【導(dǎo)讀】⑴能夠進(jìn)行時鐘顯示，要求能夠顯示年、月、日、時、分、秒以及星期，并能夠進(jìn)行快速校準(zhǔn)；⑶數(shù)字鐘可實現(xiàn)整點(diǎn)報時及鬧鐘功能；⑷該智能時鐘控制裝置利用多路傳感器，可實現(xiàn)對室內(nèi)燈光及家用電器的定時開關(guān)機(jī)功能。1—4周：查閱相關(guān)資料，熟悉題目內(nèi)容，掌握設(shè)計原理，提交開題報告；11—12周：完善設(shè)計功能，整理資料并進(jìn)行結(jié)果測試及分析；13—14周：畢業(yè)設(shè)計驗收；15—16周：撰寫、修改、提交畢業(yè)論文，畢業(yè)答辯。制裝置，以STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，以DS1307作為時鐘芯片，以溫度采集芯片DS18B20采集溫度作為輸入。信號，進(jìn)行相應(yīng)處理后，通過液晶顯示屏LCD1602顯示時間和溫度，同時控制蜂鳴器及家用電器在設(shè)定時間開關(guān)以。該裝置具有顯示準(zhǔn)確、直觀、易于調(diào)整的特點(diǎn)，具有較好的實用價值。

　　

【正文】 能。 另外還可以對鬧鈴時間的設(shè)置，調(diào)整鬧鈴的時間，如果時鐘運(yùn)行到達(dá)設(shè)定鬧鈴時間就可以調(diào)用鬧鈴程序，從而控制蜂鳴器發(fā)出響聲，使發(fā)光二極管發(fā)出燈光。等到上邊的功能結(jié)束之后，程序就繼續(xù)執(zhí)行顯示程序，進(jìn)入到平常的時間的顯示狀態(tài)。鬧鈴子程序 是 在主程序調(diào)用時才會開始運(yùn)行的，即當(dāng)時間到達(dá)鬧鈴所設(shè)定的鬧鈴時間時，主程序就可以調(diào)用鬧鈴子程序了。當(dāng)鬧鈴子程序當(dāng)用以后，先開始對顯示功能的運(yùn)行，即可以實現(xiàn)發(fā)光二極管的有規(guī)律閃爍；之后執(zhí)行聲音的提示，就是可以通過控制蜂鳴器發(fā)出響聲而達(dá)到提示的目的；最后程序返回主程序。 主程序主要實現(xiàn)的是對各個 子 程序的連接和分配，可以從主程序中看到整個程序的工作過程 ，陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 15 頁 共 40 頁 各個子程序的工作 步驟 ,則子程序主要就是對于各個模塊之間的設(shè)計，把各個模塊的主要程序根據(jù)系統(tǒng)需要，和電路需要設(shè)計出來，從而根據(jù)模塊框圖設(shè)計程序。本系統(tǒng)主要有顯示模塊、鍵盤模塊、鬧鈴模塊和溫度采集模塊的程序設(shè)計。 顯示模塊 本設(shè)計是根據(jù)現(xiàn)有的硬件電路 而設(shè)置相應(yīng)的顯示子程序的， 而 顯示子程序大致可以分為六個部分，顯示子程序的設(shè)計圖如圖 。 寄存器的初始定時中斷計時夠一秒秒更新時分更新年與日更新開始返回 圖 顯示子程序設(shè)計圖 在子程序的開始就要先對各個使用到的寄存器進(jìn)行初始化，并且對各個數(shù)值進(jìn)行初試賦值。之后就可以進(jìn)行對正常顯示的設(shè)置了。在定時中斷中，要對時間進(jìn)行記數(shù)，本設(shè)計是采用先對定時器進(jìn)行 50ms的延時設(shè)置，之后反復(fù)循環(huán) 20 次，進(jìn)而使時間變成 20*50=1s，每到 1s 就使秒位進(jìn)一，從而實現(xiàn)秒的更新。 當(dāng)秒運(yùn)行夠 60次 時，就使分鐘進(jìn)一，從而實現(xiàn)分鐘的更新。小時的更新是以分的進(jìn)位為基礎(chǔ)的，與分鐘的更新類似。之后就是年月日的更新了：每隔 24 小時就使日進(jìn)一；實現(xiàn)日的更新；每隔 30日就使月進(jìn)一，實現(xiàn)月的更新；每隔 12個月就使年進(jìn)一，實現(xiàn)年的更新。