在充分理解了设计的要求后,准确的定位了设计的目的,然后构思了总体的方案。在选择和合适的硬件完成了电路的
2、设计后,又进行了软件的设计和调试。本系统的硬件组成以及工作原理都有详细的图文说明,所应用的软件技术和各个模块设计的功能及工作过程也有详细的介绍,最后的部分则详细描述了了软件仿真及调试过程。本电子钟设计是以单片机技术为核心,采用了中小规模集成度的单片机制作的功能较为完善的电子闹钟。硬件设计应用了成熟的数字钟电路的基本设计方法以,并详细介绍了系统的工作原理。硬件电路中使用了除AT89C51外,另外还有LCD、晶振、电阻、电容、发光二极管、开关、喇叭等元件。在硬件电路的基础上,软件设计按照系统设计功能的要求,运用所学的汇编语言,实现的功能包括时时-分分-秒秒显示、设定和修改定时时间的小时和分钟、校正
3、时钟时间的小时、分钟和秒、定时时间到能发出一分钟的报警声。最后应用伟福及Proteus等软件将硬件电路和软件系统链接在一起对各个部分及整体进行仿真并调试构成了整个完整的电子闹钟的设计。最后通过反复的实际仿真和测试表明,该系统能够实现所有要求的功能包括:(1)能显示时时-分分-秒秒。(2)能够设定定时时间、修改定时时间及时钟。(3)定时时间到蜂鸣器能发出铃声,另外还在此基础上实现了其他的附加功能比如万年历。当然这个系统仍然是属于比较简单的单片机应用系统,要设计功能更强的更复杂的系统还需要我进一步的学习。目 录1 概述31.1单片机技术和数字钟简介31.2设计本电子闹钟的目的31.3本LCD电子钟
4、的功能及特点介绍31.3.1设计特点31.3.2本LCD电子闹钟的主要功能32 系统总体方案及硬件设计42.1总体方案设计42.2硬件电路的设计42.2.1电路总体概念图设计52.2.2主控制芯片 AT89C5172.2.3 LCD显示电路72.2.4 喇叭部分的电路103 软件设计103.1软件设计概述103.2主函数的设计113.3 部分设计思想的说明123.3.1程序初始化123.3.2 闹钟的实现133.3.3显示程序134 PROTEUS软件仿真145课程设计体会16附录17附1 源程序代码17附2 系统原理图281 概述1.1单片机技术和数字钟简介单片机是单片微型计算机的简称,它是
5、一种特殊的计算机。它特别适合于控制领域,故又称为微控制器MCU(micro control unit). 采用了嵌入系统,通常由单块集成电路芯片组成,内部包含有计算机的基本功能部件:中央处理器CPU,存储器和I/O接口电路等。单片机集成度高、功能强、通用性好,而且体积小、重量轻、能耗、低价格便宜,只要和适当的软件及硬件设备相结合,便可成为一个独立的单片机控制的功能系统,单片机也成为目前测量控制应用系统的优选机种和新电子产品的关键部件。目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义还
6、在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。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。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,和传统控制技术相比有革命性的进步。时钟是将小时、分种、秒种显示于人的肉眼的计时装置。而单片机模块中最常见的正是数字钟,数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。而LCD电子定时闹钟是以单片机为基础的数字电路实现对小时、分钟、秒的数字显示的数字计时装置,它的计时周期为24小时,另外应有校时功能和一些显示日期
7、、闹钟等附加功能。一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”,“分”,“秒”,“星期”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。目前电子种广泛用于各种私人和公众场合,成为我们生活工作学习中不可缺少的好帮手。由于时钟的实用性和在人们生活中的重要性,所以尝试设计以单片机为核心的数字时钟是很有意义的。钟表原先的报时功能已经原不能满足人们日益增长的要求,现代的电子时钟多带有类似自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等功能,本设计中LCD电子时钟采用LCD显示时间和日期年月,直观实用,而且可以方便的校调,附带的万年历和定时功能也是很方便
8、和实用的.1.2设计本电子定时闹钟的目的 复习和巩固所学过的知识,利用此课程设计正好可以对所学习过的知识进行系统的回顾和总结拓展知识面,课堂的知识是远远满足不了设计的要求的,这就需要我们去主动找寻更多的资料,了解更多的知识.培养了设计能力和解决实际实际问题的能力,同时增强了 自学能力,通过设计完整的单片机系统也初步掌握了组成系统、编程、调试等能力。通过本LCD电子种的设计初步了解了单片机应用系统开发研制过程,软件和硬件设计的方法.1.3本LCD电子闹钟的功能和特点介绍1.3.1设计特点本LCD电子定时闹钟是一种种基于单片机技术的多功能、多用途的电子产品,有电子时钟、日期显示、定时闹铃等多种功能
