基于單片機電子時鐘設計與制作于瑞麗畢業(yè)設計_說明

1、. . . . 永永城職業(yè)學院題 目基于單片機的電子時鐘設計與制作 學科部、系：電子信息工程系專業(yè)班級：電子信息工程技術091班學 號：2009081056學生：于瑞麗指導教師：于敏起訖日期：2011-9-24摘要本論文基于單片機原理技術介紹了一款于STC89C52RC芯片作為核心控制器的單片機數字液晶顯示多功能電子鐘的設計與制作，原理圖仿真實現、軟件程序編輯的實現.包括硬件電路原理的實現方案設計、硬件實物的安裝制作與硬件實物的調試過程。日歷時鐘的信息來源于DALLDS 公司推出的低功耗時鐘芯片DS1302，時鐘芯片與單片機通過I2C總線協議進行通信，DS18B20溫度傳感器可以檢測環(huán)境中的實

2、時溫度，先進的單總線數據通信和單片機進行數據傳輸。顯示部分利用LCD1602顯示，加上按鍵的人機交換界面可以隨時對時間進行調整，另外用了比較成熟的TDA2822芯片作為功放做了個小音響，加上外部的包裝，外觀可謂是美輪美奐, 小巧玲瓏。第一章基于系列單片機的電子時鐘設計與制作（含功放電路）的概述- 1 -1:設計任務與要求- 1 -2:方案設計選擇- 1 -3電子時鐘設計認識.- 34系統主要方框圖- 4 -第二章硬件單元電路設計與參數計算- 5 -第三章1:電源電路- 5 -2:單片機最小系統電路- 6 -3:按鍵電路- 6 -4:溫度電路7-5:時鐘電路- 8 -6:LCD1602顯示電路-

3、 9 -7:TDA2822功放電路- 10 -8:軟件設計流程圖- 11 -9:總原理圖- 11-10:PCB制板圖- 12-11:整體電路仿真圖- 13-第三章性能測試與分析- 14 -1:整體測試- 15 -2: 各部分電路測試- 15 -3:元件清單- 16 -第四章 心得體.-17- 17 - / 19第一章 基于51系列單片機的電子時鐘設計與制作（含功放電路）的概述1:設計任務與要求（1）、演示作品時能準確顯示時鐘日歷（年月日時分秒），并且可以設置時分秒，年月日星期等，并顯示清晰、穩(wěn)定，并且功放電路效果較好；發(fā)揮部分可以有溫度顯示（2）、上述兩項功能模塊電路，電路板上都必須具有，電路

4、圖設計標準、完全；（3）、元器件安裝規(guī)，焊接到位，外觀優(yōu)美；（4）、其它擴展功能，同學自由發(fā)揮，可另外加分。2:方案設計選擇根據上述設計要求，結合現有元件，利用集成芯片完成具有以上功能的電路。1：由于需要準確顯示時鐘日歷（年月日時分秒），這里對于顯示的選擇比較：（1）：數碼管顯示，優(yōu)點價格便宜，但是不能顯示復雜的英文，顯示出來很大，布線不易，不美觀。（2）：LCD1602,價格適中，可以顯示復雜的英文，功耗不大，外觀較小，計較符合（3）：LCD12864,彩屏，如果用這些，可以顯示中文，還用一些圖片，但是價格較高，秉著合理利用的原則，不大材小用，決定放棄。2：由于需要準確顯示時鐘日歷（年月日時

5、分秒），這里對應時鐘的選擇作出比較：（1）:可以利用單片機自己自帶的定時器精確定時,在通過軟件控制,這樣就減少了硬件的成本,但是這樣需要晶振絕對的穩(wěn)定,而且掉電數據不保存,還沒有年月星期的自動調整功能,對程序的要求很高,不易控制.(2):DS1302它可以對年、月、日、周、日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償等多種功能。不必在程序上做太多的處理,與單片機的接口簡單,掉電有備用電池用來供電保存數據。所以非常適合要求3：溫度檢測的選擇（1）：熱敏電阻可以隨著溫度的變化電阻也發(fā)生變化，但是要想讀出現在的溫度，那么還必須加上AD轉換電路，對AD轉換過來的數據還要進行處理，處理過程是一項非常繁瑣的工作