通過上述程序的設(shè)計就可以實現(xiàn)平時的顯示狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)行調(diào)時時，其顯示程序與原理依然是按照上述程序運(yùn)行的 [8， 10]。 模塊 本設(shè)計是采用 3x3的鍵盤排列設(shè)置程序的，其鍵盤子程序流程圖如 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 16 頁 共 40 頁 按鍵設(shè)置端口高電平掃進(jìn)一步消抖進(jìn)行鍵盤確認(rèn)開始返回 圖 鍵盤子程序流程圖 從 圖 中 可以看出鍵盤子程序的設(shè)計是從 按鍵設(shè)置 開始的。當(dāng)鍵盤的硬件電路對鍵盤有操作時，就可以啟動主程序?qū)︽I盤子程序的調(diào)用了。一旦主程序啟用對鍵盤子程序的調(diào)用已有，程序就開始對鍵盤硬件端口的高電平的掃描。之后就是對各個端口高電平的消抖，使其恢復(fù)到初試狀態(tài)。之后就開始對鍵盤的確認(rèn)，根據(jù)返回的鍵盤值進(jìn)行相應(yīng)的處理。 對于鍵盤確認(rèn)這一塊可以實現(xiàn)三種功能的實現(xiàn)：一是對時間的調(diào)整；二是對日期的調(diào)整；三是實現(xiàn)對鬧鈴時間的調(diào)整。其中對于對時間的調(diào)整可以實現(xiàn)對分鐘、小時的調(diào)整，在調(diào)整期間會使 時間的顯示出現(xiàn)調(diào)整數(shù)字的有規(guī)律閃爍跳動，沒按動一下需要調(diào)整的按鍵，對應(yīng)的數(shù)字就會閃爍一下并進(jìn)行加一或減一。對于日期和鬧鈴時間的調(diào)整與對時間的調(diào)整設(shè)置相同。最后返回鍵值。 在采用溫度采集模塊當(dāng)中，使用了 數(shù)字式傳感器 DS18B20 作為溫度傳感器，它無需其它外加電路，直接輸出數(shù)字量。其子程序的實際框圖如圖 。 溫度采集單片機(jī)處理顯示處理開始返回 圖 溫度采集 設(shè)計圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 17 頁 共 40 頁 溫度采集 子程序 是 在主 動顯示出來，而不是在主 程序調(diào)用時才 會開始運(yùn)行的，即當(dāng) 上電開始的時候，溫度就已經(jīng)開始采集，再到達(dá) 52單片機(jī)處理，然后顯示出來，無論掉電還是斷電，只要系統(tǒng)上電之后，顯示屏就會顯示實時溫度。 在主程序設(shè)置當(dāng)中夾雜著，定時開關(guān)的設(shè)置，用于智能化控制家用電器，其子程序流程框圖如圖 。 判斷是否到達(dá)預(yù)設(shè)時間時間設(shè)置返回開始LED 燈發(fā)亮是否 圖 自動定時開關(guān)設(shè)計圖 子程序控制開始，按鍵模式選擇，時間設(shè)置，判斷是否到達(dá)預(yù)設(shè)時間點(diǎn)，用于定時開關(guān)家用電器，本次設(shè)計用 LED燈代替家用電器，到 達(dá)預(yù)設(shè)時間點(diǎn)之后， LED燈發(fā)亮，長時間發(fā)出亮光，按鍵隨意按鍵，即可關(guān)閉燈。由于設(shè)計要源于生活，服務(wù)生活，所以設(shè)計了按鍵隨意按鍵關(guān)閉 LED燈。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 18 頁 共 40 頁 5 系統(tǒng)調(diào)試 如果硬件電路檢查后，沒有問題卻實現(xiàn)不了設(shè)計要求，則可能是軟件編程的問題，首先應(yīng)檢查初始化程序，然后是讀溫度程序，顯示程序，以及繼電器控制程序，對這些子程序，要注意邏輯順序，調(diào)用關(guān)系，以及涉及到的標(biāo)號，有時會因為一個標(biāo)號而影響程序的執(zhí)行，除此之外，還要熟悉各指令的用法，以免出錯。