宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目： 基于單片機的簡易燈光時鐘設(shè)計 專 業(yè)： 電子信息 工程 學生姓名： 謝遠猷 學生學號： 100305044 院 系： 物理與電子工程學院 年級、班： 10 級 5 班 指導教師： 文良華 2014年 5 月 6 日宜賓學院 Y I B I N U N I V E R S I T Y 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘要 本文介紹了一個基于單片機的簡易燈光時鐘的設(shè)計 ,它具有顯示年、月、日、時鐘、分鐘和秒、星期的顯示功能，還具有閏年補償?shù)裙δ?，時鐘芯片采用的是且可以掉電保存。單片機通過讀取 示在液晶屏幕上面。本設(shè)計包含 4個按鍵，編號分別為1、 2、 3、 4，每個按鍵的功能分別為功能選擇、光標移動、加按鍵以及減按鍵，可以設(shè)置鬧鐘，當 片機可以驅(qū)動蜂鳴器進行鬧鈴提醒。除此之外，系統(tǒng)還附帶整點報時，以及任何時候通過按鍵語音報時功能。 關(guān)鍵詞 ： 單片機； 鳴器； 鐘；語音報時； 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） is to a is on It of of is is of on CD ,2,3,4, to on in on by in 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 摘要 . I . 一章 緒論 . 1 的和意義 . 1 系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能 . 1 第二章 總體方案論證與設(shè)計 . 2 和論證 . 2 . 2 . 2 . 3 . 3 源模塊 . 3 . 3 第三章 . 5 . 5 片機的最小系統(tǒng)設(shè)計 . 5 . 6 晶原理介紹 . 6 . 6 . 6 . 7 . 8 . 8 . 10 . 10 件電路設(shè)計 . 11 音模塊設(shè)計 . 11 第四章 . 12 . 12 . 16 . 18 . 18 . 18 參考文獻 . 20 致謝 . 21 附錄 . 22 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)整體原理圖 . 22 系統(tǒng) . 22 元件清單 . 24 系統(tǒng)源程序 . 25 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒論 的和意義 現(xiàn)代社會已經(jīng)邁上了信息化的步伐，微電子技術(shù)的發(fā)展也越來越快，單片機的運用也日漸廣泛。無論是通信業(yè)的學生，老師或者是研發(fā)人員，對于單片機的運用均青睞有加，因此單片機已成為研發(fā)人員必須掌握的能力之一，而且單片機也會發(fā)展成為一個高薪行業(yè)。 而時鐘 作為電子類 的一個 小設(shè)計 ， 不僅 深受人們的喜愛 ，也是單片機實驗中一個 非常 常 見 的題目。 由于單片機給人有很大的發(fā)揮空間 ， 是以會 對 制作人以高要求對待 ， 并且 在 掌握設(shè)計的同時程序要以簡潔為主 ，功能上 要能滿足人們需求 ，顯示界面 要 大膽創(chuàng)新，標新立異 。 且精度很是高、并且有夜視功能，還擴展出多種與人方便功能。 本設(shè)計中的簡易燈光時鐘既是一個時間控制系統(tǒng)，又包含溫度檢測系統(tǒng)，既能準確無誤的顯示出正確的高精度的時間又能檢測當前的溫度 本文提出了 以 列單片機為核心， 采用 為電子時鐘的核心芯片的設(shè)計 方案 ， 與 溫度傳感器 示 、 時鐘芯片 鍵等模塊組成硬件 的電子電路 系統(tǒng)。 顯示采用 實現(xiàn)顯示年、月、日、時、分鐘、秒、星期、溫度。設(shè)計過程中使用 件，采用 C 語言編程；此外，還要從多方面保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的性能指標 本設(shè)計 可以對時間 進行實時的 校準，讀取 時間 方便、 能 直觀顯示 實時時間 、功能 方面體現(xiàn) 多樣 話 、 簡單明了的電路 、 低廉的成本都是該設(shè)計的 優(yōu)點， 滿足未來電子設(shè)計的發(fā)展要求 ，市場前景 好 。 