【正文】 摘 要時間就是效率，隨著時代的發(fā)展，從人們的日常生活到工廠的自動控制，從民用時鐘到科學(xué)發(fā)展所需的時鐘，現(xiàn)代人對時間的精度和觀察時間的方便有了越來越多的需求。人們要求隨時隨地都能快速準確的知道時間，并且要求時鐘能夠更直觀、更可靠、價格更便宜。這種要求催生了新型時鐘的產(chǎn)生。本文設(shè)計了一款多功能數(shù)字時鐘，其核心主要是硬件設(shè)計和軟件編程兩個大的方面。硬件設(shè)計主要以單片機AT89S52為核心，結(jié)合相關(guān)的外圍電路如時鐘芯片DS1302電路、溫度測量電路、顯示液晶12864電路、鍵盤掃描電路、報警電路。軟件用匯編語言及C語言來實現(xiàn)，主要包括主程序、時間設(shè)置子程序、溫度測量子程序、鍵盤掃描子程序、報警電路子程序等軟件模塊。電路實現(xiàn)了顯示時間、節(jié)日信息、調(diào)整時間、測量并顯示溫度、報警、鬧鐘定時等功能，實際測試該系統(tǒng)達到了設(shè)計的要求和目的。關(guān)鍵詞：單片機 溫度測量 時鐘電路 The Multifunctional Clock Design based on MCUWang Xinsheng (College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China) Abstract :Time is efficiency. With the development of the era, the demand for the accuracy of clock time and the convenience of observing time has kept rising, not only from people’s daily life to factory’s automatic control but also from civil use to scientific development. The demand for clock’s accuracy at anytime and anywhere, as well as more directly, more reliable and cheaper is required, which prompts to the emergence of a new type of clock. The core of this paper is mainly two major aspects including of hardware design and software programming. The hardware design based on MCU of AT89S52 as the core is bined with the related peripheral circuits such as a clock, temperature measurement, alarm circuit, keyboard scan circuit. The software uses assembly language and c language，including software modules of the main program, the time setting subroutine, temperature measurement subroutine, keyboard scanning subroutine and the alarm circuit subroutine. The electric circuit realizes the time display, the festival information, the time adjusting, measure and display the temperature, alarm and the alarm clock to achieve the design requirements and purpose.Key words: MCU Temperature measurement Clock circuit目 錄1 前言 1 課題的背景與意義 1 課題任務(wù)與設(shè)計思路 22 總體方案的確定 2 時鐘計時的方案選擇 3 時鐘顯示的方案選擇 4 溫度測試 53 系統(tǒng)硬件設(shè)計 5 系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計 6 主控制模塊的方案選擇與設(shè)計 6 單片機AT89S52簡介 7 主控制模塊電路 7 時鐘電路的芯片介紹及電路設(shè)計 9 DS1302簡介 9 時鐘電路的設(shè)計 12 溫度測量芯片介紹及電路設(shè)計 13 DS18B20簡介 13 溫度測量電路的設(shè)計 13 按鍵電路的設(shè)計 14 顯示模塊電路設(shè)計 15 圖形點陣液晶顯示器12864簡介 15 顯示模塊電路 174 系統(tǒng)軟件設(shè)計 18 編程語言的選擇 18 系統(tǒng)主程序及流程圖 19 DS1302時鐘芯片的讀操作流程圖 20 液晶模塊的顯示流程 21 按鍵調(diào)整模塊顯示流程圖 225 實驗與調(diào)試 23 硬件調(diào)試 23 軟件調(diào)試 24 軟件調(diào)試 256 結(jié)論 26 本文的主要工作和成果 26 課題設(shè)計中不足及其展望 27參 考 文 獻 28附 錄 29致 謝 60畢業(yè)設(shè)計成績評定表II1 前言 課題的背景與意義近年來，隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，隨著社會競爭的激烈，人們對數(shù)字時鐘的要求越來越高。