单片机数字时钟设计方案

智能仪表课程设计报告 1 单片机数字时钟设计方案 第一章 设计目的 智能仪表课程设计是自动化专业的专业实践课程。 本课程的任务是通过设计完成一个具有完整功能的单片机系统，是学生掌握目前典型自动化仪表的一般设计要求和设计方法，掌握开发及设计工具的使用方法，通过这一设计实践过程，锻炼学生的动手能力和分析、解决问题的能力；培养对所学知识的综合应用能力。 随着人们生活水平的不断提高 ,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化 控制，智能化控制方向发展。 本设计是数据采集及处理，显示系统与单片机有效结合，本设计是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识的综合应用，以及查阅资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基 础 第二章 设计要求 带秒表 /时钟计时器，万年历的显示屏设计。 智能仪表课程设计报告 2 基本功能要求： 1. 可动态左右，上下显示“中国计量学院欢迎你”； 2. 在 5 秒按键无操作则以 24h（小时）计时方式显示时、分、秒； 3. 使用按键开关可实现时分调整； 4. 具有闹钟功能，声光提示。 扩展功能： 1. 数字时钟 /圆形时钟显示可转换； 2. 显示汉字可设置； 3. 可 232 通讯显示计算机传送字符； 4. 其他扩展功能。 第三章 方案确定 经过小组全体组员讨论，最终确立方案制作时钟。在时钟基本功能实现的基础上，小组成员对扩展功能进行讨论并达成共识。最终决定设计的时钟除基本功能外，还具有以下扩展功能： 1. 可以显示，设置年，月，日，并且有闰年补偿功能， 2. 可以上下滚动左右滑动显示字符串功能； 3. 可以自定义汉字功能； 4. 可以 232 通讯，显示出字符功能； 5. 具有温度显示功能； 6. 具有断电时间保护功能。 智能仪表课程设计报告 3 第四章 方案设计 第一节 220由于以前参见过电子设计大赛，所以有 220V 9V 电源，我们在起基础上添加了一个 7805 三端稳压管，加之滤波电容，转换成 单 片 机 可 以 用 的 V 电图 4电源转换原理图 第二节时钟和温度部分方案设计 （ 1）方案设计思路 按照系统 的设计功能要求，本时钟温度系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力配合 智能仪表课程设计报告 4 来控制时钟和温度的调整显示。获得时钟温度数据信息，单片机对其进行一系列的处理，最后通过液晶显示出来。 （ 2）时钟系统方案论证 方案 1： 通过单片机内部的定时器 /计数器，用软件实现，直接用单片机 的定时器编程以实现时钟。 方案 2： 用专门的时钟芯片（ 现时钟的记时，再把时间数据送入单片机，由单片机控制显示。虽然用软件实现时钟硬件线路简单，但是程序运行的每一步都需要时间， 多一步或少一步程序都会影响记时的准确度，对定时器定时也不是十分准确，时钟精度很低，对于我们实现所需要的功能造成软件编程非常复杂。用专用时钟芯片硬件成本相对较高，但它的精度很高，软件编程很简单。综上所述，选择方案 2。 图 4 脚图 智能仪表课程设计报告 5 图 4 路原理图 第三节 单片机的选择 对于单片机的选择，如果用 8031 系列，由于它没有内部 统又需要大量内存存储数据，因而不可用； 51 系列单片机的 4K，对于我们设计的系统可能有点小； 52 系列单片机与 51 系列 的结构一样，而 大为 8K，对我们设计系统提供充足的空间进行功能的扩展。再有 51 系列单片机与 52 系列的单片机价格差不多。因此，我们选择 单片机。 第四节 显示器件选择 方案 1：用数码管或点阵 示。 方案 2：用液晶 1602 显示。 方案 3：用液晶 12864 显示。 时钟和温度的显示可以用数码管或 且价格便宜。但是数 智能仪表课程设计报告 6 码管的只能显示简单的设计的系统，与我们设计要求也不相符。有很多东西需要显示，还是用显示功能更好的液晶显示器比较好，它能显示更多的数据，用 1602 液晶 显示数据有限， 1602 不能够显示汉字，只能够显示一些基本的西文字符，显示数据的可读性不好，用可以显示汉字的 12864 液晶显示器还可以增加显示信息的可读性，至于指针的转动则才用 12864 加 步控制，让人看起来会很方便。虽然它们在价格上差距很大，但是 1602 不能够实现我们的要求， 为了可以用键盘调节屏幕亮度，我们用了两个 9014 三极管，当做开关，离散式控制屏幕亮度。 ， ， C 接 20 管脚，控制两个 I/O 口的电压，使 其 作在导通与截止状态，达到开关的作用。 图 4 景光控制原理图 第五节 温度方案选择 方案 1： 用热敏电阻等测温元件测出电压，再转换成对应的温度。需要比较多的外部元件（ A/D 转换）支持，且硬件电路复杂，制作成本相对 智能仪表课程设计报告 7 较高。 方案 2： 用 接测温。 度传感器是美国 导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，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 912 位的数字值读数方式。经比较，我们选择方案 2。 温 度实现只能通过外部的温度传感器来实现。经上网查阅及市场考察， 积小，只有 3 只脚，电路接法简单。C，也符合我们设计的要求。 是我们通常使用的型号，因此温度传感器用 图 4 路原理图 第六节 串口通讯方案选择 根据设计要求，要用 口通讯计算机显示计算机传送地 智能仪表课程设计报告 8 字符，因为我们团队的计算机都是比较新的，没有 样的串口，所以我们用 接线完成电脑与单片机的链接， 单片机方面我们用 个 芯片与计算机链接，串口通讯方面， 着得天独厚的优势，首先不用写驱动程序，只要设置好定时器的工作方式和初值，就可以进行通讯，其次，它的外围硬件电路很简单，使用方便，而且，它的传送准确度很好，不易出错。 图 4 讯电路原理图 智能仪表课程设计报告 9 第五章 性能测试 图 5实际焊接好的电路板图 智能仪表课程设计报告 10 实际的电路板焊接好以后，我们用万用表测量每一条线路是否短路和短路，改正了一些错误后终于，实现了预期效果，在无插芯片的条件下，测量各个脚的电压，看起是否正常。 尔后插入单片机 , 量其数据口，看其是否正常工作，结果工作正常。 图 5数字显示时间界面图 按下做下角的模式选择键，进入时间设置状态，连按或者按左上角的功能选择键进入闹钟和自定义汉字设置界面 智能仪表课程设计报告 11 图 5闹钟和自定义汉字设置界面图 假若五秒按键无操作，系统会自动跳入 24 小时显示的时间显示和汉字滚动界面 图 5时间显示界面和汉字滚动界面图 至此，可以判断出， 分没有问题， 在进行串行口通讯试验，重启单片机和掉电测试后，确 认整个电路板正常工作，软件正常工作。 智能仪表课程设计报告 12 第六章 结果分析 经过各个阶段的测试后，我们的圆满完成了设计方案，完成了这个项目，期间代码一千五百余行，优化的时间就可以再写一次数字钟的程序了，硬件方面从最初的设计，到方案确定，直至调试成功，与软件匹配的很好。 实现的功能有 : 1） 可以显示，设置年，月，日，并且有闰年补偿功能。 2） 可以上下滚动 ,左右滑动显示字符串功能。 3） 可以自定义汉字功能。 4）在 5 秒按键无操作则以 24h（小时）计时方式显示时、分、秒。 5）具有温度显示功能。 6）具有断电时间保护功能。 7）使用按键开关可实现年月日时分秒调整。 8）具有闹钟功能，声光提示。 9）显示汉字可设置。 10）可 232 通讯显示计算机传送字符。 11）屏幕亮度可调。 12）可以直接用 220V 交流电供电。 13）具有秒表功能。 智能仪表课程设计报告 13 第七章 个人工作 个人工作： 在此次的课程设计中，我的任务是以下几部分： 1. 硬件部分：修改电路图，参与硬件调试工作。 2. 软件部分：编写，调试和优化除 有程序。 3. 设计调试方案并进行调试。 智能仪表课程设计报告 14 第八章 设计体会 通过此次课程设计，单片机系统的设计能力有了很大的提高。 因 为以前参见过学校的电子设计大赛，我负责的是硬件，本着全面发展的原则，我这次负责软件，工训的张科曾说过，“数字钟就是软件编程，如果把数字钟的程序变好，以后就没有编不出的程序了”，虽然因为伙伴们的选择，最终没能才加成次培训，但是我还是深深地记住了这句话，在这次课程设计里，我从一开始负责的就是软件，看数据手册，写驱动，调试，优化，每个白天，每个夜晚，我都在全身心的投入其中，终于在开发板上实现了全部功能，先于硬件做出结果，然后由于硬件有错误，我有参与了硬件的调试，和与软件的整合，在这半个月里，我获得了很大的提高，以 前一些不熟悉的知识，方法，现在掌握了，不知道的知识，现在熟悉了，希望以后又更多的机会。 在这次课程设计中，我们团队配合的很好，在开始分工明确，并且经常讨论。 虽然遇到过分歧，但大家各抒己见，进行思想风暴，发现问题，讨论问题，解决问题，我们一次又一次的进行这个工作，终于在我们三名同学的配合下完成了这个课程设计，锻炼了我的团队合作能力 智能