6、，這樣就增加了研發(fā)的難度和時間，很沒有必要把簡單的東西復雜化。（2）：相比熱敏電阻，DS18B20的優(yōu)點可謂是多多，首先它的硬件電路非常簡單，與單片機之間的數據傳輸只用了一條線。測溫圍 55125，固有測溫分辨率0.5。具有耐磨耐碰，體積小，工作電源: 35V/DC。非常適合要求。4：功放部分的選擇（1）：LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調整、電源電壓圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點的功率放大器，但是它的不能連接兩個喇叭，也就是沒有立體聲功能。這個芯片是早期的，技術上相對落后。不宜選擇。（2）：TDA2822一般的集成功放電路外圍元件較多且需要較大的散熱器。本文介紹

7、的功放電路簡單，自制方便。TDA2822集成功放電路常用在隨身聽、便攜式的DVD等音頻放音用；功率不是很大但以可以滿足您的聽覺要求了，且有電路簡單、音質好、電壓圍寬等特點，是業(yè)余制作小功放的較佳選擇。主要是它可以用5V單電源帶起，做出來的聲音也不錯。所以選擇。5：單片機的選型（1）：DSP（digital signal processor）是一種獨特的微處理器，是以數字信號來處理大量信息的器件。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數據處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。但是對于我們來

8、說，一個是它需要你熟悉它，會運用，這個我們還沒有達到。就算我們會用，在一個問題是價格貴，買不起，封裝不是DIP的，不易實驗，所以又是大材小用，很沒有必要選擇這么高級的。（2）AT89S82是一款非常流行的單片機了，很適合我們的任務所需，但是他的下載電路并不是那么的簡單，再說這個是國外生產的，何必用呢？（3）STC89C52RC是非常值得推薦的，STC是在的一家8051單片機設計生產公司。STC系列的單片機現在在中國的51單片機市場上占有較大比例。宏晶科技現已成長為全球最大的8051單片機設計公司，完完全全的中國制造，它是AT89S52的增強版本，技術成熟，運用穩(wěn)定，下載電路非常方便，很適合我們

9、選擇用3電子時鐘設計認識（1）電子時鐘簡介電子鐘是一種利用數字電路來顯示秒、分、時的計時裝置，與傳統的機械鐘相比，它具有走時準確、顯示直觀、無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合都用到電子時鐘。（2）電子時鐘的基本特點 現在高精度的計時工具大多數都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經常調試，數字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。（3）

10、電子時鐘的應用LCD數字電子鐘除了在城市的主要營業(yè)場所、車站、碼頭等公共場所使用，還可以改裝在摩托車和汽車上，LCD顯示，帶藍色背光，白天在太下也能非常清楚的看到顯示時間，關鑰匙可以關閉藍色背光，時間還能顯示也不會清零，因LCD的顯示耗電量很省的，所以一直工作也不必擔心耗電問題。在騎摩托車時，為了看時間，先要停下車子，取出手機，才能看時間，是否有點麻煩，現在車上改裝了一個藍色背光的液晶電子鐘后，不管白天黑夜色，隨時可以看時間，非常方便。(4)電子時鐘的工作原理一般電子鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，另外應有

11、校時功能和報時功能。因此，一個基本的數字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。主電路系統由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數器、譯碼器與顯示器、校時電路、整點報時電路組成。秒信號產生器是整個系統的時基信號，它直接決定計時系統的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現。將標準秒信號送入“秒計數器”，“秒計數器”采用60進制計數器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈灯鳌币膊捎?0進制計數器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數器”?！皶r計數器”采用24進制計時器，可實現對一天24小

12、時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數器的輸出狀態(tài)用七段顯示譯碼器譯碼，通過七段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據計時系統的輸出狀態(tài)產生一脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現報時。校時電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數字進行校對調整。而該電子時鐘由89C51，BUTTON，六段數碼管等構成，采用晶振電路作為驅動電路，由延時程序和循環(huán)程序產生的一秒定時，達到時分秒的計時，六十秒為一分鐘，六十分鐘為一小時，滿二十四小時為一天。而電路中唯一的一個控制鍵卻擁有多種不同的功能，按下又松開，可以實現屏蔽數碼管顯示的功能，達到省電的目的；直接按下不松開，則可以通過按鍵實現分鐘的累加，每按一

