基于单片机可编程作息时间控制器设计与制作.docx
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基于单片机可编程作息时间控制器设计与制作
华中理工大学
毕业论文（设计）任务书
课题
2010年7月5日至2010年11月2日共15周
教育中心
专业年级
学号姓名
教育中心主任
指导教师
2010年7月5日
课题
来
源
自选
课
题
的
目
的
、
意
义
要
求
1、根据教学大纲的要求，独立完成所承担的毕业论文，不得弄虚作假和抄袭别人的论文。
2、在毕业论文写作期间，每周至少将论文进展情况通过各种形式和指导老师沟通汇报一次。
3、毕业论文严格遵循《华理网院毕业论文指导手册》规范进行。
课
题
主
要
内
容
及
进
度
主要内容：
进度安排：
毕业论文环节动员、公布指导教师名单：
7月5日
下达任务书，确定毕业论文选题：
7月5日-7月20日
撰写开题报告：
7月25日-8月25日
开题报告修改及提交论文初稿：
9月7日-9月16日
提交论文的修改稿：
9月24日–10月11日
提交全部终稿文件：
10月25日-11月2日
论文答辩
发给学生
1．设计（论文）题目：
3．设计（论文）课题要求：
（1）深入实际调研和收集资料、文献查阅，并充分利用图书馆、计算机网络进行资料和文献的查询；
（2）以正确、合理的专业知识理论为基础，结合实际调研情况进行毕业设计；
（3）要求对电气控制线路图、系统图、流程图、布置图、生产工艺图等进行计算机绘图，掌握计算机绘图、WORD编辑等能力；
（4）对于毕业设计中引用的技术数据，应注明出处；
（5）按照学院规定时间逐步地完成毕业设计，并按照毕业设计的格式要求来书写毕业设计论文。
4．实验（上机、调研）部分要求内容：
（1）调研课题相关的主要设备的生产、装配和调试的全部过程；
（2）调查了解有关环节中存在的技术、工艺问题和解决这些问题的初步设想；
（3）收集与毕业设计有关的技术数据、图纸资料。
5．文献查阅要求：
（1）查阅有关设计的理论专业知识；
（2）查阅有关仪器设备、电气、电子装置的型号及主要参数；
（3）查阅有关技术的数据和工艺流程。
6．发出日期：
2010年7月1日
7．学生完成日期：
2011年4月15日
指导教师签名：
学生签名：
附注：
1、任务书应附于完成的设计（论文）中，并与设计（论文）一并提交答辩委员会；
2、任务书须由指导教师填写。
审批意见：
系主任签名：
年月日
1、阅读中外文献资料摘要：
数字钟是采用数字电路实现对"年、月、日、周、时、分、秒"数字显示的计时装置.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。
可编程作息时间控制器就是其中的一个部分，它能很好的帮助我们完成对操控方面的时序和时间的控制，可见可编程时钟控制器在未来有很大的发展潜力,其研究领域十分宽广,应用领域十分广泛。
2、立题依据及主要研究内容：
数字钟能长期、连续、可靠、稳定地工作；同时还具有体积小，功耗低等特点，便于携带，使用方便。
目前应用广泛是可编程作息时间控制器,它不仅具有数字钟的一般优点,还有控制时间精确,且通过改变单片机的程序能够灵活改变冬、夏季作息时间，同时能够实时显示时间.能够让我们来掌握运筹时间而不是让时间来催促逼迫我们。
可编程作息时间控制器实现了对时间控制的智能化，摆脱了传统由人来控制时间的长短的不便，实现代学校必不可少的设备.
