基于单片机的广场数字钟显示系统设计Word格式文档下载.docx

1、2.2 系统设计方案 23 系统硬件设计 33.1时钟芯片DS1302的性能简介及接口电路设计 33.2温度芯片DS18B20接口设计与性能分析 43.3数码管显示 53.4按键设计 53.5复位电路的设计 64 系统软件设计 7 4.1软件功能概述 74.2主程序流程图的设计 85 联调与测试 95.1调试过程 95.2硬件调试 95.3软件调试 10结论 11附录A：系统的原理图 14附录B：系统的PCB图 15附录C：系统的源程序 161 绪论1.1 研究背景随着技术的快速发展通道，从观看太阳来判断时间到摆钟再到现在的数字电子钟，是人类的智慧的不断创新和突破。数字电子钟可以显示年、月、日

2、、时、分和秒，而且还有闰年补偿等功能，而且该时钟芯片的寿命较长，误差相对较小。使用直观的数字显示，可以显示年、月、日、时、分、秒和温度等信息，它还具有一个时间校准功能。数字电子时钟的电路采用的是单片机AT89S52，具有耗能低的优点，可以在3V的低电压下工作。这个日历具有方便阅读、显示直观、功能多样、电路简单、成本低等诸多优势，在发展迅速的信息时代，具有很好的市场前景和研究价值。1.2 国内外研究现状电子技术是20世纪第十九年代末的一种新技术，从上世纪二十年代开始发展最迅速，得到了广泛的应用，电子技术的发展已经成为了科学发展的一个重要的标志。电子技术的功能多样化，体积小，低功耗等特点，促进社会

3、生产力的发展。郭沫若先生曾把时间比喻成生命以及速度和力量，可见时间对于我们来说是非常之宝贵的，在我们的日常工作，学习当中时间观越来越重要。在信息技术高速发达的二十一世纪，时间对于我们来说似乎消费的特别快，时间在工作中，学习中，上下班的路上不知不觉的就消逝了， 工业生产，每一步都有严格的时间限制，要做到技术精确，时间是重中之重。准确理解和实时知道时间，是我们学习，工作，生活中不可缺少的组成部分。机械的钟表虽然也可以告知人们时间和显示日期，但是由于其机械结构，功率和尺寸的限制，相比于性能更好的数字电子钟而言是注定要被淘汰的。电子时钟通常被应用于电子电路，计时装置，也广泛应用于家庭，户外广场，公交站

4、和火车站。由于数字集成电路和石英晶体振荡被广泛应用数字电路，使得数字钟的精度更加准确，给人们的生产和生活带来了极大的方便。如scheduleautomatic自动报警系统，定时打铃，灯炉定时开关，电源设备，甚至所有的时间自动启用设备的基础都是数字钟表。因此，更先进的电子数字钟的设计，其市场的前景费长的广阔。实时温度显示系统的技术已经成熟，如在室温下显示，空调远程控制显示温度，热水器。如果我们能准确显示电子时钟以及其它电子设备的实时温度，无疑将会对我们的生活地阿莱极大的帮助，可以让我们了解周围的环境和必要的措施的变化。1.3 研究目的与意义电子这项新兴技术是在十九世纪初开始发展起来的，发展最为迅

5、速的时期是在二十世纪初期，如今已成为了科学技术发展的一个重要的标志。在它的推广下现代电子产品正在以前所未有的速度朝着功能多样化，功耗最低化的方向发挥发展。电子技术的发展，有力地推动了社会生产力的发展。在信息技术高度发达的二十一世纪，机械手表，虽然它也可以告知市民时间，也可以定时，显示日历。然而，由于其机械结构，功率和体积都没有办法与电子时钟进行比较，从而其发展必然会受到限制。当电子电路，定时装置，秒数字显示被应用于电子时钟后，促进了电子时钟被广泛广泛用于个人家庭，户外广场，公交站和火车站，同时也大大扩大了原来的手表报时功能。如定时自动报警，定时广播，自动启动和关闭的照明工具，定时开关箱，以及其