13、次分鐘加一；而連續(xù)兩次按下按鍵不放松，則可實現小時的調節(jié)，同樣每按一次小時加一。4系統主要方框電腦，MP3,手機等的音頻輸入TDA2822功放電路喇叭5V電源按鍵STC89C52RC下載電路溫度檢測時鐘芯片液晶顯示第二章 硬件單元電路設計與參數計算第三章 1:電源電路圖中J1為電源插座，S5為帶鎖開關，要特別主意這來個的封裝，很容易錯。利用外部電源直接提供5V直流電源接入電源接口，再通過帶鎖開關控制導通情況。圖中LED起到指示作用，當通電時亮，電阻為限流作用一般接220 1 K，不接后果很嚴重，LED只亮一下2:單片機最小系統電路關于最小系統和STC89C52RC單片機的介紹網上有很多,非常容

14、易搜到,這里就不累贅!這里討論幾個問題:1：要使STC89C52RC復位需要兩個機器周期的高電平,我們用的是12M晶振，那么一個機器周期為1/12M=1uS，當S4按下時，C3迅速導通通電，此時9腳為高電平，松開后電容要電，起到延時的作用，t=C3*(R8+R2)=0.11S>2uS,足夠為復位提供搞電平2：三點式電容震蕩是單片機所用到的，這里只是外面接兩個電容而已，電容要求小于47P,一般晶振不大于48M3:相對余AT的單片機STC下載簡單多了，這里只是引出了四條線，分別為VCC,GND,TXD,RXD,只需四根線就可以完成下載，而卻可以通過引出的端口對板上供電。3:按鍵電路按鍵電路主

15、要是別忘了加上拉電阻，要不就不穩(wěn)定了，這里用了四個按鍵作為功能鍵，一個按鍵作為復位鍵對應分別為：S0 功能選擇，S1 減，S2 加，S3 確認，S4 復位。4:溫度電路溫度傳感器的種類眾多，在應用與高精度、高可靠性的場合時DALLAS（達拉斯）公司生產的DS18B20溫度傳感器當仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得DS18B20更受歡迎。對于我們普通的電子愛好者來說，DS18B20的優(yōu)勢更是我們學習單片機技術和開發(fā)溫度相關的小產品的不二選擇。了解其工作原理和應用可以拓寬您對單片機開發(fā)的思路。DS18B20的主要特征：􀂄 全數字溫度轉換與輸

16、出。 􀂄 先進的單總線數據通信。 􀂄 最高12位分辨率，精度可達土0.5攝氏度。􀂄 12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。􀂄 可選擇寄生工作方式。 􀂄 檢測溫度圍為55°C +125°C (67°F +257°F) 􀂄 置EEPROM，限溫報警功能。􀂄 64位光刻ROM，置產品序列號，方便多機掛接。􀂄 多樣封裝形式，適應不同硬件系統。 DS18B20工作原理與應用：DS18B20的溫度檢測與數字數據輸出全集成

17、于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數據處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20的部存儲器資源。18B20共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是：ROM 只讀存儲器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗）。數據在出產時設置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。RAM 數據暫存器，用于部計算和數據存取，數據在掉電后丟失，DS18B20共9個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。第1、2個字節(jié)是溫度轉換后的數據值信息，第3、4個字節(jié)

18、是用戶EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個EEPROM的鏡像。第6、7、8個字節(jié)為計數寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是部溫度轉換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數據，上下限溫度報警值和校驗數據，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。5:時鐘電路DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個

19、字節(jié)的時鐘信號和RAM數據。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與31天時可以自動調整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達2.55.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設置備用電源充電方式，提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。DS1302的外部引腳分配如圖1所示與部結構如圖2所示。DS1302用于數據記錄，特別是對某些具有特殊意義的數據點的記錄上，能實現數據與出現該數據的時間同時記錄，因此廣泛應用于測量系統中。1.各引腳的功能為：Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。當Vcc2>Vcc1+0.2V時，由Vcc2向DS1302供電，當Vcc2< Vcc1時，

20、由Vcc1向DS1302供電。SCLK：串行時鐘，輸入，控制數據的輸入與輸出；I/O：三線接口時的雙向數據線；CE：輸入信號，在讀、寫數據期間，必須為高。該引腳有兩個功能：第一，CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結束單字節(jié)或多字節(jié)數據傳輸的方法。6:LCD1602顯示電路LCD1602可以顯示16*2=32個字符，也可以用來顯示一些漢字圖片（利用取模軟件提取），原理圖中的可調電阻是用來調節(jié)字符顯示的亮度的，調節(jié)是要有耐心，應為用到的是精密可調電阻，這個需要轉很多圈，不容易顯示出來，注意不能跳到太亮，要不很容易燒掉液晶，下面為接口說明，一般不顯示很可能是程序的問題和可調電阻沒