系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能 本系統(tǒng)設(shè)計制作一個基于單片機的簡易燈光時鐘。能實現(xiàn)以下幾種功能： （ 1）鍵盤掃描，設(shè)計按鍵掃描程序下載到單片機，每個按鍵賦予一個功能，單片機通過掃描程序檢測用戶按鍵，確定后實現(xiàn)功能。 （ 2）通過單片機的 集，并實時顯示年，月，日，時，分，秒，和星期在液晶屏上，并且可以設(shè)置時間，系統(tǒng)不供電的情況時鐘芯片依然可以由后備紐扣電池供電，使其掉電時間保存。 （ 3）用戶可以設(shè)定鬧鐘時間，當時間到了之后，系統(tǒng)自動驅(qū)動蜂鳴器發(fā)響。 （ 4）系統(tǒng)附帶有整點報時功能，以及任何時候通過按鍵報時功能。 （ 5）系統(tǒng)還帶有測溫功能，單片機可以實時讀取 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第二章 總體方案論證與設(shè)計 本系統(tǒng)可以由主控、顯示、時鐘、溫度檢測、電源等模塊組成，以下是討論這幾個模塊的選型和論證。 控模塊的選型和論證 方案一： 采用 列單片機，該單片機是 司 1996 年開始推向市場的一種 16 位超低功耗的混合信號處理器。其內(nèi)部集成了很多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器，提供 12 位 有采樣、保持、自動掃描，有2 個 16 位計數(shù)器等強大的功能。但芯片價格昂貴，不適合一般的設(shè)計和開發(fā)。方案二 采用 52 系列的單片機，該單片機具有可靠性高，價格成本低，解密難，高性能的特點， 32 個 ，且 列的單片機可以在線編程、調(diào)試。 因此選用方案二中的 52 系列單片機作為主 控芯片。 示模塊的選型和論證 方案一： 用點陣式數(shù)碼管顯示，它是由發(fā)光二極管八行和八列顯示文本，更適合用于顯示文字，如進行數(shù)字顯示使用就太浪費了，而且價格比較高，所以不用此種作為顯示。 方案二： 使用 碼管動態(tài)掃描， 碼管雖然價格適中，最適合數(shù)字顯示，采用動態(tài)掃描的方法與單片機連接，單片機口線占用得少。但是由于數(shù)碼管動態(tài)掃描需要借助 74位寄存器， 74調(diào)試的時候，電路方面常出故障，所以不采用 碼管作為顯示。 方案三： 選用 晶顯示屏，它可以清晰可見 的顯示文字，圖像，功能很是強大，關(guān)于本設(shè)計的要求，我們使用一個 能滿足要求，成本低，雖然接口線有點多，但是調(diào)試會很方便。 所以本設(shè)計中方案三中的 顯示屏作為顯示模塊。 鐘芯片的選型和論證 方案一： 用程序控制單片機實現(xiàn)時間計數(shù)。采取該方案雖然能夠縮小時鐘芯片的使用量，節(jié)省成本開支，但是，誤差會非常大。 方案二： 采用 鐘芯片實現(xiàn)時鐘， 美國 司推出的一種性能比較高、性價比高，功耗較低、帶 實時時鐘電路，它可以對年、月、日、時鐘、 分鐘、秒以及星期進行計時，還能進行閏年補償，面含有一個 8*31 的 儲器，用于臨時存放數(shù)據(jù)。要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，具有可編程充電和掉電保護功能，采用普通 振作為標準時鐘。 因此本設(shè)計中采用方案二中的 為時鐘模塊 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 度檢測模塊的選型和論證 方案一： 輸出電流與絕對溫度成比例。電源電壓在 4 V 30 調(diào)節(jié)系數(shù)為 1 A/流調(diào)節(jié)器。 通過 激光調(diào)整 的 片 內(nèi)薄膜電阻，用于校準 裝置 ，使該器件在 25C 時 有 A 的輸出 電流。 由于該芯片輸出為模擬量還同時需要 此不適用于本設(shè)計 方案二： 字溫度傳感器耐磨耐碰，體積小，主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而外觀 不同， 途廣泛，如 電纜溝測溫，機房測溫，彈藥庫測溫 、 農(nóng)業(yè)大棚測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，潔凈室測溫等場合。 