6、他各种定时自动设备，所有这些的基础都是数字时钟的应用。随着社会的进步，人们越来越多地转向产品功能多样化。你还可以将温度实时显示应用于电子钟以准确的显示环境温度，那么将给生活，工作和工业生产带来了极大的方便，同时也让我们明白的变化，根据环境温度的实时性采取相应的措施。这次毕业设计的实物操作，通过把理论与实践的融合在一起，使我进一步加深了对单片机的结构的理解，编程的能力也得到了提高。在实践过程中学习到新的知识，也遇到过一些问题，经过老师的指导和同学的帮助，问题也被一一解决。同时，希望我们的劳动的结晶能够对读者有一定的帮助，并能从中得到一些启发。2 系统总体设计2.1 设计要求系统的总体设计要求是利

7、用四个模块以及时钟芯片来实现数据的显示、实时环境温度的数据采集、时间的处理和调整的功能。时钟芯片可以记录日历并显示日历和时间，也可以对年、月、日、小时、分钟和秒进行计时，而且还有闰年补偿等多种功能，还具有时间校准功能。考虑到该设计的实际应用环境，应该使该电子钟显示比较直观、读取相对方便、功能多样化、价格也比较低廉、具有良好的实用性、普及起来比较方便。 2.2 系统设计方案数字电子钟总体设计方案应该在系统功能可以实现的前提下，充分考虑该电子钟系统使用的环境，所选的结构要简单使用、易于实现，器件的选用着眼于合适的参数、稳定的性能、较低的功耗以及低廉的成本。综合考虑，系统硬件设计框图如图1所示：图1

8、硬件电路框图3系统硬件设计3.1时钟芯片DS1302的性能简介及接口电路设计3.1.1 时钟芯片DS1302的性能简介时钟芯片DS1302是通过与微控制器的连接来实现其功能的，微控制器能够提供包括秒、分、实时信息、日、月、年等信息，并且可以实现闰年天数的自动调整功能，它也具有用于主电源和备用电源的双电源引脚，在主电源被关闭的状态下，也能维持该时钟连续运行，此外，它还可以提供31个字节的缓冲高速RAM中的数据。3.1.2 时钟芯片DS1302接口电路设计DS1302时钟芯片的工作原理是选择VCC1和VCC2两个当中的较大者来供给时钟芯片的用电需要。时钟芯片的的接口电路如图2所示：图2 DS130

9、2的接口电路3.2温度芯片DS18B20接口设计与性能分析3.2.1温度芯片的性能简介DS18B20温度传感器是最新智能温度传感器，与一般的热电阻有的区别在于测得的实时温度可以被直接读取出来，可以通过简单的编程实现数字读取。应用“一线总线”传输现场的实时温度，提高了抗干扰性。该芯片可以被应用于相对比较恶劣的环境中，而且具有功耗低、所需电压范围低、分辨率高等特点。因此是很好的选择。3.2.2 温度芯片的接口电路的设计该系统采用数字温度传感器DS18B20，具有精度高，操作简单的电路连接特性，这种传感器需要进行数据传输，与DS18B20 DQ P3.7口连接只有一个数据线。其接口电路如图3所示：图

10、3 温度传感器的接口电路3.3 数码管显示模块该数字电子钟设计采用的显示模块是八段数码管显示模块，所谓八段数码管就是指数码管里面有八个晓得LED发光二极管，LED亮灭被用来显示不同的字形。数码管的类型有两种，他们分别是共阳极和共阴极。其中共阴极的发光原理是将八个LED的阴极连在一起并接地，然后给八个LED其中一个的另一端输入高电平，它便能被点亮。显而易见，共阳极的点亮原理是将八个LED的阳极连在一起，然后给八个LED其中一个的另一端输入高电平，它便能够被点亮。综上所述，数码管显示模块及其接口电路如图4所示：图4 数码管显示3.4按键模块设计该系统使用五个按钮，其中一个被用于手动复位，其他的被用

