基于单片机的多功能电子钟设计毕业设计.docx

基于单片机的多功能电子钟设计毕业设计.docx

《基于单片机的多功能电子钟设计毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的多功能电子钟设计毕业设计.docx（59页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

基于单片机的多功能电子钟设计毕业设计

基于单片机的多功能电子钟设计

学生姓名：

学生学号：

院（系）：

电气信息工程

年级专业：

指导教师：

助理指导教师：

二〇一五年五月

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

21世纪，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。

时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。

忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。

但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。

手表当然是一个好的选择，但是，什么时候到达所需要的时间却难以判断。

本文介绍了基于AT89C52单片机的多功能电子万年历的硬件结构和软硬件设计方法。

本设计由电源模块、时钟模块、单片机模块、显示模块、按键模块、温度测量模块和闹钟模块七个模块组成。

系统以AT89C52单片机为控制器，以串行时钟日历芯片DS1302记录日历和时间，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能。

温度采集选用DS18B20芯片，万年历采用直观的数字显示，数据显示采用QC12864B液晶显示模块，可以在LCD上同时显示年、月、日、周日、时、分、秒，还具有时间校准等功能。

此万年具有成本低，功能全的特点，在未来钟表行业有很大的市场。

关键字：

万年历，温度传感器，液晶显示

ABSTRACT

Inthe21stcentury,obtainedtherapiddevelopmentofelectronictechnology,underthepush,themodernelectronicproductsalmostpermeatedallfieldsofsociety,vigorouslypromotedthedevelopmentofsocialproductivityandtheenhancementofsocialinformationdegree,atthesametimealsomakesthemodernelectronicproductsperformancefurtherimprove,productupdaterhythmalsomoreandmorequickly.Timealwaysissovaluableforpeople,busyworkandmultifarioustendstomakepeopleforgetthecurrenttime.Forgottodo,whenthingsarenotveryimportant,thisisoktobeforgotten.But,oncetheimportantthings,delaymayleadtoserioustrouble.Watchisagoodchoice,ofcourse,butwhenthetimerequiredtoreachisdifficult.

ThispaperintroducesthehardwarestructureoftheelectroniccalendarbasedonAT89C52singlechipmicrocomputerandthehardwareandsoftwaredesignmethod.Thisdesignbythepowersupplymodule,clockmodule,timecorrectsettingmodule,displaymodule,keyboardinterfacemodule,temperaturemeasurementmoduleandalarmmoduleofsevenmodules.SystemwithAT89C52single-chipcomputerasthecontrollerandtheserialclockchipDS1302calendarcalendarandtime,itcanbeforyears,months,days,hours,minutes,secondstime,alsohasaleapyearcompensationandotherfunctions.ChoosechipsDS18B20temperatureacquisition,calendarusingintuitivefigures,accordingtodatabyQC12864Bliquidcrystaldisplaymodule,canontheLCDdisplayyear,month,day,Sunday,atthesametime,minutesandseconds,butalsohastimecalibration,andotherfunctions.

Thiscalendarislowcost,fullfunctions,thecharacteristicsofwatchindustryhasalargemarketinthefuture.

Keywords：

PerpetualCalendar，Thetemperaturesensor，LCDdisplay

1绪论

1.1课题研究的背景

对于数字电子万年历采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、时、分、秒和温度等信息，拥有定时闹钟、时间校准等功能。

该电路采用AT89C52单片机作为核心，功耗小，可在3V的低压工作，亦能在3~5V电压下正常工作。

　在日益繁忙的今天，人们每天都为生存而奔波，人们对时间看的更为重要，因此在手表上下功夫，实现电子手表的多功能化是完全可行的，符合未来人们对时间的追求。

中国产业信息网数据显示：

2014年10月全国表产量为14,342,164.00只，同比增长9.57%，2014年1-10月全国表产量为144,817,082.00只，同比增长6.69%。