21、有調節(jié)好，至于介紹網上很容易找到。7:TDA2822功放電路雙聲道音頻功率放大電路- TDA2822概述與特點TDA2822 是雙聲道音頻功率放大電路，適用于在袖珍式盒式放音機（WALKMAN）、收錄機和多媒體音箱中作音頻放大器。該電路的特點如下：電源電壓圍寬（1.815V），電源電壓可低至1.8V 仍能工作，因此，該電路適合在低電源電壓下工作；靜態(tài)電流小,交越失真也??；適用于單聲道橋式（BTL）或立體聲線路兩種工作狀態(tài)；采用雙列直插8 腳塑料封裝（DIP8）。這個原理圖是按照數據手冊畫的，實物出來的效果蠻好，音質主要與喇叭有關。存在的問題是有點雜音，可能需要價格帶通濾波器進行濾波，還有就是芯

22、片容易發(fā)熱，不能放很大的聲音，要不更加的熱，而卻雜音更加大，值得改進。8:軟件設計流程圖開機開機畫面顯示N是否有按鍵按下Y檢測那個按鍵按下減鍵功能選擇鍵復位鍵確認鍵加減9:總原理圖10:PCB制板圖11:整體電路仿真圖程序太多了,省略了.第三章 性能測試與分析1:整體測試在接通電源前，先用萬用表確認電源正和地沒有短路，之后接通電源，如果紅色LED亮了，說明電源部分沒用問題，并且LCD1602亮了藍光說明這部分電源沒事，在接通電源的時候可以聽到一點喇叭發(fā)出的吱吱聲，表明喇叭可以工作，接通電源后過一段時間如果所用芯片都沒有發(fā)熱，則說明電路已經成功了一半。如果有芯片發(fā)熱，那么應該立即停止供電。慢慢的

23、檢查那里出問題2: 各部分電路測試（1）：首先在protues中仿真調好，在程序中要特別注意與硬件中引腳對應上（2）：把程序燒到單片機里面，看是否LCD1602顯示出自己的名字和學號。剛開始可能不顯示，在調節(jié)可調電阻后如果沒有問題會顯示出來。如果到了電阻的兩個極點還沒有出來，說明硬件出問題了，檢查下單片機最小系統，還用顯示部分的電路，肯定會有所發(fā)現的。（3）：在液晶可以顯示后，看上面顯示秒的數字是不是在走動，走動說明沒有問題，不走動首先檢測下電路問題，確保沒有問題后，很可能是1302部分的晶振不起振，用手按著很可能會走，那不就換一個，在這部走之后就是要確保斷電后數據會保留，這部分測試需要點時間

24、，在你對好表后斷電再通電看是否這個所走的時間，如果恢復到初始設置值，那么就是紐扣電池的問題了，很可能是正負極安裝反了，接觸不良，電池電壓過低導致的。（4）：DS18B20的安裝和三極管的安裝類似，如果液晶上面一直顯示初始的溫度，和現在環(huán)境的溫度相差很大，那么和可能是，數據端口的電阻不是4.7K電阻,DS18B20接反了，接觸不良。（5）：按鍵的測試比較簡單，只要你對應的按鍵能夠實現相應的功能就可以，不可以，那么肯定是硬件或者連接線的問題了。（6）：利用音頻將板子上面的音頻接口和電腦連接，電腦放歌，聲音開到適中，接通電源，如果喇叭發(fā)出聲音，那么這次工程訓練已經完成了百分之九十了，不成功，首先看看硬件上面適合出現問題，和數據手冊上面的參考電路對應檢查下，看看耳機適合完全插入音頻接口中（我的出現的問題這個，害的我重新檢查了一遍）。這部分電路不會出現大問題，只要按照數據手冊上面給的參數就可以。只是音質的問題，音質和喇叭的關系很大，還有電容的質量，不過自己做個100HZ20KHZ的帶通濾波器接入，那么音質肯定會有很大的改進，還有喇叭的安裝方式（我在沒有安裝在盒子里面和沒有在盒