毕业设计（论文）-智能时钟的设计.doc

温州大学瓯江学院本科毕业论文温州大学瓯江学院wenzhou university oujiang college本科毕业设计（论文）( 2010届)题 目： 智能时钟的设计 专 业： 电子信息工程 班 级： 06电工本一 姓 名： 郑州 学 号： 指导教师： 职 称： 副教授 完成日期： 2010年5月25日 - 15 -摘 要（宋体四号居中加粗，之间空1个汉字）（五号字空一行）电子技术飞速发展，被普遍地应用于生活和生产的各个领域。而智能时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时钟精确、体积小、成本低、可扩展性强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。本设计应用单片机at89s52芯片作为核心，7位led数码管显示，2*2键盘控制，使用ds12887实时时钟日历芯片，能实现时钟日历显示的功能，能进行时、分、秒的显示。这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，操作简单，编程容易等。（五号宋体，1.25倍行距）（空一行）关键词：单片机；智能时钟；ds12887abstract（new time roman四号加粗居中）（五号字空一行）the rapid development of electronic technology is widely used in various fields of life and production. and the smart clock is using electronic technology to make clock computerization, the digitization, with the clock precision, small size, low cost, scalable performance and other characteristics, is widely used in life and job. this design application at89s52 chip as a core chips, 7 led digital displaying, 2 * 2 keyboard controlling, using the ds12887 real time calendar clock chip, can achieve clock calendar displaying function, can display hours, minutes, seconds. this method has the advantage of being simple circuit, reliable performance, good real-time, simple operation, easy programming and so on. （五号new time roman,1.25倍行距）（五号字空一行）key words: single chip microcomputer; smart clock; ds12887目 录（宋体小三加粗居中，之间空2个汉字）（五号空一行）1 绪论（一级标题居中，小三宋体）- 1 -1.1 前言（二级标题顶格，四号宋体）- 1 -1.2 智能时钟研究的背景与意义- 1 -1.3 设计任务- 1 -2 智能时钟总体设计方案- 2 -2.1 系统总体方案设计- 2 -2.2 主控芯片简介- 2 -2.2.1 单片机的发展及趋势（三级标题顶格，小四号宋体）- 2 -2.2.2 51系列单片机的主要特点- 3 -3.1.3 时钟模块硬件设计- 4 -3.2 按键电路- 5 -4 电子时钟软件设计- 6 -4.1 主程序设计- 6 -4.2 子程序设计- 7 -4.2.1 实时时钟芯片程序设计- 7 -4.2.2 led显示程序设计- 7 -5 系统调试- 9 -5.1 软件调试- 9 -6 结论- 10 -致谢- 11 -参考文献（四号宋体加粗，同2级标题）- 12 -附录 原理图（四号宋体加粗，同2级标题）- 13 -附录 元器件清单附录 源程序清单- 14 -附录 源程序清单- 15 -（页码居中，中英文摘要和目录页码用、，正文页码用-1- 、-2-，封面没有页码和页眉，其余页眉为“温州大学瓯江学院本科毕业论文”，小五宋体）1 绪论（一级标题居中，小三宋体）（五号空一行）1.1 前言（二级标题顶格，四号宋体）时间在人类的生产、生活中是必不可少的元素，如果一个社会对时间没有概念，那么这个社会将不会像如今这般的发达和进步。