還有一個容易忽略的問題就 是源程序生成的代碼是否燒入到單片機(jī)中，如果這一過程出錯，那不能實現(xiàn)設(shè)計要求也是很正常的了。 我在完成軟件調(diào)試 [12~13]的過程當(dāng)中就遇到了一些很低級的錯誤，比如忘記在程序結(jié)尾處加上大括號，或者單詞輸入錯誤等，這些都是很常見的一些問題，但是我們都應(yīng)該注意到，盡可能避免這些小問題的出現(xiàn)。 Proteus開發(fā)軟件的介紹 Proteus[14]軟件 是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA工具軟件 。它不僅具有其它 仿真軟件的仿真功能，如 EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī) ， 及 其 相關(guān) 外圍器件 組成的電路進(jìn)行仿真 。它是目前 世界上范圍內(nèi) 最好的單片機(jī)及外圍器件 組成電路 的 仿真 工具。 Proteus是世界上著名的 仿真軟件 ，從原理圖布圖 到 代碼調(diào)試 ， 再 到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計，真正實現(xiàn)了從 思想 概念到 實物 產(chǎn)品 設(shè)備 的完整設(shè)計。 它 是目前世界上唯一 一個能 將電路仿真、 PCB設(shè)計和虛擬模型仿真三 個軟件相結(jié) 合 成 一的設(shè)計平臺， 2020年即將增加 Cortex和 DSP 系列 的 處理器，并持續(xù) 性 增加 了 其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil和MPLAB 等多種 編譯器 。 在 Proteus 繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件： *.HEX，可以在 Proteus 的原理圖中看到模擬的實物運(yùn)行狀態(tài)和過程。 Proteus 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。 Proteus 不僅 僅 可將許多地 單片機(jī)實例功能 進(jìn)行 形象化 處理 ， 還可以 將許多 地 單片機(jī)實例 進(jìn)行 運(yùn)行過程 的 形象化 處理 。前者可 以 在相當(dāng) 多地 程度 方面 上得到實物演示 上的功能性 實驗的效果，后者則是實物 化 演示實驗 效果都難以達(dá)到的效果。 由于 Proteus 提供了實驗室 里沒有 相比的 和有時無法實現(xiàn)的 大量的元器件庫，提供了 對 電路 進(jìn)行修改 設(shè)計的靈活性 ， 以及 提供了實驗室在數(shù)量 與 質(zhì)量 上 ， 都 難以相比的虛擬 化的 儀器、儀表，因而也提供了 一個可以 培養(yǎng) 大 學(xué)生實踐、創(chuàng)造的 新 平臺。相信在 以后 單片機(jī) 方面的相關(guān)領(lǐng)域 開發(fā) 及 應(yīng)用中 ， Proteus 會在很多的方面領(lǐng)域里 也茯得 越來越多 的應(yīng)用。 利 用 Proteus 軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真設(shè)計 , 用到了 虛擬仿真技術(shù)和計算機(jī)多媒體技術(shù) ， 更是 虛擬仿真和多媒體技術(shù) 為一體 的綜合 利 用，有利于 提高 學(xué)生的電路設(shè)計能力 ， 和提高 仿真軟件 方面 的操作能力；在課程設(shè)計 、 畢業(yè)設(shè)計以及 全國大學(xué)生電子設(shè)計 大 競賽中，我們使用 Proteus 開發(fā)環(huán)境對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要投入 硬件 的 情況 下，學(xué)生 們都 普遍 反映 了 ， 在 對單片機(jī)的學(xué)習(xí) ， 和 比單純 書本知識 學(xué)習(xí)更 加 容易接受，更 加 容易提高 能力 。 