基于单片机的数字时钟设计要点

1、吉首大学信息科学与工程学院课程设计报告书课程单片机课程设计报告书课题：基于单片机的数字时钟设计姓 名： 谭志鹏唐俊梁宏钟振华魏浩学号： 201520063专 业：电子信息工程年级：2013 级电子一班指导教师：典力基地指导教师：胡力2015 年 11 月 12i基于单片机的数字时钟设计【摘 要】 随着现代化进程的高速发展，人们生活水平的提高。现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到

2、秒。而机械式的依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。基于单片机的数字钟设计是采用数字芯片 DS1302实现对“年”、“月”、“日”、“时”、“分”、“秒”“星期”数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。数字钟是其小巧， 价格低廉， 走时精度高， 使用方便， 功能多， 便于集成化而受广大消费的喜爱，因此得到了广泛的使用。【关键词】 单片机；DS1302； DS18B2；0 LCD151、 设计要求与 方案论证 41.1 设计要求 41.2 系统基本方案的选 择与论证 41.3 智 能楼宇模型设计方案的设计 52、 、元器件简介 62.1 CPU 介 绍 62.2 NRF24L01

3、 概述 错误！ 未定义书签 。2.3 DHT11 概述 62.4 HC-SR501 人 体 感应模块 概述 错误！未定义书签。2.5 SQ-2 烟雾检 测模 块概述 错误！未定义书签。2.6 红 外 对 管 介 绍 错误！未 定 义 书 签。2.7 28BYJ48 步 进 电 机 概 述 错 误！未 定 义 书 签。2.8 12864 LCD 概述 73、 电路 （硬 件）设计 83.1 设 计 原 理 83.2 电 路 原 理 图 83.3 作 品 实 物 图 84、 程序 （软 件）设计 115、 、装配与调试 116、 总结 117、 致谢 11附： 源程序 12一、设计要求与方案论证在

4、明确设计成品所需实现功能的基础上，力争实现以最快、成本低、功能稳定完成项目的设计。1.1 设计要求智能楼宇模型实现的功能主要有以下几个方面： 年月日显示功能 时分秒显示功能 星期显示功能 实时温度检测功能 年月日时分秒调节功能1.2 系统基本方案的选择与论证本智数字时钟的设计涉及到的设计方案主要体现为以下几个方面：CPUte型论证方案一：采用STC系列单片机为主控芯片单片机( Single chip microcomputer )是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、 随机存储器RAM、 只读存储器ROM多种I/O 口和中断系统、定时器/计数器等功

5、能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、 A/D 转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。操作简单易懂，从上世纪 80 年代，由当时的 4 位、 8 位单片机，发展到现在的 300M 的高速单片机，在便携普遍的产品中应用较为广泛。方案二：采用DSPE片作为主控芯片DSP又名为数字信号处理器，主要应用在数字信号号处理的领域。现已广泛应用于大数据处理，广泛应用于便携式仪表、雷达、图像、航空以及医疗设备等领域。方案三：采用EDA平台来设计EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDAa件平台上，用硬件描述语言VHDL 完成设计文件，然

6、后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布 局、 布线和仿真， 直至对于特定目标芯片的适配编译、 逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。综上方案论证，最终决定选用方案一采用STC 系列单片机为主控芯片作为项目设计。温度传感器选型论证方案一：温湿度测量分开检测，室内温度检测采用DS18B20数字温度传感器进行检测，室内湿度检测采用 DHT11温湿度传感器进行检测。方案二：温湿度检测采用集温度测量、湿度测量为一体的数字式温湿度传感器DHT1俅测量。综合整体方案的设计，以及温湿度的测量精度方面没有特别高的要求，最终决定

7、采用高精度DS18B20度传感器DHT11为温湿度检测传感器，故而采用方案一。显示器选型论证方案一：采用数码管进行数据显示led 数码管（ LED Segment Displays ）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成 8 字形构成的， 加上小数点就是8 个。 显示比较单一，只能显示数字以及部分英文字母。方案二：采用LCD1602a行数据显示工业字符型液晶，能够同时显示16x02 即 32 个字符（ 16 列 2 行） 。内部的字符发生存储器（CGROW经存储了 160个不同的点阵字符图形，显示

8、数据也比较单一。方案三：采用LCD12864!行数据显示带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式， 内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128X64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块 灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8X4行16X16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特 点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液

9、晶模块。本数字时钟的显示界面， 可以显示出中文字体、 测量数据的数字式等多项显示，而在三个方案中也只有方案三满足条件， 故而我们采用方案三 12864 作为显示模块。1.3 数字时钟的设计方案的设计主要是通过以STC89C5印片机为主控芯片为基础的模块。基于单片机的数字钟设计是采用数字芯片DS1302实现对“年”、“月”、“日”、“时”、“分”、“秒” “星期”数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。在这次设计中，我们采用LCD128641晶显示时、分、秒，以24小时计时方式，以液晶并口方式进行通信与数据传输来进行显示，单片机采用 12MHz勺晶振。在此次设计 中，电路具有

10、显示年月日时分秒时间的其本功能，另外还有采取 DS18B20!行实时 温度测量，以及实时显示，同时还可以实现对时间的调整。二、元器件简介2.1 CPU介绍单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器， 实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、 复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 单片机也被称为微控制器(Microcontroler )，是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU

11、的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU1成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当 中。图一2.2 DS18B20 概述DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹 式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有 LTM8877 LTM887”等。主要根 据应用场合的不同而改变其外观。封装后的 DS18B2可用于电缆沟测温，高炉水循环测 温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度 场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测 温和控

12、制领域。其主要特性有如下几点： 独特的单线接口方式，DS18B20s与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微 处理器与DS18B20勺双向通讯。 测温范围55C+125C,固有测温误差(注意，不是分辨率，这里之前是错误的）1C 支持多点组网功能，多个 DS18B2W以并联在唯一的三线上，最多只能并联 8 个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传 输的不稳定。图三 工作电源：3.05.5V/DC（可以数据线寄生电源）在使用中不需要任何外围元件 测量结果以912位数字量方式串行传送不锈钢保护管直径6适用于DN1525, DN40DN250种介质工业管道和狭 小空间设备测

13、温 标准安装螺纹M10X1, M12X1.5, G1/2 ”任选 PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线，便于与其 它电器设备连接。2.3 12864 LCD 概述带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式， 内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；具显示分辨率为 128X64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块 灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以 显示8X4行16X 16点阵的汉字，也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特 点。由该模块构成的液晶显示方案

14、与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬 件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液 品模块。主要有以下 基本特性：低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V ）;显示分辨率：128 X64点；内置汉字字库， 提供8192个16X 16点阵汉字（简繁体可选）；内置128个16X8点阵字符；2MHZ 时钟频率；显示方式：STN半透、正显；驱动方式：1/32DUTY 1/5BIAS ;视角方 向：6点；背光方式：侧部高亮白色 LER功耗仅为普通LED的1/51/10 ;通讯方 式：用行、并口可选；内置DC-DC专换电路，无需外加负压；无需片选信号，简化图四件设计；工作

15、温度：0C- +55C ,存储温度：-20 C - +60 C。三、电路（硬件）设计3.1电路原理图模型部分硬件电路原理图如下图所示:MCU32加11o J 2 m 4 5 E 7 Ta 1 f Ga -a- A PF 步 p p p p pESTVPD P0.7P3 GEO lAVpp 购 itehallprdg 拶二取口 ?SENP3 3：NT1P2.7P3 4T0P2P3 5/HP2.5P3 /RRP2,4N *RDK3KTAL2 的工 XTAL1 P2.1GKDP2.C品 列 打 37辿 32 豆TT 丁 然 近 24 23 二 Tirc_JPIOMUC模块电路图QzoUOAozPEd

16、KOdSOdHodmodmodsd00dkdd9mdozUUA(NJOJ 二 NO 三 二A 8一匚 Ed mJ 二m 一二 点三 EL sod 二 Hlrl一 一二 mod 6 ZOd 8Eld L Elr L一(二 一 S NM axeloQA一 曲NORJ5(TFPLCD12864模块电路图JP1302DS1302模块电路图GND按键模块电路DS18B20模块电路3.3作品实物图设计模型实物图部分功能仿真如下图所示:1 正常显示界面2调节月显示界面,*次迎光临*/ 2年12月29日| 时21分。施“ 星期天温度I? 7C四、程序（软件）设计整体模块程序部分设计框图如下所示:LCD1286

17、4五、装配与调试在整个模型整体组装前，先必须把计时显示模块、时钟模块、温湿度检测、按 键调节模块等各个单元模块的功能调试出来。然后再整体统一装配，同时进行整体 功能实现的调试。整机调试时遇到的问题及解决办法： 整个模型综合调试时，时钟模块 DS1302与MCU!接时数据传输不稳定。解决办法：在时钟芯片数据脚加 5.1K上拉电阻；温度传感器DS18B20t MCU4接时数据传输不稳定。解决办法：在时钟芯片数据脚加 5.1K上拉电阻；六、总结本次数字时钟的设计与制作,在硬件电路上使用了STC89C52RD+片机作为主控，DS18B2W度传感器作为温度采集，DS1302时钟芯片作为及时模块。同时软件

18、 方面利用LCD1286小口来进行数据间的传输显示，把测量模块测量出来的值在控制 端直观的显示出来。最终，软硬件的综合调试，该模型预期基本功能全部实现。七、致谢此时，在此次数字时钟设计报告即将完成之际，我首先要向在制作调试中帮助我 的伙伴们致以最真挚的感谢，感谢老师在我进行设计制作时的悉心指导。同时，也真诚 的希望大家对本设计与制作的不足之处提出宝贵的意见。参考文献1 家庭电子 1998年合订本 .J1999. 212-2142 康华光. 电子技术基础模拟部分.M 北京：高等教育出版社，2005.1-203 康华光. 电子技术基础数字部分.M 北京：高等教育出版社，2005.40-604 电子线路设计实验测试第二版.M 武汉：华中科大出版社， 2002.1-405 赵健 . 实用声光电及无线电遥控电路300 例 .J 北京：中国电力出版社，2005.90-1006 郑浩，高静. 怎样用万用电表检测电子元器件修订本.J 北京：人民邮电出版社，2005.32-667 全新实用电路集粹编辑委员会编著