本次研究的主要内容是可编程作息时间控制器系统,系统包括：
单片机、LCD驱动及显示系统、按键输入系统、功率放大系统和电源组成。
利用单片机提供的基信号作为基准计时信号，进行年月日周时分秒计时,根据设定时间完成语音播报，可按照设定的时间进行相应的控制,能够随意设置语音播报时间和内容。
3、设计方案及思路：
主要的设计方案为：
1.硬件设计
由单片机系统、输入键盘、功率放大器、显示系统等部分组成。
系统扩展了四个按键用于报时及设定时间。
利用单片机的DAC为电流型输出，经负载电阻R1、三极管Q1，放大驱动扬声器放音，SPEAKER可选用4Ω或8Ω扬声器，作为调试和当地语音播报使用，留有音频输出接口经功率放大器驱动音箱。
用一个LED显示作息时间到等相关信息，根据具体需要可控制电铃、播放提示语音等。
2.软件设计
整个程序分为：
主程序、键盘扫描程序、校时子程序、语音子程序等几部分。
设计思路
由单片机系统、输入键盘、功率放大器、音箱和显示系统等部分组成,构成可编程作息时间控制器系统,要以单片机为核心,配以输入、输出、显示、控制等外围部件和软件,硬件是软件实现的基础，软件则在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，却一不可。
要求如下
（1）时钟显示：
16位LED从左到右依次显示年、月、日、周、时、分、秒，采用24计时。
（2）按键控制功能：
采用4个独立键盘，其中一个为功能键；一个为数字调整键；一个为取消设置键，用来设定时间；另一个为用来设定定时时间。
（3）时间显示：
通电后，系统自动进入时钟显示，从0000:
00:
00:
00:
00:
00：
00：
00开始计时，此时可以调整和设置显示的时间。
按动小时调整键后小时将会加1，同时也可以调整分和秒，原理和前面的小时设置方法相同，用按键来调整所设置的当前的时间。
（4）时间调整：
按下功能键，系统停止计时显示，进入时间设定状态，系统只显示小时内容，其他时间处于暂停状态；若再按动功能键则用来调整分钟，此时小时和秒都处于停止状态；原理和前面的相同。
（5）闹钟设置/启闹：
按下闹钟设置/启闹键，系统继续计时，从0000:
00:
00:
00:
00：
00：
00开始显示，此时再按功能键后进入闹钟设置状态，设置过程和时间调整相同，当与所设置的时间相同时，并且定时间到时，音箱开始发声。
以上要求用软件编程来实现,通过编程方法可得到主程序、键盘扫描程序、校时子程序、语音播放子程序等几部分,再利用仿真系统进行功能仿真和调试，最后结合硬件就能得到一个可编程作息时间控制器.
4、毕业设计（论文）工作计划：
2009年12月1日至2010年3月5日相关文献的调研，资料收集
2010年3月5日至2010年3月12日系统方案探讨与指导教师问题答
疑
2010年3月12日至2010年3月19日硬件设计
2010年3月19日至2010年3月26日软件设计
2010年3月26日至2010年4月2日软件硬件联调
2010年4月2日至2010年4月9日完成毕业论文写作
2010年4月9日至2010年4月16日论文指导教师初评，并给出修改意见，学生进行修改
2010年4月16日至2010年4月23日完成毕业答辩PPT，准备毕业答辩
5、指导教师审核意见：
指导教师（签名）
年月日
__________________________________________________________________________
注：
1）开题报告由学生填写，须经指导教师审批
2）阅读文献资料摘要，要比较全面反映题目研究已取得的成果和研究动态
3）立题依据包括立题的必要性
可编程作息时间控制器设计与制作
摘要：
本文介绍了一款基于AT89S52单片机数字钟的设计，通过多功能数字钟的设计思路，详细叙述了系统硬件、软件的具体实现过程。
论文重点阐述了数字钟硬件中主控制模块、时钟模块、显示模块和相关控制模块等的模块化设计与制作；软件同样采用模块化的设计，本设计实现了时间与闹钟的修改功能、语音播报功能、年、月、日和星期等的显示功能。
并且通过对比实际的时钟，查找出了误差的来源，确定了调整误差的方法，尽可能的减少误差，使得系统可以达到实际数字钟的允许误差范围内。
本次设计过程在硬件与软件方面是进行同步设计。
硬件部分主要由AT89C52单片机，LED显示电路，以及调时按键电路等组成。
在单片机的选择上本人使用了AT89C52单片机，该单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。
显示器使用2片7SEG-MPX8-CA和一片7SEG-MPX4-CA。
7SEG-MPX8-CA是一种八个共阳二极管显示器，7SEG-MPX4-CA是一种四个共阳二极管显示器。
为了能更轻松的控制这三片显示器，本人使用了3片74HC164来驱动。
74HC164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。
软件方面主要包括日历程序、时间调整程序，公历转阴历程序，显示程序等。
程序采用汇编语言编写，以便更简单地实现调整时间及阴历显示功能。
关键词：
时钟电钟；DS1302；DS18B20；动态扫描；单片机
ABSTRACT
ThisarticledescribesanAT89S52microcontrollerbaseddigitalclockdesign,throughmulti-functionaldigitalclockdesignideas,detaileddescriptionofthesystemhardwareandsoftwarerealizationprocess.Paperfocusesonthedigitalclockinthemaincontrolmodulehardware,theclockmodules,displaymodulesandassociatedcontrolmodules,modulardesignandproduction;softwareasmodulardesign,thedesignandimplementationofthechangesoftimeandalarmfunctions,voicebroadcastfunction,year,month,dayandweek,etc.display.Andbycomparingtheactualclock,findoutthesourceoftheerror,theerrorofthemethodofdeterminingtheadjustment,asmuchaspossibletoreduceerrors
Enablethesystemtoachieveapracticaldigitalclockwithinallowableerror.
