基于单片机89C52定时闹钟的课程设计.doc

前前 言言 20 世纪末 电子技术获得了飞速的发展 在其推动下 现代电子产品几乎渗透了 社会的各个领域 有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高 同时也 使现代电子产品性能进一步提高 产品更新换代的节奏也越来越快 时间对人们来 说总是那么宝贵 工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间 忘记了要做的事 情 当事情不是很重要的时候 这种遗忘无伤大雅 但是 一旦重要事情 一时的耽 误可能酿成大祸 例如 许多火灾都是由于人们一时忘记了关闭煤气或是忘记充电时 间 所以有必要制作一个定时系统 随时提醒这些容易忘记时间的人 而钟表的数 字化给人们生产生活带来了极大的方便 而且大大地扩展了钟表原先的报时功能 诸 如定时自动报警 按时自动打铃 时间程序自动控制 定时广播 定时启闭电路 定 时开关烘箱 通断动力设备 甚至各种定时电气的自动启用等等 所有这些 都是以 钟表数字化为基础的 因此 研究数字钟及扩大其应用 有着非常现实的意义 随着生活水平的提高 人们越来越追求人性化的事物 传统的时钟已不能满足人 们的需求 而现代的时钟不仅需要模拟电路技术和数字电路技术而且更需要单片机技 术 增加数字钟的功能 利用软件编程尽量做到硬件电路简单稳定 减小电磁干扰和 其他环境干扰 减小因元器件精度不够引起的误差 但是数字钟还是可以改进和提高 如选用更精密的元器件 但与机械式时钟相比已经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 因此得到了广泛的使用 数字钟通过数字电路实现时 分 秒 数字显示的计时装置 广泛用于个人家庭 车站 码头办公室等公共场所成为人们日常生活中不可少的必需品 由于数字集成电 路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用 使得数字钟的精度远远超过老式钟表 多功能数字钟的应用非常普遍 由单片机作为数字钟的核心控制器 通过它的时 钟信号进行实现计时功能 将其时间数据经单片机输出 利用显示器显示出来 通过 键盘可以进行校时 定时等功能 输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管来显 示技术 本系统利用单片机实现具有计时 校时等功能的数字时钟 是以单片机 STC89C52 为核心元件同时采用 LCD1602 显示 时 分 秒 的现代计时装置 另 外具有校时功能 秒表功能 定时器功能和继电器控制外围电路功能 利用单片机实 现的数字时钟具有编程灵活 便于功能的扩充等优点 目目 录录 前前 言言 1 1 摘摘 要要 I I 第第 1 1 章章 课题的背景课题的背景 1 1 1 1 课题的来源 1 1 2 课题研究的目的和意义 1 1 3 应解决的主要问题及达到的技术要求 2 第第 2 2 章章 方案的选择和论证方案的选择和论证 3 3 2 1 单片机型号的选择 3 2 2 按键的选择 3 2 3 显示器的选择 3 2 4 计时部分的选择 3 2 5 发音部分的设计 4 2 6 显示器驱动电路 4 2 7 电源的选择 4 第第 3 3 章章 数字电子钟的设计原理和方法数字电子钟的设计原理和方法 5 5 3 1 设计原理 5 3 2 硬件电路的设计 5 3 2 1 STC89C52 单片机简介 5 3 2 2 键盘电路的设计 6 3 2 3 时钟电路 6 3 2 4 蜂鸣器驱动电路 6 3 2 5 继电器电路 7 3 2 6 LCD1602 电路 7 3 2 7 复位电路 8 3 3 软件部分的设计 8 3 3 1 主程序部分的设计 8 总总 结结 1111 附附 录录 1212 摘摘 要要 单片机自 20 世纪 70 年代问世以来 以其极高的性能价格比 受到人们的重视和 关注 应用很广 发展很快 而 51 单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一 种 本设计以 STC89C52 芯片为核心 辅以必要的外围电路 设计了一个结构简单 功能齐全的电子时钟 它由 5V 直流电源供电 在硬件方面 除了 CPU 外 使用 LCD1602 来进行显示 软件方面采用 C 语言编程 整个电子钟系统能完成时间的显示 调时 校时和三组定时闹钟的功能 选用单片机最小系统应用程序 添加比较程序 时间调整程序及蜂鸣程序 通过 时间比较程序触发蜂鸣 实现闹钟功能 完成设计所需求的软件环境 介绍并使用 Keil 单片机模拟调试软件 测试程序的可行性并用 Proteus 进行仿真 关键词 关键词 单片机 定时器 中断 闹钟 LCD1602 1 第第 1 章章 课题的背景课题的背景 1 1 课题的来源课题的来源 随着生活水平的提高 人们越来越追求人性化的事物 传统的时钟已不能满足人 们的需求 现代的时钟不仅需要模拟电路技术而且需要数字电路技术和单片机技术 