11、于独立按钮，查询相对比较简单，占用CPU资源低，四个独立的按钮，分别与单片机的P3.4、P3.5、P3.6、P3.7接口连接。按键电路如图5所示：图5 按键电路3.5复位电路的设计当单片机的复位引脚出现两个以上的高电平周期时，复位操作即可被完成。如果复位RST持续处于高电平的状态，那么程序将无法被执行。所以单片机复位后要脱离复位状态。在实际的应用中，考虑到电源的稳定时间不同、参数会发生漂移、以及晶振稳定时间和其他因素的影响，单片机必须有足够的裕度。根据该设计的要求，复位操作的基本形式有上电复位和手动复位两种。对上电复位操作中，复位会在接通电源后完成。 AT89S52单片机上电复位本质上是一个上

12、电延时复位。在单偏激初始上电后，第一个工作的是复位电路。复位电路把单片机锁定在复位状态，并且保持一个延迟，让电压拥有一个达到稳定的时间，当电压稳定后，再插入一个延迟，给时钟振荡器一个达到稳定的时间; 在单片机进入运行状态之前，还要至少推迟两个机器周期的延迟。这种设计的复位电路采用了电且开关，通电后，因为电容保持充电状态使电路处于高电平。当微控制器正在运行之中，按下复位按钮还使得RST高电平一段时间，实现了开关的复位操作。综上所诉选用电容值为10F和电阻值为4.7K的的电容。复位电路如图6所示：图6 复位电路4系统软件设计4.1软件功能概述自动控制系统的一个重要的组成部分就是软件功能，它的功能的

13、完善程度直接影响了一个系统是否能够最大化的发挥作用，在一个系统确定下来硬件以后，软件的指导和系统的严密监控是硬件能够实现稳定工作的关键，同时，优异的软件对系统后期的升级优化有相当大的帮助。数字电子钟的功能是在程序控制下实现的。软件设计和系统相对应的硬件设计，根据其在程序的总体功能中实现功能的不同将它们分为几个不同的模块，用于设计、编程以及调试，最终被主程序连接起来实现整体功能。这是一个很好的方案，增强了程序的可移植性。公历计算程序、温度测量程序以及键扫描输入等被应用于该系统的软件部分。当程序开始运行时最先要做的是初始化，各单片机的引脚初始化状态是根据程序的初始化命令而进行的，初始化完成后进行温

14、度的测量与数据收集，然后运行公历计算程序，获得日历时间和日期信息，然后运行程序键扫描，检测有没有按下按钮，如果没有按钮被按下，则按节日计算程序得到的公历日期信息来计算节日，如果按下一个按钮，则将按键修改后的更新的关键变量递送给节日计算程序从而计算出节日。显示程序将在计算完成后将得到的公历信息、温度数据、节日信息送给对应的数码管将其显示出来。4.2主程序流程图的设计数字电子钟系统的总体设计要求是利用四个模块以及时钟芯片来实现数据的显示、实时环境温度的数据采集、时间的处理和调整的功能。所以数字电子钟的主程序流程图如图7所示：图7 主程序流程图4.2.1 DS1302读写程序设计该系统对时间的读取主要是通过对时钟芯片DS1302的操作来实现的，在硬件设计上的时钟芯片连接到控制器时需要三线，即SCLK（7），I / O（6），RST（5），具体连接图查看系统的硬件设计原理图。当时钟芯片与处理器的数据交换的时候，首先是一个命令字节由处理器向电路发出，最高位的命令字节必须是逻辑1，如果是逻辑0，则命令字节禁止被发出;当 D6等于0时，时钟数据被指定，当D6等于1时，RAM数据被指定; D5D1特殊寄存器指定的输入或输出;最低位D0为逻辑0时，指定写