使用場合廣，價格低，實用性強。 因此本設(shè)計采用方案二中的 片進行溫度采集。 點報時模塊的選型和論證 整點報時模塊集成的語音芯 片 一款具有 出的 音標準芯片，該芯片內(nèi)部集成了 09 以及一些常用單位的錄音。使用時只要根據(jù)錄音存放的位置依次讀出就能播報出當前的重量和價格。 源模塊 方案一： 選用以下兩塊芯片 過這 2塊芯片，我們可以很容易的得到正負 5V，正負 12由于本設(shè)計需求各模塊體積小，而自制電源體積較大，故不采用此方案。 方案二 ： 采用 能夠下載程序，也能供電，一舉兩得，故采用此方案。 統(tǒng)整體設(shè)計概述 語 音 芯 片 揚 聲 器蜂 鳴 器 模 塊主 控 模 塊單 片 機液 晶 顯 示 模 塊L C D 1 6 0 2溫 度 測 量 模 塊D S 1 8 B 2 0時 鐘 模 塊D S 1 3 0 2按 鍵 模 塊圖 統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)是以 片機為核心，首先要對系統(tǒng)進行初始化，然后單片機對鍵盤， 模塊進行掃描，實現(xiàn)對鍵盤的響應(yīng)，實時顯示分鐘、秒宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 等，對 1602 液晶顯示，鬧鐘、溫度測量等功能，其中，單片機起到控制和協(xié)調(diào)各功能模塊的工作。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖見圖 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第三章 控模塊 單片機在全部設(shè)計中起到了統(tǒng)領(lǐng)全局，承前啟后的作用，在該設(shè)計中單片機需要完成的任務(wù)主要有對鍵盤掃描，對 行及時的檢測，驅(qū)動蜂鳴器，驅(qū)動液晶顯示需要顯示的內(nèi)容，所以，在本設(shè)計中我們選用 52系列的單片機作為系統(tǒng)的總控制模塊。 如圖 示為 片機的結(jié)構(gòu)框圖。 時 鐘 電 路R O M / E P R O M / F l a s h 4 K M 1 2 8 R 2 1 個定 時 個 / 計 數(shù) 器 2C P 控 制中 斷 系 統(tǒng)5 個 中 斷 源2 個 優(yōu) 先 級串 行 口全 雙 工 1 個4 個 并 行 口X T A L 2 X T A L 1R S A L E P 1P 2P 3V s sV c 片機結(jié)構(gòu)框圖 片機的最小系統(tǒng)設(shè)計 3 4 5 6 7 8 90K 排阻+5文） 6 圖 片機最 小系統(tǒng)電路圖 圖 鐘電路選用 12用是為單片機提供一個時鐘基準，其執(zhí)行一條指令需要一個機械周期，單片機的復位電路是讓單片機的狀態(tài)回到剛上電的狀態(tài)，因為 ，所以需要上拉電阻才能正常工作。 晶顯示器簡介 由于本設(shè)計中要求顯示界面顯示一些參數(shù)，因此這里選用了 為界面顯示，可以把一些相關(guān)的參數(shù)進行顯示。 晶原理介紹 顯示部分選用 以必要的外接電路組成顯示 模塊，單片機控制帶字符的 中選出要顯示的字符，設(shè)置光標，將之前查找到的字符在此對應(yīng)即可。 晶模塊簡介 晶模塊的引腳圖如圖 示。 圖 腳圖 液晶 寄存器選擇控制如表 1。 表 1 寄存器選擇控制 （清除屏 幕內(nèi)容顯示 等） 0 1 讀位 地 址計數(shù)器（ 和 1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等） 1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) 晶顯示部分與 接口 如 圖 示。用 作為數(shù)據(jù)線，用 別作為 R/W、 中 為片選信號，在出現(xiàn)下降沿的時候觸發(fā) ， 寄存器選擇信號 ， R/W 是讀寫信號， 在整個顯示 模塊 中，我們主要 設(shè)宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 計 步驟 如下： 首先進行清屏， 顯示模塊初始化 。