實踐證明了我們 使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿真 及其 開發(fā)成功之后 ， 再進(jìn)行實際 性的 制作 ， 和實物的制作 ，能極大提高 效率，提高 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 的 效率。因此， Proteus 有較高的推廣利 用價值。 及分析 在使用 Proteus 進(jìn)行仿真時，仿真圖需要從各個元件庫調(diào)出各個元件，并按照已經(jīng)設(shè)計好的電路圖進(jìn)行連接，在繪制仿真圖之后，要向單片機(jī)裝入程序，從而使單片機(jī)開始工作并帶動整個電路工作，裝入過程為：點(diǎn)擊單片機(jī)，選擇所編譯程 序的輸出 hex文件，確定即可。 仿真圖如圖 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 19 頁 共 40 頁 系統(tǒng)仿真圖 此時單片機(jī)會按照程序所設(shè)定的功能進(jìn)行工作，在仿真過程中會遇到各種問題，但是經(jīng)過長時間的調(diào)制和修改，可以將遇到的問題逐一解決。 出現(xiàn)的 仿真結(jié)果 有 ：在正常運(yùn)行時，時鐘可以顯示年、月、日、星期、 時、分、秒得時間 和溫度。 此電子鐘也可以實現(xiàn)對鬧鈴的定時功能，如果時間到達(dá)時就可以發(fā)出提示聲。假設(shè)定時為 16 點(diǎn) 05 分整，如果到這個時間，就可以觸發(fā)鬧鈴而發(fā)出提示聲，同時發(fā)光二極管發(fā)出閃爍的燈光。該時鐘正常運(yùn)行時還顯示和調(diào)整年、月、日的功能。其對應(yīng)的鍵盤 對應(yīng)最右邊的三個按鈕。如果想要對年月日進(jìn)行調(diào)整則可以 按鍵移位，進(jìn)行選擇年、月、日以及時間，星期，當(dāng)液晶屏幕上的數(shù)字閃動時，就可以 進(jìn)行日期的調(diào)整時，每按動一下所對應(yīng)的按鍵，現(xiàn)實的 時間日期 依次加一，并且 LED 顯示 屏上的數(shù)字 隨著按鍵的動作而跳動。 硬件調(diào)試及分析 在仿真無誤后，開始進(jìn)行實際電路的搭接。搭接時先不用芯片實物，而用仿真器替代。按照電路圖，先把數(shù)碼管按照對應(yīng)的管腳連接起來，然后接驅(qū)動電路等，接好之后把程序裝入仿真器，通電運(yùn)行，再對電路進(jìn)行調(diào)試。 在根據(jù)電路圖搭接好各個器件后，一個很重要的問題就是檢 查各器件是否完全工作。比如導(dǎo)線看似不用太費(fèi)力氣去檢驗，但一個成功的實驗需要前期充分的準(zhǔn)備。在焊接各個元件的引腳時，由于引腳較小，切其間相隔的位置不大，很容易在焊接時將其連接短路，使電路不能正常工作，因此驗證過程中不要放過小問題。 通過檢查各器件是否完全工作，硬件仿真無誤后，可以用單片機(jī)芯片代替仿真器進(jìn)行最后的實現(xiàn)工作，用編程器將程序下載到芯片中 [14~18]，具體步驟為：先進(jìn)行擦除，然后查空，查空無誤后打開所需的 hex文件，然后進(jìn)行編程、校驗。這時程序載入了芯片中，就可以實現(xiàn)相應(yīng)的功能了。 這里要說的是，軟 件仿真成功和硬件電路實現(xiàn)之間是有很大差別的，在做軟件仿真時，沒有驅(qū)動的問題，沒有芯片和器件質(zhì)量的問題，也沒有電線導(dǎo)電的問題，沒有工作條件的問題，但在實際電路中這些因素都要考慮。 通對實物的反復(fù)調(diào)試與檢測，本設(shè)計可以成功的實現(xiàn)設(shè)計要求的功能，在本設(shè)計中常常會出現(xiàn)這種情況：軟件仿真實現(xiàn)了，但實際電路沒有任何功能。