9、。本设计产品性能卓越,功能丰富,采用LCD显示更加直观,是一个比较实用的电子产品.1.3.2本电子钟的主要功能(1)可以显示24小时制“时时-分分-秒秒”,LCD显示。(2)可以显示日期 具有万年历功能(3)可以方便的设定定时时间、修改定时时间,闹铃功能,预设定时时间到将发出闹铃声.(4)能够修改时钟时间的时、分、秒,能够修改日期的年月日.2 系统总体方案及硬件设计2.1总体方案设计本LCD电子定时数字闹钟,是以单片机及外围接口电路作为核心硬件,辅以外围硬件电路,用汇编语言设计的程序来设计并实现的。根据C51单片机的外围接口特点扩展成相应的硬件电路,然后根据单片机的指令设计出数字钟相应的软件,
10、再利用软件来执行一定的程序实现数字钟的功能。之所以用单片机来制作电子钟,是因为这样在设计制作简单而且功能多、精确度高,也可方便的扩充其他功能,淡然实现也十分简单。本设计是利用AT89C51单片机为主控芯片,由七段数码管、晶振、电阻、电容、发光二极管、开关、喇叭等元件组成硬件电路,通过编写软件程序来实现和控制的数字定时闹钟。2.2硬件设计2.2. 1电路总体概念图设计总体的硬件系统结构框图如下图所示,由于LED的显示效果比较差因此选用了更先进的LCD:AT89C51震荡电路调时电路喇叭LCD震荡电路片选代码图1:硬件电路概念示意图按键与按钮电路复位等辅助电路LCD闹铃电路电源系统 图2:硬件电路
11、概念图2.2.2主控芯片AT98C51单片机是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件。它在一块芯片内集成了计算机的各种功能部件,构成一种单片式的微型计算机。20世纪80年代以来,国际上单片机的发展迅速,其产品之多令人目不暇接,单片机应用不断深入,新技术层出不穷。在我们日常学习和生活中,常见的有51系列、52系列、PIC系列等。其中51系列的单片机的模块化结构比较典型、应用灵活,为许多大公司和个人所采纳。在本LCD电子闹钟设计中就是采用利用我们熟悉的AT89C51单片机为主控芯片。AT89C51单片机由微处理器,存储器,I/O口以及特殊功能寄存器SFR等部分构成。其存储器在物理上设
12、计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间,片内程序存储器的容量为4KB,片内数据存储器为128个字节。89C51单片机有4个8位的并行I/O口:P0口,P1口,P2口和P3口。各个接口均由接口锁存器,输出驱动器,和输入缓冲器组成。P1口是唯一的单功能口,仅能用作通用的数据输入/输出口。P3口是双功能口除了具有数据输入/输出功能外,每条接口还具有不同的第二功能,如P3.0是串行输入口线,P3.1口是串行输出口线。在需要外部程序存储器和数据存储器扩展时,P0可作为分时复用的低8位地址/数据总线,P2口可作为高8位的地址总线。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,同时为闪烁编程和编程校验接收
13、一些控制信号.各口管脚的备选功能如下所示: P3.0 RXD(串行输入口); P3.1 TXD(串行输出口); P3.2 /INT0(外部中断0); P3.3 /INT1(外部中断1); P3.4 T0(记时器0外部输入); P3.5 T1(记时器1外部输入);P3.6 /WR(外部数据存储器写选通); P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)。RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 /EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端
14、保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入;XTAL2:来自反向振荡器的输出。AT89C51单片机由微处理器,存储器,I/O口以及特殊功能寄存器SFR等部分构成。其存储器在物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间,片内程序存储器的容量为4KB,片内数据存储器为128个字节。89C51单片机有4个8位的并行I/O口:P0口,P1口,P2口和P3口。各个接口均由接口锁存器,输出驱动器,和输入缓冲器组成。P1口是唯一的单功能口,仅能用作通用的数据输入/输出口。P3口是双功能口除了具
15、有数据输入/输出功能外,每条接口还具有不同的第二功能,如P3.0是串行输入口线,P3.1口是串行输出口线。在需要外部程序存储器和数据存储器扩展时,P0可作为分时复用的低8位地址/数据总线,P2口可作为高8位的地址总线。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。AT89C51单片机的封装及管脚分布如图一:图3、AT89C51单片机封装及管脚分布图2.2.2 时钟电路部分AT89C51系列的单片机的时钟方式分为内部方式和外部方式。内部方式就是在单片机的XTAL1和XTAL2的两引脚外接晶振,就够成了自激振荡器在单片机内部产生时钟脉冲信号。外部时钟方式是