从古代的水漏、十二天甘地支，到后来的机械钟表和如今的石英表，都体现了人类对时间观念的重视，同时也代表着科技的进步。对计时器的研究就有着其重要的意义。（全文小四，中文宋体，英文及其字符times new roman，行距1.25倍）1.2 智能时钟研究的背景与意义 随着时代发展，电子技术也在不断地发展。可以毫不夸张的说，电子技术的在生活和生产的应用无处不在，电子技术正在不断地改变我们的生活，改变着我们的世界。在现今这个节奏的社会里，时间对每个人来说都是相当宝贵，一旦遇到重要的事情而忘记了时间，这将会带来很大的烦恼。因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人。而传统的时钟已不能满足人们的需求，数字电子钟的出现给人们的生活带来诸多方便。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。单片机应用中最常见的是数字时钟，数子时钟是一种采用数字电路实现时间数字显示的计时装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此被广泛用于个人家庭、饭店、办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可或缺的生活用品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字时钟的计时精度远远超过老式钟表，而且还可扩展除钟表原先的报时功能外的其他功能，例如定时自动报警、按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.3 设计任务本设计主要任务是以单片机为主控芯片来进行软件控制，能正常显示时间和日期，以致能达到万年历的功能。其中为了达到精确计时，则通过采用ds12887时钟芯片来实现精确计时，而且用22键盘和6位数码显示器提供友好的人机交互。主要技术指标：（1）显示并能调整年、月、日；（2）显示并能调整时、分、秒；（3）调整位能闪烁。2 智能时钟总体设计方案2.1 系统总体方案设计本系统是以单片机为核心，以来控制整个智能时钟系统的运行，其中包括精确的计时，时间和日期的显示，时间和日期数据的修改。系统模块如图所示： 单片机控制器时钟芯片显示模块按键电路电源图2-1 智能时钟硬件框图（图、表、公式号用2-1，2-2，第一位代表章，第二位代表这章中的图、表、公式等排序，图表居中，公式号向右对其，图表号五号宋体，图表内字体小五宋体）软件部分则通过keil软件，用汇编程序语言来实现智能时钟的主要功能，并通过isp下载程序。2.2 主控芯片简介2.2.1 单片机的发展及趋势（三级标题顶格，小四号宋体）在计算机应用控制领域上，如工业控制、汽车、家电等很多控制场合，对控制系统的要求都比较苛刻。例如需要智能高、体积小、成本低、功耗低、抗干扰能力强和可靠性高。不仅传统电气设备无能为力，一般应用性pc机也不能胜任。在这个背景下，单片机的设想才逐渐成型。单片机就是将计算机的几个基本组成部分集成在单一的芯片上，体积相对较小，很好地满足了对控制系统体积的要求。自从1975年美国德克萨斯公司开发生产出第一台单片机tms-1000以来，单片机经历了4位8位16位32位的发展过程。最有代表性的intel公司先后推出了三个系列：mcs-48系列8位单片机、mcs-51系列高档8位单片机、mcs-96/98系列16位单片机。很多控制场合并不需要单片机去完成复杂的数学计算，因此单片机在生产工艺上进行了简化，降低了制造成本。同时采用大批量生产，成本进一步降低。从目前市场上来看，其价格一般都在几元到几十元之间。未来单片机技术的发展趋势将以8位单片机主流，并大力发展专用单片机。很多单片机生产厂家充分考虑到用户的需求，将一些常用的功能部件，如adc（模/数转换器）、dac（数/模转换器）、pwn（脉冲产生器）以及lcd（液晶）驱动器等集成到芯片内部、尽量做到单片化；同时，用户还可以提出要求，由厂家为其量身定做（soc设计）或自主设计。另外，随着科技发展，程序存储器的容量将进一步扩大。当存储空间足够大时，可嵌入一些软件（如平台软件、虚拟外设软件、系统诊断管理软件等）以提高系统开发效率1。2.2.2 51系列单片机的主要特点51系列单片机生产厂家非常多，型号也非常丰富。但总的来说，51系列的单片机开发平台都可以用keil，编程软件都可以用a51和c51。所不同的是，不同厂家和型号的产品，在外设和下载方式上不同。比如atmel公司的89c51和89s51，89s51兼容89c51，不同的是89c51可以用isp下载方式，而89c51不能。