時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時間，忘記了要做的事情。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。因此從人們的日常生活到工廠的自動控制，從民用時鐘到科學(xué)發(fā)展所需的時鐘，現(xiàn)代人對時間的精度和觀察時間的方便有了越來越多的需求。人們要求隨時隨地都能快速準確的知道時間，并且要求時鐘能夠更直觀、更可靠、價格更便宜。這種要求催生了新型時鐘的產(chǎn)生。除此之外，由于對社會責(zé)任的更多承擔(dān)，人們要求所設(shè)計的產(chǎn)品能夠產(chǎn)生盡量少的垃圾、能夠消耗盡量少的能量。因此人們對時鐘的又有了體積小、功耗低的要求。傳統(tǒng)的機械表由于做工的高精細要求，造價的昂貴，材料的限制，時間指示精度的限制，使用壽命方面，以及其它方面的限制，已不能滿足人們的需求（徐宏亮，2001）。另外，近些年隨著科技的發(fā)展和社會的進步，人們對時鐘的要求也越來越高，而使得新型電子鐘表成了大勢所趨。20世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下微機開始向社會各個領(lǐng)域滲透同時大規(guī)模集成電路獲得了高速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強，體積小，功耗低，價格便宜，工作可靠，使用方便等特點，因此特別適合于與控制有關(guān)的系統(tǒng)，越來越廣泛地應(yīng)用于自動控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個領(lǐng)域，單片機往往是作為一個核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善（蔣冬冬，2011）。另外單片機應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用（胡天明，2008）。這正符合了現(xiàn)代時鐘的設(shè)計要求。另一方面，電子技術(shù)的告訴發(fā)展，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，這些使時間顯得更加寶貴，從時間就是生命，時間就是效率這些名言警句中就能看出。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時,分,秒數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表（陳華兵，2009）。鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字時鐘及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。因此本論文所做的數(shù)字時鐘采用了以單片機（AT89S52）為核心，結(jié)合相關(guān)的外圍元器件例如液晶顯示、按鍵電路、復(fù)位電路、報警電路，再配以相應(yīng)的軟件，達到制作簡易數(shù)字鐘的目的，能實現(xiàn)實時時鐘顯示的功能，能進行年、月、日、時、分、秒和實時溫度的顯示。其硬件部分難點在于元器件的選擇、布局及焊接。 課題任務(wù)與設(shè)計時間是兩時刻之間的時刻間隔，是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人門的生活與時間息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時地觀察時間，設(shè)定時間，因此研究時間的測量方法和設(shè)計測量裝置具有重要的意義。鑒于時間使用的普遍性和重要性，本課題選用時間作為實時監(jiān)測的參量?？v觀傳統(tǒng)的電路設(shè)計，大部分是采用分立元件進行設(shè)計，既復(fù)雜成本又高。隨著集成化的發(fā)展，現(xiàn)在系統(tǒng)的設(shè)計都是在模塊化的基礎(chǔ)上設(shè)計系統(tǒng)的。本課題是基于智能化和模塊化的前提下設(shè)計數(shù)字時鐘的，通過對設(shè)計目標的分析,設(shè)計單片機與時鐘芯片相結(jié)合的電路，實現(xiàn)實時顯示時間，按照課題的要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由主控模塊、時鐘模塊、顯示模塊、鍵掃描電路模塊共4個模塊組成。