然后將 接口數(shù)據(jù)位設(shè)置為 8 位，顯示行數(shù) 設(shè)置 為 2 行， 設(shè)定 字型為 57 點陣，然后取消光標和字體閃爍 , 顯示設(shè)置為整體 顯示 ，最后設(shè)置為正向增量方式且不移位。 將 要顯示的字符送到 對應(yīng) 的數(shù)組中， 最后進行 統(tǒng) 一顯示 。 3 4 5 6 7 8 90K 排阻V+5V+5 接口 盤模塊設(shè)計 本按鍵模塊按鍵一端接單片機的 I/O 口，另一端接地，由于單片機的 I/O 口內(nèi)部都有上拉電阻，所以在沒有按鍵按下的時候，我們會檢測到高電平，當按鍵被按下， I/O 口與地面等電勢，此時為低電平，因此通過 I/O 端口的狀態(tài)變化檢測即可知道按下了哪個按鍵。 4 個按鍵分別代表以下功能，第一為功能選擇按鍵，可以切換不同參數(shù)設(shè)置界面，第二個為切換按鍵，可以切換時、分、秒等參數(shù)進行設(shè)置，第三個為增加按鍵，第四個為減少按鍵。其中按鍵還可以設(shè)置鬧鐘 ，重置時間等功能。鍵盤模塊電路圖如圖 示。 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 鳴器模塊設(shè)計 本設(shè)計還帶有鬧鐘功能，用戶可以通過按鍵設(shè)定好鬧鐘，當當前時間跟鬧鐘時間一致的時候，單片機就可以驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。 通過試驗，發(fā)現(xiàn)單片機的 I/因為蜂鳴器的工作電流一般比較大，所以我們利用三極管開關(guān)電路來提供足夠大的驅(qū)動電流。本處選用的是 8550三極管，它是一個 基極給低電平的時候三極管導通，這時候蜂鳴器發(fā)聲，當給高電平的時候，三極管關(guān)閉，蜂鳴器不發(fā)聲。 蜂鳴器模塊的電路 圖如圖 1鳴器驅(qū)動電路電路圖 鐘模塊的設(shè)計 在本設(shè)計中，時鐘模塊的設(shè)計，我們把 塊串行日歷時鐘芯片作為核心，因為 有與單片機的連線很少，節(jié)省單片機的系統(tǒng)資源的有點，單片機通過 I/O 讀取 的數(shù)據(jù)可以得到實時時間。 由于采用單片機作為計時模塊會占用硬件資源，而且采用中斷、查詢等方式也要耗費單片機的資源，可能會造成很大的浪費，而采用 性能、能對年、月、 日、星期、時、分、秒進行計時，并且低功耗，可以進行閏年補償?shù)臅r鐘電路，工作電壓為 用 24小時或是 12小時的格式。此外， 用雙電源供電，主電源和備用電源， 模塊整體供電中提供電壓相對低的電壓，而 由 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 # /按鍵 #(,初始化定時器 ; /初始化液晶 ， 時間的函數(shù) ; /讀取 間 ,1,(4); /在液晶上顯示年的十位 ,1,(;/在液晶上顯示年的個位 ,1,-); /在液晶上顯示字符 - ,1,(4); /在液晶上顯示月的十位 ,1,(; /在液晶上顯示月的個位 ,1,-); /在液晶上顯示字符 - ,1,(4); /在液晶上顯示日的十位 ,1,(; /在液晶上顯示日的個位 ,2,(4); /在液晶上顯示十的十位 ,2,(; /在液晶上顯示十的個位 ,2,:); /在液晶上顯示顯示字符： ,2,(4); /在液晶上顯示分的十位 ,2,(; /在液晶上顯示分的個位 ,2,:); /在液晶上顯示顯示字符： ,2,(4); /在液晶上顯示秒的十位 ,2,(;/在液晶上顯示秒的個位 ( 0(4) * 10); /星期 = 1) /判斷并顯示星期的字符 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 2,1,); /如果星期等于 1 則顯示 = 2) 2,1,; /如果星期等于 2 則顯示 = 3) 2,1,); /如果星期等于 3 則顯示 = 4) 2,1,); /如果星期等于 4 則顯示 = 5) 2,1,); /如果星期等于 5 則顯示 = 6) 2,1,); /如果星期等于 6 則顯示 = 7) 2,1,); /如果星期等于 7 則顯示 ( 0+ (4) * 10);/把分的 轉(zhuǎn)成 10 進制 ( 0+ (4) * 10);/把時的 轉(zhuǎn)成 10 進制 /鬧鈴，判斷是否有鬧鈴。