增加时钟的功能 数字电子钟可利用软件编程尽量做到硬件电路简单稳定 减小电磁 干扰和其他环境干扰 减小因元器件精度不够引起的误差 尽管如此数字钟还是可以 改进和提高 比如选用更精密的元器件 但与机械式时钟相比已经具有更高的准确性 和直观性 且无机械装置 具有更长的使用寿命 因此得到了广泛的使用 1 2 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 20 世纪末 电子技术获得了飞速的发展 在其推动下 现代电子产品几乎渗透了 社会的各个领域 有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高 同时也 使现代电子产品性能进一步提高 产品更新换代的节奏也越来越快 时间对人们来 说总是那么宝贵 工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间 忘记了要做的事 情 当事情不是很重要的时候 这种遗忘无伤大雅 但是 一旦重要事情 一时的耽 误可能酿成大祸 例如 许多火灾都是由于人们一时忘记了关闭煤气或是忘记充电时 间等造成的 而钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便 数字钟是通过数字 电路实现时 分 秒数字显示的计时装置 广泛用于个人家庭 车站 码头办公室等公 共场所 成为人们日常生活中不可少的必需品 由于数字集成电路的发展和石英晶体 振荡器的广泛应用 使得数字钟的精度 远远超过老式钟表 钟表的数字化给人们生产 生活带来了极大的方便 而且大大地扩展了钟表原先的报时功能 诸如定时自动报警 按时自动打铃 时间程序自动控制 定时广播 自动起闭路灯 定时开关烤箱 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 研究数字钟及扩大其应用 有着非常现实的意义 2 1 3 应解决的主要问题及达到的技术要求应解决的主要问题及达到的技术要求 使用 STC89C52 单片机结合字符型 LCD 显示器设计一个简易的定时闹钟 LCD 时钟 若 LCD 选择有背光显示的模块 在夜晚或黑暗的场合中也可使用 定时闹钟的基本功 能如下 1 同时设置一个夜晚的全芯片休眠功能 当定时时间到后 激活单片机同时启动报 警 以起到一个节能的作用 2 显示格式为 时时 分分 3 由 LED 闪动来做秒计数表示 4 一旦时间到则发出声响 同时继电器启动 可以扩充控制家电开启和关闭 5 程序执行后工作指示灯 LED 闪动 表示程序开始执行 LCD 显示 00 00 按下 操作键 K1 K4 动作如下 K1 设置现在的时间 K2 显示闹钟设置的时间 K3 设置闹铃的时间 K4 闹铃 ON OFF 的状态设置 设置为 ON 时连续三次发出 哗 的一声 设置为 OFF 发出 哗 的一声 设置当前时间或闹铃时间如下 K1 时调整 K2 分调整 K3 设置完成 K4 闹铃时间到时 发出一阵声响 按下本键可以停止声响 3 第第 2 章章 方案的选择和方案的选择和论证论证 2 1 单片机型号的选择单片机型号的选择 通过对多种单片机性能的分析 最终认为 STC89C52 是最理想的电子时钟开发芯 片 STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗 高性能 CMOS8 位微控制器 具有 8K 在 系统可编程 Flash 存储器 STC89C52 使用经典的 MCS 51 内核 但做了很多的改进使 得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能 在单芯片上 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系 统可编程 Flash 使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活 超有效的解 决方案 2 2 按键的选择按键的选择 方案一 4 4 矩阵式键盘 如果选择此方案 那么在修改时钟或设置闹铃时间时 就可以直接从键盘输入 方便 快捷 但程序较为复杂 方案二 独立式按键 如果设置过多按键 将会占用较多 I O 口 而且会给布线 带来不便 因此 此方案适用于按键较少的情况 如果选择此方案 由于按键较少 在修改时间或设置闹铃时间时就不能直接输入 只能通过加或减完成 稍为麻烦一些 但其程序简单 由于并不需要经常修改时间和设置闹铃时间 而且方案二的程序简单 按键少 成本低 因此 选择方案二 2 3 显示器的选择显示器的选择 方案一 液晶显示器 如果选择此方案 将会降低系统的功耗 这样就可以用电 池供电 便于携带 但液晶显示器的驱动电路复杂 使用起来有一定的难度 方案二 用数码管作为显示器 数码管的驱动电路简单 使用方便 其缺点是功 耗较大 由于液晶显示器功耗低 显示的内容灵活 因此选择方案一 2 4 计时部分的计时部分的选择选择 如果使用时钟芯片 