【正文】 全運(yùn)行的基礎(chǔ)，如果時間出現(xiàn)誤差而不能及時校正，會造成一系列嚴(yán)重的后果和經(jīng)濟(jì)損失。 電子時鐘的設(shè)計(jì)方法有多種，可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘，還可以利用對單片機(jī)編程來實(shí)現(xiàn)電子鐘。其中，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電子時鐘具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、編程靈活、便于功能擴(kuò)展等特點(diǎn)。由單片機(jī)作為數(shù)字鐘的核心控制器，可以通過它的時鐘信號實(shí)現(xiàn)計(jì)時功能，將其時間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)輸出，利用顯示器顯示出來。通過鍵盤可以進(jìn)行定時、校時功能。輸出設(shè)備顯示器可以用液晶顯示技術(shù)或者數(shù)碼管顯示技術(shù)。液晶顯示器(LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。LCD 可分為段式 LCD、字符式 LCD 和點(diǎn)陣式LCD。其中，段式 LCD 和字符式 LCD 只能用于字符和數(shù)字的簡單顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點(diǎn)陣式 LCD 不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線以及漢字、動畫，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕滾動、反轉(zhuǎn)、閃爍等功能，用途十分廣泛。由此可見 LCD 的應(yīng)用是如此廣泛，所以用 MPU 控制液晶顯示器是很普遍的應(yīng)用。溫度傳感器是上世紀(jì) 90 年代中期問世的。此類傳感器是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù)的結(jié)晶。目前，國際上已開發(fā)出多種溫濕度傳感器。其傳感器內(nèi)部一般包含溫度傳感器、濕度傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器、隨機(jī)存取存儲器和只讀存儲器。他能實(shí)時更新并輸出數(shù)據(jù)，適配于各種微控制器也就是通常所說的單片機(jī)（MCU） ，并且可通過軟件來實(shí)現(xiàn)顯示功能，其智能化取決于軟件和硬件的綜合開發(fā)哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3水平，二者缺一不可。目前，新型溫濕傳感器正從模擬式向數(shù)字式、集成化向智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。21 世紀(jì)后，溫濕傳感器毫無疑問正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及高安全性等高科技的方向迅速發(fā)展。 在日常生活和自動控制系統(tǒng)中，我們時常會遇到對時間和溫度濕度實(shí)時監(jiān)控的需求。這就給具有多種功能的時鐘提供了市場，也有了市場開發(fā)的前景。因此，研究多功能電子鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。 多功能數(shù)字時鐘的功能數(shù)字時鐘主要是利用電子技術(shù)將時鐘電子化、數(shù)字化，擁有時間精確、體積小、界面友好、可擴(kuò)展性能強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生活和工作當(dāng)中。當(dāng)今市場上的電子時鐘品類繁多，外形小巧別致。也有體型較大的，諸如公共場所的大型電子報(bào)時器等。電子時鐘首先是數(shù)字化了的時間顯示或報(bào)時器，在此基礎(chǔ)上，人們可以根據(jù)不同場合的要求，在時鐘上加置其他功能，比如定時鬧鈴，萬年歷，環(huán)境溫度、濕度檢測，環(huán)境空氣質(zhì)量檢測，USB 擴(kuò)展口功能等。本設(shè)計(jì)數(shù)字時鐘主要功能為：(1) 具有顯示時間，年，月，日，星期和手動校對功能，24 小時制；(2) 具有鬧鈴定時功能；（3） 具有環(huán)境溫度采集；（4） 具有液晶（LCD12864）顯示功能哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文42 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路本次設(shè)計(jì)完成數(shù)字時鐘年、月、日、星期、時、分、秒的顯示及環(huán)境溫度測量等功能的基礎(chǔ)上完成定時鬧鐘的功能。硬件電路包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、LCD12864 液晶顯示模塊、按鍵模塊、DS18b20 溫度傳感器模塊、蜂鳴器報(bào)警電路模塊；軟件部分主要通過 C 語言的編程實(shí)現(xiàn)電子時鐘，鬧鐘，溫度采集，然后通過液晶顯示程序?qū)r間顯示出來，通過按鍵操作實(shí)現(xiàn)功能的轉(zhuǎn)換。設(shè)計(jì)中結(jié)合硬件、軟件的分步調(diào)試，達(dá)到要求的控制效果。 設(shè)計(jì)流程該設(shè)計(jì)的主要流程如下：首先閱讀大量參考文獻(xiàn)，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的確定，然后在 protues 上進(jìn)行原理圖的繪制和修改，在仿真通過的情況下，購買所需要的元器件(元器件應(yīng)考慮大小)。接著把元器件焊接到各個功能電路的模塊上，并結(jié)合程序進(jìn)行調(diào)試。最后將各個功能的電路程序組合起來，然后再進(jìn)行總體調(diào)試直到成功。哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文5圖 21 硬件設(shè)計(jì)框圖 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)的發(fā)展趨勢單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，只讀程序存儲器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，可能還包括定時計(jì)數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動電路(LCD或 LED 驅(qū)動電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個最小然而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。目前在單片機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用比較廣泛的微處理器芯片主要為8XC5X 系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)均采用標(biāo)準(zhǔn) MCS51 內(nèi)核，硬件資源相互兼容，品類齊全，功能完善，性能穩(wěn)定，體積小，價格低廉，貨源充足，調(diào)試和編程方便，所以應(yīng)用極為廣泛。 單片機(jī)主要應(yīng)用領(lǐng)域和特點(diǎn)單片機(jī)芯片的集成度很高，它將微型計(jì)算機(jī)的主要部件都集成在一塊芯片上，具有以下特點(diǎn)：⑴ 體積小、重量輕、價格便宜、耗電少；⑵ 根據(jù)工控環(huán)境要求設(shè)計(jì)，且許多功能部件集成在芯片內(nèi)部，其信號通道受外界影響小，故可靠性高，抗干擾性能優(yōu)于采用一般的CPU；⑶ 控制功能強(qiáng)，運(yùn)行速度快。其結(jié)構(gòu)組成與指令系統(tǒng)都著重滿足工控要求。有豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令和很強(qiáng)的位處理功能及 I/O 口邏輯操作功能；⑷ 片內(nèi)存儲器的容量不可能很大；引腳也嫌少，I/O 引腳常不夠哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文6用，且兼第二功能以至第三功能。但存儲器和 I/O 接口都易于擴(kuò)展；自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過了 30 多年的發(fā)展路程?？v觀 30 年來單片機(jī)發(fā)展里程可以看出，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器（MPU）技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動，表現(xiàn)出較微處理器更具個性的發(fā)展趨勢。單片機(jī)應(yīng)用最多的領(lǐng)域主要有以下：因它具有“小、輕、廉、省”的特點(diǎn)，所以特別適用于“電腦型產(chǎn)品” ，在家用電器、玩具、游戲機(jī)、聲像設(shè)備、電子秤、收銀機(jī)、辦公設(shè)備、廚房設(shè)備、家庭安防設(shè)備等許多產(chǎn)品上得到應(yīng)用。適用于儀器、儀表，不僅能完成測量，還具有處理、監(jiān)控等功能，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化。 單片機(jī) STC89C52 簡介對于單片機(jī)的選型，主要應(yīng)用從單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)性，實(shí)用性和要開發(fā)性三方面來考慮。⑴ 技術(shù)性:要從單片機(jī)的技術(shù)指標(biāo)角度,對單片機(jī)芯片進(jìn)行選擇，以保證單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在一定的技術(shù)指標(biāo)下可靠運(yùn)行；⑵ 實(shí)用性:要從單片機(jī)的供貨渠道、信譽(yù)程序等角度，對單片機(jī)的生產(chǎn)廠家進(jìn)行選擇以保證單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在能長期、可靠運(yùn)行；⑶ 可開發(fā)性：選用的單片機(jī)要有可靠的可以開發(fā)手段，如程序開發(fā)工具、仿真調(diào)試手段等。綜合考慮本設(shè)計(jì)還是選用了 STC89C52 單片機(jī)。哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文7表 21 STC89C52 主要功能STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個 16 位定時器/計(jì)數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35Mhz，6T/12T 可選。 該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。表 22 給出了其主要功能STC89C52 各引腳如圖 22 所示：主要功能特性兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM3 個 16 位可編程定時/計(jì)數(shù)器中斷時鐘頻率 024MHz2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道2 個外部中斷源 共 6 個中斷源2 個讀寫中斷口線 3 級加密位低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文8圖 23 STC89C52 引腳圖⑴ 主電源引腳(2 根)VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V 電源GND(Pin20)：接地線⑵ 外接晶振引腳(2 根)XTAL0(Pin18)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端⑶ 控制引腳(4 根)RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。⑷ 可編程輸入/輸出引腳(32 根)哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文9STC89C52 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位P0、PPP3 口，每個口有 8 位(8 根引腳)，共 32 根。PO 口(Pin39～Pin32)：名稱為 ～。P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯電平（晶體管晶體管邏輯電平） 。P1 口(Pin1～Pin8)：名稱為 ～。P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。此外， 和 分別作定時器/計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（）和時器/計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（） ，具體如下所示。 在 flash 編程和校驗(yàn)時，P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。P1 引腳第二功能 ：T2（定時器/計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入） ，時鐘輸出 ：T2EX（定時器/計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） ：MOSI（在線系統(tǒng)編程時用到） ：MISO（在線系統(tǒng)編程時用到） ：SCK（在線系統(tǒng)編程時用到）P2 (Pin21～Pin28)：名稱為 ～。P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 flash編程和校驗(yàn)時，P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文10P3 口(Pin10～Pin17)：8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為～。P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。 P3 口亦作為STC89C52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時，P3 口也接收一些控制信號。端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時/計(jì)數(shù)器 0) T1(定時/計(jì)數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)此外，P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號。RST——復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG——當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE 脈沖。對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG） 。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文11能將 ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。PSEN——程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) STC89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