16、把外部已经有的时钟信号引入到单片机内部。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用,是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中,时钟有两方面的含义:一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号,主要由晶振和外围电路组成,晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢;二是指系统的标准定时时钟,即定时时间。本LCD电子闹钟设计是采用内部时钟方式,用一个12MHz晶振和两个30Pf瓷片电容组成,为单片机提供标准时钟,其中两个瓷片电容起微调作用.其电路图如下:图4: 时钟电路之所以采用高性能的振荡电路,因为:1.单片机电子钟的计时脉冲基准是由外部晶振的频率经过12分频后提供,采用内部的定时/计数器来实现
17、计时功能。所以,外接晶振频率精确度直接影响电子钟计时的准确性。 2.单片机电 子钟利用内部定时/计数器溢出产生中断(12M晶振一般为50ms)再乘以相应的倍率来实现秒、分、时的转换。大家都知道从定时/计数器产生中断请求到响 应中断需要3-8个机器周期,定时中断子程序中的数据入栈和重装定时/计数器的初值还需要占用数个机器周期,还有从中断入口转到中断子程序也要占用一定的 机器周期。 2.2.3 LCD显示电路部分为了获得更好的效果本设计并没有采用常见的LED,而是采用了型号为LM016L的 LCD。LCD有LED数码显示更好的更的直观效果,也更加经久耐用。液晶显示模块体积小功耗低、显示内容丰富,现
18、在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件之一了。本LCD是2行16列液晶 可显示2行16列英文字符,有8位数据总线D0-D7,RS,R/W,EN三个控制端口(共14线),工作电压为5V。没背光,和常用的1602B功能和引脚一样(除了调背光的二个线脚). 该模块也可以只用D4-D7作为四位数据分两次传送。这样的话可以节省MCU的I/O口资源。图5: LM016L LCD引脚说明:VDD:电源正极,4.55.5V,通常使用5V电压;VL:LCD对比度调节端,电压调节范围为05V。接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,但对比度过高时会产生“鬼影”,因此通常使用一个10K的
19、电位器来调整对比度,或者直接串接一个电阻到地;RS:MCU写入数据或者指令选择端。MCU要写入指令时,使RS为低电平;MCU要写入数据时,使RS为高电平;R/W:读写控制端。R/W为高电平时,读取数据;R/W为低电平时,写入数据;E:LCD模块使能信号控制端。写数据时,需要下降沿触发模块。D0D7:8位数据总线,三态双向。如果MCU的I/O口资源紧张的话,该模块也可以只使用4位数据线D4D7接口传送数据。本充电器就是采用4位数据传送方式;BLA: LED背光正极。需要背光时,BLA串接一个限流电阻接VDD,BLK接地,实测该模块的背光电流为50mA左右;BLK: LED背光地端。2.2.4喇叭
20、部分的电路 扬声器的电路部分比较简单,如图,通过单片机发出的控制信号经过简单的放大和处理后直接控制LS1喇叭。图6: SPEAKER部分电路图其中2N5088的参数为:类型:NPN集电极发射集最小雪崩电压Vceo(V):30集电极最大电流Ic(max)(mA):0.050直流电流增益hFE最小值(dB):350直流电流增益hFE最大值(dB):最小电流增益带宽乘积Ft(MHz):50封装/温度():TO92/-55150 采用2N5088将获得更好更纯净的声音信号LS1是经典常见的喇叭.。3 软件设计3.1软件设计概述这里用汇编的单片机程序构成了本LCD电子闹钟的软件系统。该程序实现时间及定时
21、(时间以0点0分0秒为基准计算,闹铃定时以0时0分为基准计算)的显示,有外中断0和五个开关实现校时,闹钟功能。其中程序的晶振频率为12MHz,最小计时单位为1/20秒。主芯片p0.1-p0.7输出数据到LCD数据总线,p2.0-2.2输出LCD控制信号,P3.7输出声音信号,.P1.4-P1.5输入外部控制信号,整个软件系统也是根据这个关系连接成一个完整的系统。最后经过反复的修改和实验最终确定了主程序见附录1,并附有十分详细的注释.因为注释已经详细的介绍了软件设计的细节过程下面仅就软件系统特定的部分进行详细的说明,其他细节不再一一详述,3.2主函数的设计本LCD电子闹钟的的主程序流程图如图7所
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