在電子鐘硬件實現(xiàn)過程中，就出現(xiàn)了很多問題，有引腳接錯的問題，也有插線松動或電線不通的問題，這些問題都是需要耐心和細(xì)心認(rèn)真解決的。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 20 頁 共 40 頁 調(diào)試結(jié)果及分析 實驗 調(diào)試結(jié)果， 實物顯示圖如圖 . 圖 實物顯示圖 在通上電后，單片機(jī)工作液晶顯示屏 能夠進(jìn)行時鐘顯示 和溫度顯示 ，并 且 能夠 通過按鍵 進(jìn)行 時間 快速校準(zhǔn) 。 在模式狀態(tài)下，設(shè)置鬧鐘可以通過蜂鳴器報時發(fā)出響聲。調(diào)試到整點(diǎn)時，蜂鳴器報時發(fā)出響聲 實現(xiàn)整點(diǎn)報時 。 采用 LED燈代替了家用器件，設(shè)置一個時間點(diǎn)，當(dāng)時間走到所設(shè)置的時間點(diǎn)后， LED燈明亮，按鍵模式，就可關(guān)閉 LED燈，而系統(tǒng)在斷電后， DS1307實時時鐘芯片 繼續(xù)計時，保持在掉電后任然可以繼續(xù)計時。 調(diào)試過程當(dāng)中主要存在系統(tǒng)時鐘誤差， 時間是一個基本物理量，具有連續(xù)、自動流逝、不重復(fù)等特性。我國時間基 準(zhǔn)來自國家授時中心，人們?nèi)粘Ｊ褂玫臅r鐘就是以一定的精度與該基準(zhǔn)保持同步的。結(jié)合時間概念和誤差理論 [1~3]，可以定義電子鐘的走時誤差 S=S1S2,S1 表示程序?qū)嶋H運(yùn)行計算所得的秒； S2 表示客觀時間的標(biāo)準(zhǔn)秒。 S0 時表示電子鐘秒單元數(shù)值刷新滯后，即走時誤差為“慢”；反之， S0 表示秒單元數(shù)值的刷新超前，即走時誤差為“快”。 本次設(shè)計的單片機(jī)電子鐘系統(tǒng)中，其誤差主要來源包括晶體頻率誤差，定時器溢出誤差，延遲誤差。晶體頻率產(chǎn)生震蕩，容易產(chǎn)生走時誤差；定時器溢出的時間誤差，本應(yīng)這一秒溢出，但卻在下一秒溢出 ，造成走時誤差；延遲時間過長或過短，都會造成與基準(zhǔn)時間產(chǎn)生偏差，造成走時誤差。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 21 頁 共 40 頁 結(jié)束語 在這次智能電子時鐘的設(shè)計過程中，很是受益匪淺。利用 AT89S52單片機(jī)控制時鐘芯片與溫度測量傳感器以及 1602LED顯示；用時鐘芯片為整個單片機(jī)系統(tǒng)提供精準(zhǔn)的時間；用 DS18B20測量周圍環(huán)境溫度，并且到達(dá)很高的精度；液晶顯示模塊用于顯示溫度值和時間；獨(dú)立式按鍵實現(xiàn)對系統(tǒng)時間的調(diào)節(jié)。 通過對自己在大學(xué)四年時間里所學(xué)知識的回顧，并充分發(fā)揮對所學(xué)知識的理解和對畢業(yè)設(shè)計的思考及書面表達(dá)能力，加上老師的指導(dǎo)和同學(xué)的 幫助最終完成了。在單片機(jī)方面學(xué)習(xí)了很多的知識，如中斷技術(shù)，串口知識，單片機(jī)，以及語言程序的編寫學(xué)習(xí)，而撰寫論文的過程也是專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程，它使我運(yùn)用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，對其進(jìn)行設(shè)計，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H問題，把知識轉(zhuǎn)化為能力的實際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)