系统就不怕掉电且时间精确 但这种芯片比较贵 况且 设 计本系统主要是为了学习单片机程序的编写和调试以及设计硬件电路的一些方法 因 此采用软件的方法来计时而没有采用价格较高的时钟芯片 4 2 5 发音部分的设计发音部分的设计 通过三极管放大后驱动蜂鸣器工作 2 6 显示器驱动电路显示器驱动电路 采用 LCD1602 显示所需显示的字符 需要用电位器调节背光 2 7 电源的选择电源的选择 如果是用电池供电 就比较方便携带 但需要经常更换电池 况且 本系统的体 积较大 即使使用电池供电也不能随身携带 因此 用电池供电不大合适 所以用 5V 外部稳压电源来供电 5 第第 3 章章 数字电子钟的设计原理和方法数字电子钟的设计原理和方法 3 1 设计原理设计原理 系统原理图 图 3 1 系统原理图 3 2 硬件电路的设计硬件电路的设计 3 2 1 STC89C52 单片机简介单片机简介 STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗 高性能 CMOS8 位微控制器 具有 8K 在 系统可编程 Flash 存储器 STC89C52 使用经典的 MCS 51 内核 但做了很多的改进使 得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能 具有以下标准功能 8k 字节 Flash 512 字节 RAM 32 位 I O 口线 看门狗定时器 内置 4KB EEPROM MAX810 复位电路 3 个 16 位定时器 计数器 4 个外部中断 一个 7 向量 4 级中断结构 兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构 全双工串行口 STC89C52 晶振 按键 晶振 LCD1602 蜂鸣器 继电器 6 3 2 2 键盘电路的设计键盘电路的设计 键盘采用 4 个独立按键实现对时钟和闹钟的设定及修改 3 2 3 时钟电路时钟电路 单片机的时钟产生方法有两种 内部时钟方式和外部时钟方式 本系统中 STC89C52 单片机采用内部时钟方式 最常用的内部时钟方式是采用外接晶体和电容组 成的并联谐振回路 振荡晶体可在 1 2MHz 12MHz 之间 电容值无严格要求 但电容 取值对振荡频率输出的稳定性 大小和振荡电路起振速度有少许影响 一般可在 20pF 100pF 之间取值 3 2 4 蜂鸣器驱动电路蜂鸣器驱动电路 发音部分是通过三极管放大驱动蜂鸣器工作 当闹钟开启时响三声 闹钟关闭时 响一声 7 图 3 6 蜂鸣器驱动电路 3 2 5 继电器电路继电器电路 当单片机的引脚输出高电平时 三极管截止 继电器线圈两端没有电位差 继电器衔 铁释放 同时状态指示的发光二极管也熄灭 继电器的常开触点释放 相当于开关断 开 在三极管截止的瞬间 由于线圈中的电流不能突变为零 继电器线圈两端会产生 一个较高电压的感应电动势 线圈产生的感应电动势则可以通过二极管 IN4148 释放 从而保护了三极管免被击穿 也消除了感应电动势对其他电路的干扰 这就是二极管 的保护作用 3 2 6 LCD1602 电路电路 8 3 2 7 复位电路复位电路 复位电路工作原理如上图所示 VCC 上电时 电容充电 在电阻上出现电压 使 得单片机复位 几个毫秒后 电容充满 电阻上电流降为 0 电压也为 0 使得单片 机进入工作状态 工作期间 按下按键 电容放电 松手 电容又充电 在电阻上出 现电压 使得单片机复位 总电路图总电路图 3 3 软件部分的设计软件部分的设计 3 3 1 主程序部分的设计主程序部分的设计 主程序流程图如下图 3 7 9 是 图 3 7 主程序流程图 4 个按键每个都具有两个功能 以最终实现菜单化的输入功能 采用通过逐层嵌 套的循环扫描 实现嵌套式的键盘输入 当到达所设定的时间之后 蜂鸣器发出声音 并且继电器启动 以此控制连接的外围器件 要达到按键具有多个功能 需在程序内设置变量 当按键按下与变量的值同时满 足实现一个功能 不同时满足时实现另一个功能 开始 初始化设置 与闹钟时间相同 显示时间 蜂鸣器响 继电器开启 否 10 第第 4 章章 实验结果实验结果 此电子闹钟设计是先利用 Proteus 仿真软件进行仿真 实现了课程设计要求实现 的功能 然后在使用 AltiumDesigner 绘制原理图和 PCB 图 3 14 运行仿真图 实际电路运行图 11 总总 结结 通过自己的不懈努力 我完成了单片机课程设计上的任务要求 功能上达标 时 钟的显示 调时功能 校时功能 闹铃功能 闹钟设功能 其精确度完全可以满足日 常生活显示时间的需要 调时功能 方便快捷 校时功能保证了时钟准确和可靠性 通过继电器可以扩展多种外围电路的可能 硬件设施合乎要求 软件设计可以配合硬 件实现要求的功能 可见技术在不断进步 机械式时钟已经被淘汰 取而代之的是具有高度准确性和 直观性且无机械装置 具有更长的使用寿命等优点的数字时钟 数字时钟更具人性化 更能提高人们的生活质量 更受人们欢迎 无可否认机械时代已经过去 