2014年1-10月全国表产量及其增长统计表

产品

2014年10月

本月产量

本月止累计

本月同比增长（%）

本月止累计同比增长（%）

表（只）

14,342,164.00

144,817,082.00

9.57

6.69

表1.1

不难看出我国表产量保持着一定的增长率，市场比较大，电子钟表行业未来的前景比较好。

1.2课题的研究目的与意义

二十一世纪是数字化技术高速发展的时代，而单片机在数字化高速发展的时代扮演着极为重要的角色。

所以说电子万年历的开发是国家之所需，社会之所需，人民之所需。

数字化是未来科技发展的热点，无论是在可视化还是时钟的精确上，数字钟都要优越于传统的机械手表。

由于社会对信息交换不断提高的要求及高新技术的逐步发展，促使电子万年历发展并且投入市场得到广泛应用。

1.3课题解决的主要内容

本课题所研究的电子万年历是单片机控制技术的一个具体应用，主要研究内容包括以下几个方面：

（1）选用电子万年历芯片时，应重点考虑功能实在、使用方便、单片存储、低功耗、抗断电的器件。

（2）根据选用的电子万年历芯片设计外围电路和单片机的接口电路。

（3）在硬件设计时，结构要尽量简单实用、易于实现，使系统电路尽量简单。

（4）根据硬件电路图，在开发板上完成器件的焊接。

（5）在keil软件上编写控制AT89C52芯片的单片机程序。

（6）通过编程、编译、调试，把程序下载到单片机上运行，并实现本设计的功能。

（7）在硬件电路和软件程序设计时，主要考虑提高人机界面的友好性，方便用户操作等因素。

2系统的方案设计与论证

2.1系统的方案设计

单片机电子万年历的制作有多种方法，可供选择的器件和运用的技术也有很多种。

设计者应该考虑到多方面的因素，比如分析方案的可行性，成本是否符合设计者的经济状况，尽可能的做出物美价廉、性能优越的产品。

按照系统设计的要求，初步确定系统由单片机模块、电源模块、时钟模块、显示模块、按键模块、温度测量模块和闹钟模块共七个模块组成，电路系统构成框图如图2.1所示。

图2.1硬件模块框图

2.1.1系统的模块组成

本设计由单片机模块、电源模块、时钟模块、显示模块、键盘接口模块、温度测量模块和闹钟模块七个模块组成。

系统的核心采用的AT89C52单片机；数据显示模块采用的是QC12864B液晶显示；温度采集模块用的是DS18b20温度传感器，该传感器所采用的是单总线传输，内部带有A/D转换，用起来非常方便；时钟模块用的是DS1302时钟芯片，可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能；闹钟模块由一个蜂鸣器作为媒介。

调整设置模块共包括四个按键：

模式选择键、功能选择键、调整加按键、调整减按键。

2.1.2功能实现

系统在正常工作时，LCD液晶上第一行显示多功能电子日历，第二行显示阳历，第三行显示农历与星期，第四行显示时间和温度。

如果想要对时间进行调整，可以通过调整设置模块来实现。

当按下k4键时，系统进入另一模式，时间，闹钟的开关都可以用k2,k3键进行调整。

2.2系统方案论证

2.2.1单片机芯片设计与论证

方案一:

AT89C51芯片为核心硬件,使用快闪记忆体,内部使用4KB存储空间,可以为3v低电压工作,和MCS-51系列单片机完全兼容,但当用于电路设计由于没有ISP在线编程技术,在电路调试、修改或由于程序错误程序的新功能需要老化,反复拉塞芯片会对芯片造成一定损害。

方案二:

AT89C52芯片为核心的硬件,使用闪存,可以在3v低电压工作,并与MCS-51系列单片机是完全兼容的内存芯片8KB存储空间。

支持ISP在线编程功能,该功能的优点是重写程序在单片机内存不需要把芯片的工作环境。

是一个强大易用的功能。

最高工作频率为33MHz，比AT89C51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。

由于AT89C52内部具有8KBROM存储芯片并且支持ISP在线编程，因此采用AT89C52作为主控芯片。

2.2.2按键控制模块设计与论证

方案一：

采用独立键盘，由于按键多可实现数值的直接键入，但在系统中需要CPU不间断的对其端口扫描。

方案二：

采用独立按键，查询简单，程序处理简单,可节省CPU资源。

因系统中所需按键不多，为了释放更多的CPU占有时间，操作方便，故采用方案二。

2.2.3时钟模块设计与论证

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。

采用此种方案能够减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差比较大。

方案二：

DS1302是一款高性能的实时时钟芯片，以计时准确、接口简单、使用方便、工作电压范围宽和低功耗等优点，得到广泛的应用，实时时钟有秒、分、时、星期、日、月和年，月小于31天时可以自动调整，并具有闰年补偿功能，而且在掉电时能够在外部纽扣电池的供电下继续工作。