HardwaremainlybytheAT89C52microcontroller,LEDdisplaycircuit,andthetunecomposedofthecircuitwhenthebutton.IntheSCMchoiceIusedtheAT89C52microcontroller,whichissuitableformanyofthemorecomplexcontrolapplications.Monitortheuseoftwo7SEG--MPX8--CAanda7SEG--MPX4--CA.7SEG-MPX8-CAisatotalofeight-yangdisplay7SEG-MPX4-CAisatotaloffour-yangdiodedisplay.Inordertomoreeasilycontrolthethreemonitors,Iusethree74HC164todrive.74HC164isan8-bitedge-triggeredshiftregister,serialinputdata,andparalleloutput.Thesoftwareincludescalendarprogram,timetoadjustprocedures,turnthelunarcalendarprogramsdisplayprograms.Programswritteninassemblylanguageusedinordertomoreeasilyadjustthetimeandtherealizationofthelunarcalendardisplay.Allprogrammingiscomplete,thewavesoftwaredebugging,
Keywords:
Clockelectricclock:
DS1302；DS18B20:
DYNAMIC；SCANSCM
摘要……………………………………………………………………6
ABSTRACT………………………………………………………………7
前言……………………………………………………………………10
一．设计要求与方案探讨…………………………………………………11
1.1设计目的与意义…………………………………………………………………………10
1.2设计要求…………………………………………………………………………………11
1.3系统基本方案选择探讨………………………………………………………………11
1.3.1主控制芯片的选择方案探讨………………………………………………………11
1.3.2时钟芯片的选择方案探讨…………………………………………………………12
1.3.3LED显示系统选择方案探讨………………………………………………………13
二.硬件设计……………………………………………………………14
2．1系统电路设计框图………………………………………………………………………14
2.2系统硬件设计概述……………………………………………………………………14
2．3系统主要基本单元电路的设计……………………………………………………………………14
2.3.1主控制系统电路的设计……………………………………………………………14
2.3.2时钟电路的设计………………………………………………………………………16
2.3.3LED显示电路的设计……………………………………………………………………17
2.4系统电路原理说明………………………………………………………………18
三、软件设计…………………………………………………………22
3.1程序流程框图……………………………………………………………………………22
3.2子程序的设计……………………………………………………………………………24
3.2.1读、写DS1302子程序………………………………………………………………25
四、硬件与软件调试………………………………………………………2
4．1硬件调试…………………………………………………………………………………25
4.2软件调试……………………………………………………………………………………27
4.3调试结果分析与结论………………………………………………………………………29
4.3.1调试结果分析…………………………………………………………………………29
4.3.2调试结论………………………………………………………………………………29
五、论文总结……………………………………………………………30
参考文献…………………………………………………………………30
附录一：
系统电路图…………………………………………………………31
附录二：
系统程序清单……………………………………………………32
致谢…………………………………………………………………50
前言
随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，对时间的要求越来越高，精准数字计时的消费需求也是越来越多。
二十一世纪的今天，最具代表性的计时产品就是电子数字钟—电子万年历，它是近代世界钟表业界的第三次革命。
第一次是摆和摆轮游丝的发明，相对稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小到秒级，代表性的产品就是带有摆或摆轮游丝的机械钟或表。
第二次革命是石英晶体振荡器的应用，发明了走时精度更高的石英电子钟表，使钟表的走时月差从分级缩小到秒级。
第三次革命就是单片机数码计时技术的应用（电子万年历），使计时产品的走时日差从分级缩小到1/600万秒，从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式，直观明了，并增加了全自动日期、星期、温度以及其他日常附属信息的显示功能，它更符合消费者的生活需求！
因此，这种数字钟的出现带来了钟表计时业界跨跃性的进步……。
本文通过对一个能实现按键开关可调整年、月、日、周、时、分、秒，且具有测温功能、定点报时的24小时制的时间系统的设计学习，详细介绍了单片机应用中的定时中断原理、数码管显示原理、动态扫描显示原理等，进一步学习、应用单片机汇编语言系统的实现了各种功能。
从而使自身明白使用单片机汇编语言和C语言之间的效率、整体性问题。
系统由单片机、独立式按键、时钟芯片、LED数码管、蜂鸣器等部分构成，能实现24小时制年、月、日、周、时、分、秒等时钟显示。
同时也可进行年、月、日、周、时、分、秒的校准、定点报时和LED数码管显示。
一、设计要求与方案论证
1.1设计目的与意义