电子时代已经到来 做为新时代的我们 更应该提 高自身能力 适应新时代的发展 知识来自实践 多去生活中探询所需要的 对于上 述所提到的研究课题 我们应尽量考虑到人的因素 增强时钟的实用性和操作性 为 使用者提供切实的方便 营造一种舒适的生活氛围 所以 在设计的时候 应该从多 方面 多角度去考虑问题 而且应该进一步提高时钟的质量 另外 在本次设计的过程中 我发现很多的问题 虽然以前没有做过这样的设计 但通过这次设计我学会了很多东西 单片机课程设计重点就在于软件算法的设计 需 要有很巧妙的程序算法 虽然以前写过几次程序 但我觉的写好一个程序并不是一件 简单的事 比如写一个程序看其功能很少认为编写程序简单 但到编程的时候才发现 一些细微的知识或低级错误经常犯做不到最后常常失败 所以有些东西只有学精弄懂 并且要细心才行 只学习理论有些东西是很难理解的 更谈不上掌握 从这次的课程设计中 我们真真正正的意识到 在以后的学习中 要理论联系实 际 把我们所学的理论知识用到实际当中 学习单机片机更是如此 程序只有在经常 的练习的过程中才能提高 我想这就是我在这次课程设计中的最大收获 12 附 录 相关的程序代码 相关的程序代码 include include define uint unsigned int define uchar unsigned char define LCD1602 DB P0 uchar code table CurrentTime uchar code table1 00 00 00 uchar key1Flag 0 uchar key2Flag 0 uchar key3Flag 0 uchar key4Flag 0 uchar temp 0 uchar sec 0 uchar min 0 uchar hour 0 uchar clkHour 0 uchar clkMin 0 uchar clkFlag 0 uchar beepNum 0 uchar relayFlag 1 sbit LCD1602 RS P2 0 数据 命令选择端 电平 H L sbit LCD1602 RW P2 1 数据 命令选择端 电平 H L sbit LCD1602 E P2 2 使能信号 sbit Key1 P1 0 sbit Key2 P1 1 sbit Key3 P1 2 sbit Key4 P1 3 sbit Led P2 4 13 sbit Speaker P2 5 sbit Relay P2 3 void Delay1ms 12 000MHz unsigned char i j i 12 j 169 do while j while i void Delay20ms 12 000MHz unsigned char i j k nop nop i 1 j 234 k 113 do do while k while j while i void Beep Speaker 0 14 Delay20ms Speaker 1 void LcdWaitReady unsigned char sta LCD1602 DB 0 xFF LCD1602 RS 0 LCD1602 RW 1 do LCD1602 E 1 sta LCD1602 DB LCD1602 E 0 while sta void LcdWriteCmd unsigned char cmd LcdWaitReady LCD1602 RS 0 LCD1602 RW 0 LCD1602 DB cmd LCD1602 E 1 LCD1602 E 0 void LcdWriteDat unsigned char dat LcdWaitReady LCD1602 RS 1 LCD1602 RW 0 LCD1602 DB dat 15 LCD1602 E 1 LCD1602 E 0 void LcdSetCursor unsigned char x unsigned char y unsigned char addr if y 0 addr 0 x00 x else addr 0 x40 x LcdWriteCmd addr 0 x80 void LcdShowStr unsigned char x unsigned char y unsigned char str LcdSetCursor x y while str 0 LcdWriteDat str void InitLcd1602 LcdWriteCmd 0 x38 LcdWriteCmd 0 x0C LcdWriteCmd 0 x06 LcdWriteCmd 0 x01 void WriteAddress uchar x LcdWriteCmd 0 x80 x void DisplayMinTens 显示分十位 WriteAddress 0 x49 16 LcdWriteDat min 10 0 Delay1ms void 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