51系列单片机的特点有以下几个方面：（1） 集成度高、体积小、有很高的可靠性；（2） 控制功能强；（3） 低功耗、低电压，便于生产便携式产品；（4） 外部总线增加了i2c、spi等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构；（5） 单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。寄存器a/b/c/d控制字格式如表3-1所示： 表3-1 寄存器a/b/c/d控制字格式寄存器bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0寄存器auipdv2dv1dv0rs3rs2rs1rs0寄存器bsetpieaieuiesqwfdm24/12dse寄存器cirqfpfafuf0000寄存器dvrt0000000ds12887有128个ram 单元。其中4 个单元用作控制寄存器，10个单元用作存放时钟字节，114 字节为通用ram。其主要寄存器如下：ds12887内部寄存器a：uip=l：更新已到，不能读/写dsl2887；uip=0：更新末到，能读/写ds12887。dv2、dv1、dv0应设置为010，表示打开晶振，允许计时。rs3、rs2、rs1、rs0为方波频率选择位，产生方波周期中断。ds12887内部寄存器b：set=0：时间更新正常进行，每秒计数1次；set=1：禁止更新，程序可初始化时间和日历。pie=l：允许周期中断；pie=0：禁止周期中断。aie=1：允许报警中断；aie=0：禁止报警中断。uie=1：允许更新结束中断；uie=0：禁止更新结束中断。sqwe 为方波允许位。sqwe=1：将rs3、rs2、rs1、rs0选定的方波输出。dm=1：bcd码；dm=0：二进制。该位不受复位信号影响。24/12：1 表示24小时制；0 表示12小时制。dse为夏时制允许位。dse=l：采用夏时制；dse=0：不采用夏时制。ds12887内部寄存器c：irqf为中断申请标志。pf为方波周期中断标志。pf=1：方波周期结束，申请中断。af为闹铃中断标志。af=1：当前时间与闹铃时间匹配时即刻申请中断。uf为更新周期结束中断标志。uf=1：更新周期结束时申请中断。ds12887内部寄存器d：vrt为内部锂电池状态。vrt=1：锂电池正常；vrt=0：锂电池耗尽11。3.1.3 时钟模块硬件设计stc89c52rc单片机控制并读取ds12887的时钟信号。ds12887的ad0ad7地址/数据总线接同样具有地址和数据复用功能的p0口，这样可以直接从ds12887读取数据；ds12887的时钟则由stc89s52rc的ale引脚的方波提供，其ds和r/w分别与stc89s52rc的rd和wr相连；其片选端由stc89s52rc的p2.6脚控制，低电平选中；mot接地则表示选用intel时序。状态寄存器的参数设置如下：状态寄存器a置为20h，它表示采用的时钟频率为32768hz，禁止脚sqwf输出；状态寄存器b置为22h,它表示允许报警中断，禁止其他中断，为24小时模式，时标寄存器内容用bcd码表示，禁止方波输出和夏令时服务。时钟模块硬件电路图：图4-1 ds12887时钟芯片接线图3.2 按键电路在键盘接口设计上，可通过触点式开关把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系，在按键的按下或释放时，由于机械弹性作用，通常伴随有一定时间的触点抖动。消除抖动引起的误判，有2种方法，一种采用硬件电路，如采用rc滤波电路、双稳态触发器或单稳态触发器等。另一种就是采用软件延时消除抖动，其原理是当cpu检测到有按键按下时，延时约1020ms，再一次查询确认该键是否按下。单片机与键盘的连接方式有四种：直接输入方式、矩阵式输入方式、a/d输入方式、译码器扩展输入方式。4 电子时钟软件设计stc89c52rc单片机可以用汇编语言和c语言进行编程。汇编语言与机器指令一一对应，所以用汇编语言编写的程序在单片机里运行起来效率较高，而且对于时钟芯片数据的读写上，所用到的语句比较简单易懂。而c语言程序可读性高，更便于理解。本设计使用汇编语言编程。4.1 主程序设计第一次开机，系统进行初始化，led显示时钟芯片的初始时间，并开始运行。如果这个时候按下s1键，会显示当前初始化日期，由于ds12887有掉电保护功能，初始化芯片数据则是在程序运行的第一次需要给予初始时间和日期，之后就让时钟芯片自动计时。当此时按下s2键，则闪烁要调整的时间和日期位，提醒用户当前可调整位。而s3和s4键用来实现给数据加一和减一的功能。