設(shè)計采AT89系列單片機，以匯編語言為程序設(shè)計的基礎(chǔ)，設(shè)計出用液晶顯示年、月、日、周、時、分、秒的時鐘。2 總體方案的確定單片機的接口信號是數(shù)字信號。要想用單片機獲取時間這類非電信號的信息，必須使用時間芯片，將時間信息轉(zhuǎn)換為電流或電壓輸出。如果轉(zhuǎn)換后的電流或電壓輸出是模擬信號，還必須進行A/D轉(zhuǎn)換，以滿足單片機接口的需要。如果是數(shù)字信號就可以直接送往單片機進行數(shù)據(jù)處理。 時鐘計時的方案選擇方案一：比較傳統(tǒng)的基于單片機的時鐘設(shè)計可以采用單片機內(nèi)部的晶振來產(chǎn)生脈沖，然后通過單片機內(nèi)部的計時器經(jīng)過分頻產(chǎn)生秒脈沖，然后通過軟件編程來實現(xiàn)時鐘的顯示，這種設(shè)計方案的優(yōu)點是外圍器件少，電路簡單清晰，電路焊接容易，出問題的故障幾率小。但是這種方案需由軟件編程來實現(xiàn)秒脈沖的產(chǎn)生，編程相對來說比較復(fù)雜，而且也不利于排故（宋禮國，2009）。另外由單片機內(nèi)部時鐘產(chǎn)生的秒脈沖由于受到溫漂的影響和程序執(zhí)行時的延時的影響，而使的計時會產(chǎn)生不定的誤差，即使設(shè)計時間誤差補償程序也很難實現(xiàn)提供準確時間的功能。另外，這種電路設(shè)計方案的另外一個設(shè)計要求就是晶振的選擇要求晶振的振蕩頻率必須通過分頻得到秒脈沖。這種設(shè)計還有一個非常大的缺點就是如果單片機斷電，時間計時就停止，再次上電時又從初始設(shè)定重新計時，這樣就需要在每次上電都調(diào)整時間，比較麻煩。方案二：使用并行接口時鐘芯片DS12887設(shè)計時鐘電路。該設(shè)計方案用AT89S51主控，利用并行時鐘芯片DS12887為核心計時芯片，組成數(shù)字時鐘電路。該電路能夠準確計時，還附加許多其它功能，在掉電時能保存用戶設(shè)置參數(shù)和故障狀態(tài)參數(shù)等重要參數(shù)。設(shè)計電路如圖1所示。圖1 AT89S52與DS12887的接口電路該設(shè)計雖然能完成所要求的任務(wù)，綜合性能也比較好，但其并行接口方式占用大量接口資源，給其他設(shè)計帶來諸多不便。方案三：在傳統(tǒng)的基于單片機的數(shù)字時鐘設(shè)計的基礎(chǔ)上經(jīng)過一些改進，引入DS1302時間芯片，將電路的控制部分和計時部分分開，電路的控制部分為單片機，計時部分為DS1302時間芯片（馬慶勇，2009）。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM通過簡單的串行接口與單片機進行通信，實時時鐘/日歷電路提供秒分時日月年的信息、每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線。而且這種設(shè)計更節(jié)能，在需要觀察時間的時候比如白天就可以給主電路通電。而在夜晚不需要觀察時鐘的時候就可以給主電路斷電，這樣可以節(jié)約大量能量。時間芯片DS1302提供精確的時間，這樣就簡化了電路的器件選擇，在斷電后不丟失時間和數(shù)據(jù)信息，另外也使程序的設(shè)計更加簡潔。在硬件設(shè)計方面，由于只增加了一個DS1302時間芯片，因此并不是特別復(fù)雜，而且這種獨立計時的設(shè)計使得產(chǎn)品排故更加方便。該設(shè)計方案的接口電路如圖2所示。圖2 AT89S52與DS1302的電路接口比較上述兩種方案可以看出，第二種方案計時更加準確而且電路硬件設(shè)計先對來說并不復(fù)雜，軟件設(shè)計更加簡潔，因此采用第二種方案。 時鐘顯示的方案選擇方案一：時鐘的顯示可以用多位七段LED數(shù)碼管顯示，七段 LED數(shù)碼管顯示耗能多，而且顯示位數(shù)有限，每增加一位都要在程序設(shè)計和硬件設(shè)計方面增加很多的工作量，不利于電路的擴展，而且無法顯示年、月、日、星期這些漢字，使得顯示不夠直觀，靈活。但是這種設(shè)計方案在顯示位數(shù)比較少時性價比比較高，價格便宜。方案二：采用點陣式數(shù)碼管顯示。點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,而在本課題設(shè)計中的顯示數(shù)字較多字符較少，而且此種方案耗能多，不符合現(xiàn)代的節(jié)能理念，所以不用此種作為顯示。方案三：采用LCD液晶顯示器顯示。而LCD液晶顯示則耗能少，能夠顯示年、月、日、星期等漢字，在顯示方面更加靈活，而且改變顯示時只要改變軟件設(shè)計就可以，不用改變硬件電路的設(shè)計，易于電路的功能擴展。電路的軟件設(shè)計也很簡單。另外，這種設(shè)計硬件更加簡潔。采用LCD液晶顯示方案的缺點是在顯示位數(shù)比較少時，價格略顯昂貴。比較上述三種方案可以看出方案三耗能少，顯示靈活，易于電路擴展而且不管是軟件設(shè)計還是硬件設(shè)計都比較簡單，因此采用第三種設(shè)計方案。綜上所述，本設(shè)計采用獨立計時，引入時鐘日歷芯片DS1302的設(shè)計方案，顯示使用LCD液晶顯示。 溫度測試由于現(xiàn)在用品追求多樣化，多功能化，給