（1）在学习了《数字电子技术》和《单片机原理及接口技术》课程后，为了加深对理论知识的理解，学习理论知识在实际中的运用，培养动手能力和解决实际问题的经验让学生接触专用时钟芯片DS1302，并会用DS1302芯片开发时钟系统，应用到其他系统中去。
熟悉WAVE软件调试程序和仿真.
（2）、通过实验提高对单片机的认识；
（3）通过实验提高焊接、布局、电路检查能力；
（4）、通过实验提高软件调试能力；
（5）进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。
（6）通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术，了解表关电路参数的计算方法。
（7）通过实际程序设计和调试，逐步掌握系统化程序设计方法和调试技术。
（8）通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发一单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。
1.2 设计要求：
1具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能；
2时间与阴、阳历能够自动关联；
3具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能；
1.3系统基本方案探讨
1.3.1主控制芯片的选择方案探讨：
方案一:
采用89C51芯片作为硬件核心，采用FlashROM，内部具有4KBROM存储空间,能于3V的超低压工作,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术,当在对电路进行硬件与软件调试时，由于对程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，调试麻烦，并且这样对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。
方案二:
采用AT89S52,片内ROM全都采用FlashROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KBROM存储空间，具有3个16位定时器/计数器，8个中断源，同样具有AT89C51的功能，且具有ISP在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。
使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
可见AT89S52更能满足各方面的设计要求，减少不必要的麻烦，所以选择采用AT89S52作为主控制系统.
1.3.2时钟芯片的选择方案探讨：
方案一：
直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。
采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。
设计的数字钟误差不能太大，所以不采用此方案。
方案二：
可以采用DS1302时钟芯片，DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，而且精度高工作电压为2.5V～5.5V。
采用三线接口与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或RAM数据。
DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。
但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。
所以采用DS1302时钟芯片，更加可靠，稳定。
1.3.3显示系统选择方案探讨：
方案一：
采用LED液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,需要专门的驱动电路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视性相对较差；对于具有驱动电路和微处理器接口的液晶显示系统（字符或点阵），可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,但是这次设计显示主要是数字，没有大量文字,图形显示,并且价格昂贵,需要的接口线多,所以在此设计中不会采用LED液晶显示屏.
方案二：
采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少。
综上所述，所以采用了LED数码管作为显示。
1.3电路设计最终方案决定
综上各方案所述,对此次毕业设计的方案选定:
采用AT89S52作为主控制系统;DS1302提供时钟;数字式温度传感器DS18B20作为温度传感器;LED数码管动态扫描作为显示。
二.硬件设计
2.1电路设计方案图
AT89S52
主控制模块
2.2系统硬件设计概述
本电路是由AT89S52单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3V超低压工作；时钟电路由时钟芯片DS1302提供，它是一种高性能、低功耗、可靠稳定，带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。
采用三线接口与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或RAM数据。
DS1302内部有一个31*8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。
可产生年、月、日、周日、时、分、秒，具有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能；温度的采集由DS18B20构成；显示部份由２１个数码管，74ls138、74ls47译码器等构成。
使用LED数码管动态扫描显示方式对数字的显示。
2.3系统主要单元电路的设计
2.3.1系统主控制电路的设计
At89s52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，是具有40引脚双列直插芯片，具有8K在系统可编程Flash存储器。
与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
具有以下标准功能：
8k字节Flash，25
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