单片机依次调用ds12887子程序、led显示子程序、键盘扫描子程序，经过延时子程序返回程序开头循环运行。开始初始化ds12887子程序led显示子程序键盘扫描子程序延时子程序主程序流程图如下：图4-1 主程序流程图4.2 子程序设计4.2.1 实时时钟芯片程序设计本设计对ds12887采用每天24小时制的非夏令时，时间数据格式为二进制码，初始化时间为2010年1月1日00时00分00秒，1k方波输出。ds12887采取连续工作制，一般无需每次都初始化，即使是系统复位时也如此。但初始化时，首先应禁止芯片内部的更新周期操作。所以，应先将ds12887状态寄存器b中的set位置1，然后初始化00h09h时标参数寄存器和状态寄存器a。此后，再将状态寄存器b中的set位置0，芯片开始计时工作14。ds12887初始化的部分汇编语言程序如下：initds： mov a,#20h ；开启时钟 mov dptr,#200ahmovx dptr,a mov a,#06h ；二进码模式,24小时制 mov dptr,#200bh movx dptr,a ret智能时钟的计时功能主要是通过单片机对ds128875时钟芯片数据的读与写操作。而其中读取ds12887的数据通常有中断和查询两种方法。但在读数据时，首先要判断数据是否更新结束，只有在数据更新结束时数据读出才有效。（1） 采用查询法读取数据：查询寄存器a的uip位，当uip=0时，数据更新结束，可以读出。以下是采用查询方法，查询其uip位的程序。mov dptr,#200ahwait: movx a,dptr jb acc.7,wait（2） 采用中断法读取数据：当ds12887发出中断请求，单片机可以相应中断而读取日历数据。对于更新结束中断，中断时更新结束，数据有效，可以直接读取日历数据；对闹钟中断和周期中断也需查询寄存器a的uip位，当uip=0时，数据更新结束，再读出日历时钟，在244um内标志位不会发生变化，所以可以利用这段时间来完成数据的读出11。由于程序编写简单易懂，所以本次程序设计采用查询方式来读取数据。关于程序写入与读出类似，这里不再详细介绍，请见附录b4.2.2 led显示程序设计用npn三极管驱动led数码管动态显示电路，p2.0p2.5控制数码管段位，编程就是利用人视觉的暂留性，不断地轮流输出每个数码管位的数据，达到不闪烁的效果，编程上还是比较简单的。其难点就在于能在六位的数码管里分别显示秒、分、时和日、月、年，这里采用了两个显示子程序的办法，也就是说一个显示程序只用来显示秒、分、时，而另一个就单独来显示日、月、年，所以在有需要的时候就分别调用这两个显示子程序。另外，就是显示中闪烁的功能。常用的方法是利用单片机的中断产生方波来达到闪烁的功能，而本次设计则采用不断调用几个显示子程序来达到闪烁的效果，如当要闪烁秒位时，则调用完整的显示子程序一段时间，然后再调用缺少秒位的显示子程序一段时间，这样就达到了闪烁的效果。而整个闪烁程序是通过扫描一个标志位来实现的，标志位则是由按键控制。5 系统调试调试工作可分硬件调试和软件调试两个部分，调试方法如下：首先，硬件调试主要是先制作硬件电路板，然后用万用表等工具对电路检查，最后应用程序进行功能调试。硬件调试比较费时，需要细心和耐心，也需要熟练掌握电路原理。然后，用仿真软件进行软件调试，比如单片机c51编辑软件keil，该软件提供一个集成开发环境uvision，它包括c编辑器、宏编辑器、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器。通过编译、运行，可以检查程序错误。但应用此方法，仍需要十分了解所使用元器件的工作方式和管脚连接方式。5.1 软件调试 本次设计则是直接完成电路的硬件设计，出现的硬件问题几乎没有，主要在软件的程序上进行调试。在软件调试过程中，曾遇到以下问题：（1） 当硬件初次开机的时候，发现led亮度不够均匀。进行分析，是程序设里面对显示程序的延时不够造成的。（2） 在调试按键的时候，当一按下任意一个按键，系统显示的就处于定格状态，再按下按键则没有任何反应。查询程序，由于在延时和循环程序里，对rx寄存器重复使用造成的，经过合理分配使用，问题解决。（3） 由于本硬件设计中，对p0是复用的状态，显示程序的段码和时钟芯片的数据，都是通过p0传输的。在编程中，忽略了关闭另个数据的通信，导致显示有余光的状态。6 结论通过本次设计，对单片机的内部模块更加熟悉，使用上也更加的清晰，对于今后用单片机设计产品提供了极大的帮助，并且培养了良好的编程习惯，对子程序命名的规范，和对寄存器的使用上，有了一定的良好意识。实现电子时钟的方法有很多，这个设计只是其中的一种。而且市场上的实时时钟芯片种类繁多，再加上显示的硬件电路