单片机有定时器的功能，但时间误差较大，且需要编写时钟程序。

由于DS1302时钟芯片计数时间精度高，而且具有闰年补偿功能等优点，故采用方案二。

2.2.4温度采集模块设计与论证

方案一：

采用温度传感器，再经AD转换得到数字信号，精度较准，但价格昂贵，电路较复杂。

方案二：

采用数字式温度传感器DS18B20，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，但准确度不高，误差最大达2度。

因为用DS18B20温度芯片，采用单总线访问，降低成本、降低制作难度且可节省单片机资源，故采用方案二。

2.2.5显示模块模块设计与论证

方案一：

采用静态显示方法，静态显示模块的硬件制作较复杂及功耗大，要用到多个移位寄存器，但不占用端口，只需两根串口线输出。

方案二：

采用动态显示方法，动态显示模块的硬件制作简单，段扫描和位扫描各占用一个端口，总需占用单片机14个端口，采用间断扫描法功耗小、硬件成本低及整个硬件系统体积相对减小。

方案三:

采用LCD的方法,具有硬件制作简单可直接与单片机接口,显示内容多,功耗小,成本低等优点,QC12864B可显示32个字符,采用LCD的缺点是亮度不够。

比较以上三种方案：

方案一硬件复杂体积大、功耗大；方案二硬件简单、功耗小；方案三硬件简单，显示内容多,功耗小,成本低等。

本系统设计要求达到功耗小、体积小、成本低，显示信息多等要求，权衡三种方案，选择方案三。

3系统硬件设计

根据上述所确定的系统方案构想，下面进行系统硬件电路的具体设计，系统的具体设计在下面会详细介绍。

3.1AT89C52单片机

本系统采用的是美国ATMEL公司生产的AT89C52单片机，首先我们来熟悉一下AT89C52单片机的外部引脚和内部结构。

1.单片机的引脚功能

AT89C52单片机有40个引脚。

Vcc：

电源电压+5V

GND：

接地

P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，即复用口地址/数据总线。

吸收当前可用作为输出,每路驱动八TTL逻辑门。

图3.1AT89C52的管脚图

对端口写“1”可以作为高阻抗输入终端。

在访问外部数据内存或程序内存,这组口线分时线转换地址以低（8位）和数据总线,激活内部上拉电阻访问期间。

在Flash编程中,P0口接收指令字节,例行检查,输出命令字节,检查外部阻力的要求。

P1口:

P1口是一个内部上拉电阻与8位双向I/O,P1水平输出缓冲区可以开车（或吸收输出电流）四个TTL逻辑门。

对端口口写“1”,通过内部上拉电阻拉对端口到一个很高的水平,可以使输入端口。

使用时输入端口,因为内部上拉电阻,确定由外部信号电流时的输出。

闪存编程和在一次例行检查,P1接收低8位地址。

P2口：

P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（MOVX@Ri指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。

Flash编程和程序校验期间，P2亦接收低高位地址和其他控制信号。

P3口：

P3口是一组带内部上拉电阻的8位双向I/O，P3的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部的上拉电阻拉高并可作为输入端口。

作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，见图3.2所示：

P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

下图P3口的第二功能图

图3.2

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

WDT溢出将使引脚输出高电平，设置SFR-AUXR的DISRT0（地址8EH）可打开或关闭该功能。

DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。

EA/VPP：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需要注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的变成电压Vpp.

XTAL1：

振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

AT89C52单片机内部结构

2.AT89C52单片机与MCS-51完全兼容

振荡电路：

AT89C52系列单片机的内部振荡器，由一个单极反相器组成。

XTAL1反相器的输入，XTAL2为反相器的输出。

可以利用它内部的振荡器产生时钟，只要XTAL1和XTAL2引脚上一个晶体及电容组成的并联谐振电路，便构成一个完整的振荡信号发生器，此方式称为内部方式。

另一种方式由外部时钟源提供一个时钟信号到XTAL1端输入，而XTAL2端浮空。

在组成一个单片机应用系统时，多数采用这种方式，这种方式结构紧凑，成本低廉，可靠性高。

在电路中，对电容C1和C2的值要求