数字时钟设计方案.docx
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数字时钟设计方案
目录:
第一章设计目的
智能仪表课程设计是自动化专业的专业实践课程。
本课程的任务是通过设计完成一个具有完整功能的单片机系统,是学生掌握目前典型自动化仪表的一般设计要求和设计方法,掌握开发及设计工具的使用方法,通过这一设计实践过程,锻炼学生的动手能力和分析、解决问题的能力;培养对所学知识的综合应用能力。
随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手,一切向着数字化控制,智能化控制方向发展。
本设计是数据采集及处理,显示系统及单片机有效结合,本设计是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识的综合应用,以及查阅资料,培养一种自学的能力。
并且引导一种创新的思维,把学到的知识应用到日常生活当中。
在设计的过程中,不断的学习,思考和同学间的相互讨论,运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难,掌握单片机系统一般的开发流程,学会对常见问题的处理方法,积累设计系统的经验,充分发挥教学及实践的结合。
全能提高个人系统开发的综合能力,开拓了思维,为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础
第二章设计要求
带秒表/时钟计时器,万年历的显示屏设计。
基本功能要求:
1.可动态左右,上下显示“中国计量学院欢迎你”;
2.在5秒按键无操作则以24h(小时)计时方式显示时、分、秒;
3.使用按键开关可实现时分调整;
4.具有闹钟功能,声光提示。
扩展功能:
1.数字时钟/圆形时钟显示可转换;
2.显示汉字可设置;
3.可232通讯显示计算机传送字符;
4.其他扩展功能。
第三章方案确定
经过小组全体组员讨论,最终确立方案制作时钟。
在时钟基本功能实现的基础上,小组成员对扩展功能进行讨论并达成共识。
最终决定设计的时钟除基本功能外,还具有以下扩展功能:
1.可以显示,设置年,月,日,并且有闰年补偿功能,
2.可以上下滚动左右滑动显示字符串功能;
3.可以自定义汉字功能;
4.可以232通讯,显示出字符功能;
5.具有温度显示功能;
6.具有断电时间保护功能。
第四章方案设计
第一节220V电源供电部分
由于以前参见过电子设计大赛,所以有220VAC转9VDC的电源,我们在起基础上添加了一个7805三端稳压管,加之滤波电容,转换成单片机可以用的DC5V电
图4-1电源转换原理图
第二节时钟和温度部分方案设计
(1)方案设计思路
按照系统的设计功能要求,本时钟温度系统的设计必须采用单片机软件系统实现,用单片机的自动控制能力配合DS1302和DS18b20来控制时钟和温度的调整显示。
获得时钟温度数据信息,单片机对其进行一系列的处理,最后通过液晶显示出来。
(2)时钟系统方案论证
方案1:
通过单片机内部的定时器/计数器,用软件实现,直接用单片机
的定时器编程以实现时钟。
方案2:
用专门的时钟芯片(DS1302)实现时钟的记时,再把时间数据送入单片机,由单片机控制显示。
虽然用软件实现时钟硬件线路简单,但是程序运行的每一步都需要时间,多一步或少一步程序都会影响记时的准确度,对定时器定时也不是十分准确,时钟精度很低,对于我们实现所需要的功能造成软件编程非常复杂。
用专用时钟芯片硬件成本相对较高,但它的精度很高,软件编程很简单。
综上所述,选择方案2。
图4-2DS1302管脚图
图4-3DS1302电路原理图
第三节单片机的选择
对于单片机的选择,如果用8031系列,由于它没有内部RAM,系统又需要大量内存存储数据,因而不可用;51系列单片机的ROM为4K,对于我们设计的系统可能有点小;52系列单片机及51系列的结构一样,而ROM扩大为8K,对我们设计系统提供充足的空间进行功能的扩展。
再有51系列单片机及52系列的单片机价格差不多。
因此,我们选择STC89C52RC的单片机。
第四节显示器件选择
方案1:
用数码管或点阵LED显示。
方案2:
用液晶1602显示。
方案3:
用液晶12864显示。
时钟和温度的显示可以用数码管或LED,而且价格便宜。
但是数码管的只能显示简单的设计的系统,及我们设计要求也不相符。
有很多东西需要显示,还是用显示功能更好的液晶显示器比较好,它能显示更多的数据,用1602液晶显示数据有限,1602不能够显示汉字,只能够显示一些基本的西文字符,显示数据的可读性不好,用可以显示汉字的12864液晶显示器还可以增加显示信息的可读性,至于指针的转动则才用12864加ds1302同步控制,让人看起来会很方便。
虽然它们在价格上差距很大,但是1602不能够实现我们的要求,12864.是我们唯一的选择。
为了可以用键盘调节屏幕亮度,我们用了两个9014三极管,当做开关,离散式控制屏幕亮度。