如果時間到，則蜂鳴器響，否則不響 = 1 & = 1 & = 0 & = 1) 0; 1; /轉(zhuǎn)點時的鬧鐘標志位要清零 = 0 & = 0 & = 0) = 1) = 1; = 0 & = 0) _ 4)!=0) 4)=1) _ 4)+1); _ =0) 4)=0) 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 _0); 1); _ _ /讀取溫度的值 ; /顯示溫度的值 2,2, /初始化操作 ; _1); )/死循環(huán) if(= 0)/判斷是否為正常顯示界面 ;/顯示子函數(shù) 1 ; /按鍵掃描子函數(shù) #* n) 延時函數(shù)，延時 40整數(shù)倍，傳入值 n 代表延時 時間到 n *40能實現(xiàn)準確延時，只能實現(xiàn)大 概時間的延時，利用的是指令實現(xiàn)延時功能。 沒有調(diào)用其它函數(shù) y: n 于延時時間的確定，取值、 為 165535 無 無 */ 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 n) i; j; i=n;i0;j=0;j 0 ; y = 110 ; y 0 ; z) i; ; ; i=0; ; i=0;i4) * 10);/把分的 轉(zhuǎn)成 10 進制 ( 0+ (4) * 10);/把時的 轉(zhuǎn)成 10 進制 =1 & = 0 & = 1) /當前時間和設(shè)定時間一致 ， 鬧鐘響 = 0; /取消鬧鈴標志位 ; /小菜單計數(shù)加一 ， 進入下一個設(shè)置的參數(shù)界面 0; /每次都從秒開始設(shè)定 if(= 1 & 0) /選擇設(shè)置當前時間 ; /讀取時鐘芯片的時間 ( 0+ (4) * 10);/把秒的 0進制 ( 0+ (4) * 10); /把分的 轉(zhuǎn)成 10進制 ( 0+ (4) * 10); /把時的 轉(zhuǎn)成 10進制 ( 0+ (4) * 10); /把日的 轉(zhuǎn)成 10進制 ( 0+ (4) * 10); /把月的 轉(zhuǎn)成 10進制 ( 0+ (4) * 10);/把年的 轉(zhuǎn)成 10進制 ( 0(4) * 10); /把星期的 0 進制 ,2,(0);/寫的是顯示光標的前一個字符 ; /顯示光標 if(= 2)/鬧鐘 1 設(shè)定 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 ;/把增加的時間寫入 1302 *清除屏幕顯示 */ ;/延時等到清屏 ,1,; /顯示字符串 ,2,0/10);/顯示鬧鐘值 ,2,0%10);/顯示鬧鐘值 ,2,:); /顯示字符 ： ,2,1/10);/顯示鬧鐘值 ,2,1%10);/顯示鬧鐘值 ,2,:); /顯示字符 ： ,2,2/10);/顯示鬧鐘值 ,2,2%10);/顯示鬧鐘值 ) /判斷是否設(shè)定了鬧鐘 /如果設(shè)定了鬧鐘，顯示 2,2, );4,2,N);3,2,O); 否則顯示 2,2,O);4,2,F);3,2,F); if(= 3)/此級菜單顯示時鐘是否需要復位 ;/取消光標顯示 *清除屏幕顯示 */ ; ,1,;/顯示字符串 if(= 4)/回主菜單 0;/菜單計數(shù)清零 *清除屏幕顯示 */ ; 宜賓學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 /未松手時，不跳出循環(huán)，避免誤檢測 / = 0) /同上，判斷第二個按鍵情況 /功能鍵 ;/延時消抖 = 0) ; /小菜單計數(shù)增加 if(= 1 & = 1)/當前時間的分設(shè)定 ,2,(0); if(= 1 & = 2)/當前時間的時設(shè)定 ,2,(0); if(= 1 & = 3)/當前時間的日設(shè)定 ,1,(0); if(= 1 & = 4)/當前時間的月設(shè)定 ,1,(0); if(= 1 & = 5)/當前時間的年設(shè)定 ,1,(0); if(= 1 & = 6)/當前時間的星期設(shè)定 = 1) 4,1,n); = 2) 4,1,e); = 3) 4,1,d); = 4) 4,1,u); = 5) 4,1,i); = 6) 4