SDA接P2^1,SLC接P2^0,Q2的C接LCD12864的20管脚,控制两个I/O口的电压,使其Q1,Q2工作在导通及截止状态,达到开关的作用。
图4-4LCD12864背景光控制原理图
第五节温度方案选择
方案1:
用热敏电阻等测温元件测出电压,再转换成对应的温度。
需要比较多的外部元件(A/D转换)支持,且硬件电路复杂,制作成本相对较高。
方案2:
用DS18B20直接测温。
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。
经比较,我们选择方案2。
温度实现只能通过外部的温度传感器来实现。
经上网查阅及市场考察,DS18b20体积小,只有3只脚,电路接法简单。
精度为0.5°C,也符合我们设计的要求。
DS18B20也是我们通常使用的型号,因此温度传感器用DS18B20。
图4-5DS18B20电路原理图
第六节串口通讯方案选择
根据设计要求,要用RS232串口通讯计算机显示计算机传送地字符,因为我们团队的计算机都是比较新的,没有RS232这样的串口,所以我们用USB转RS232连接线完成电脑及单片机的链接,
单片机方面我们用MAX232这个芯片及计算机链接,串口通讯方面,MAX232有着得天独厚的优势,首先不用写驱动程序,只要设置好定时器的工作方式和初值,就可以进行通讯,其次,它的外围硬件电路很简单,使用方便,而且,它的传送准确度很好,不易出错。
图4-6RS232通讯电路原理图
第五章性能测试
图5-1实际焊接好的电路板图
实际的电路板焊接好以后,我们用万用表测量每一条线路是否短路和短路,改正了一些错误后终于,实现了预期效果,在无插芯片的条件下,测量各个脚的电压,看起是否正常。
尔后插入单片机,DS1302,DS18b20和MAX232测量其数据口,看其是否正常工作,结果工作正常。
图5-2数字显示时间界面图
按下做下角的模式选择键,进入时间设置状态,连按或者按左上角的功能选择键进入闹钟和自定义汉字设置界面
图5-3闹钟和自定义汉字设置界面图
假若五秒按键无操作,系统会自动跳入24小时显示的时间显示和汉字滚动界面
图5-4时间显示界面和汉字滚动界面图
至此,可以判断出,DS1302,DB18b20和LCD16824部分没有问题,
在进行串行口通讯试验,重启单片机和掉电测试后,确认整个电路板正常工作,软件正常工作。
第六章结果分析
经过各个阶段的测试后,我们的圆满完成了设计方案,完成了这个项目,期间代码一千五百余行,优化的时间就可以再写一次数字钟的程序了,硬件方面从最初的设计,到方案确定,直至调试成功,及软件匹配的很好。
实现的功能有:
1)可以显示,设置年,月,日,并且有闰年补偿功能。
2)可以上下滚动,左右滑动显示字符串功能。
3)可以自定义汉字功能。
4)在5秒按键无操作则以24h(小时)计时方式显示时、分、秒。
5)具有温度显示功能。
6)具有断电时间保护功能。
7)使用按键开关可实现年月日时分秒调整。
8)具有闹钟功能,声光提示。
9)显示汉字可设置。
10)可232通讯显示计算机传送字符。
11)屏幕亮度可调。
12)可以直接用220V交流电供电。
13)具有秒表功能。
第七章个人工作
个人工作:
在此次的课程设计中,我的任务是以下几部分:
1.硬件部分:
修改电路图,参及硬件调试工作。
2.软件部分:
编写,调试和优化除MAX232所有程序。
3.设计调试方案并进行调试。
第八章设计体会
通过此次课程设计,单片机系统的设计能力有了很大的提高。
因为以前参见过学校的电子设计大赛,我负责的是硬件,本着全面发展的原则,我这次负责软件,工训的张科曾说过,“数字钟就是软件编程,如果把数字钟的程序变好,以后就没有编不出的程序了”,虽然因为伙伴们的选择,最终没能才加成次培训,但是我还是深深地记住了这句话,在这次课程设计里,我从一开始负责的就是软件,看数据手册,写驱动,调试,优化,每个白天,每个夜晚,我都在全身心的投入其中,终于在开发板上实现了全部功能,先于硬件做出结果,然后由于硬件有错误,我有参及了硬件的调试,和及软件的整合,在这半个月里,我获得了很大的提高,以前一些不熟悉的知识,方法,现在掌握了,不知道的知识,现在熟悉了,希望以后又更多的机会。
在这次课程设计中,我们团队配合的很好,在开始分工明确,并且经常讨论。
虽然遇到过分歧,但大家各抒己见,进行思想风暴,发现问题,讨论问题,解决问题,我们一次又一次的进行这个工作,终于在我们三名同学的配合下完成了这个课程设计,锻炼了我的团队合作能力
参考文献:
[1]万福君,潘松峰,刘芳,吴贺荣,王秀梅.MCS-51单片机原理、系统设计及应用.北京:
清华大学出版社,2008
[2]刘莉,董渊,张瑞丰.C++语言程序设计(第3版).北京:
清华大学出版社,2009
[3]陆蓓.C语言程序设计.北京:
科技出版社,2004
[4]李青.电路及电子技术基础.杭州:
浙江科学技术出版社,2005/成都:
西南交通大学出版社,2005