多功能数字时钟制作与毕业设计

摘 要I摘 要随着生活节奏的加快，时间对于人们越来越重要。此时，多功能数字时钟的出现为人们带来了极大的便利。多功能数字钟与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，是一种采用数字电路技术来实现时、分、秒计时的装置。本文介绍了基于 STC89C52 单片机的多功能数字时钟的硬件结构和软硬件设计方法。本设计由液晶显示模块、温湿度采集模块、时间处理模块和按键设置模块四个模块组成。系统以 STC89C52 为核心控制芯片，以 DS1302 为时钟芯片，以 DHT11 为温湿度采集器，通过液晶显示器 LCD12864 实时显示年、月、日、时、分、秒、温湿度等，通过按键设置年月日和星期以及定时闹钟，定时闹钟时间到自动发出警报。此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，具有广阔的市场前景。关键字：单片机 STC89C52， DS1302，LCD12864，数字钟ABSTRACTIIABSTRACTWith the accelerated pace of life, time is becoming increasingly important to people. At this time, the emergence of multi-functional digital clock to bring a great convenience. Multifunction digital clock with the mechanical clock has higher accuracy and intuitive, is a digital circuit technology to realize the hours, minutes, seconds, timing devices. This article describes the hardware architecture and hardware and software design STC89C52 MCU multifunction digital clock. The design of the liquid crystal display module, temperature and humidity acquisition module, a processing module and a time setting module four key modules. STC89C52 system as the core control chip, DS1302 clock chip, DHT11 as temperature and humidity logger, LCD display LCD12864 display by year, month, day, real-time, minutes, seconds, temperature and humidity, the date set by the button and a timing clock and day of week, time to automatically alert the alarm time. This calendar has easy to read, display and intuitive, versatile, simple circuit, low cost, and many other advantages, has broad market prospects.Keywords: SCM STC89C52, DS1302, LCD12864, Digital clock目录III目录第 1 章 引言 11.1 课题研究的背景及意义 11.2 课题研究的目的 11.3 单片机简介 21.3.1 单片机的发展及应用 21.3.2 单片机的最小系统 5第 2 章 总体方案 82.1 系统的设计思路 82.2 系统硬件描述 82.3 系统软件描述 9第 3 章 系统的硬件设计 113.1 硬件芯片介绍 113.1.1 STC89C52 单片机 113.1.2 DS1302 时钟芯片 153.1.3 DHT11 温湿度传感器 183.1.4 LCD12864 液晶显示屏 223.2 系统硬件架构 253.2.1 时钟模块 253.2.2 温湿度传感器模块 263.2.3 液晶显示模块 273.2.4 按键模块 273.2.5 蜂鸣器报警模块 283.2.6 复位电路 29第 4 章 系统的软件设计 304.1 软件设计总体说明 304.2 主程序流程图的设计 304.3 程序设计 324.3.1 DS1302 读写程序设计 32目录IV4.3.2 温湿度程序设计 334.3.3 LCD12864 程序设计 34第 5 章 测试与结果分析 355.1 硬件测试 355.2 软件测试 355.3 测试结果分析与结论 365.3.1 测试结果分析 365.3.2 测试结论 36参考文献 37致谢 38外文资料原文 39译文 43第 1 章 引言1第 1 章 引言1.1 课题研究的背景及意义当今世界，知识更新的速度越来越快。特别是在电子技术领域，新的技术，新的产品层出不穷，日新月异，随着电子产品的发展，在这个快节奏的年代，时间就是效益，就是金钱，因此，时间对人们来说是越来越宝贵了。但在这种快节奏的生活中，人们常常忘记了时间，一旦遇到重要的事情都要事先做好合理的时间安排，所以一个能够进行报时以及有其他多种用途的数字钟是对人们的生活工作是非常具有现实意义的。随着科技的发展社会的进步和全球化竞争的日益激烈，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。传统时钟功能单一，体积大，而且不具有定时等功能。相反，由于单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）的问世，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。由于单片机具有体积小、使用灵活、成本低、易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣条件下工作等特点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量，多功能数字时钟就是其中一很好的运用。当今，多功能数字时钟已广泛用于个人家庭，公司，娱乐场所，码头，办公室等公共场所，成为人们日常生活中必不可少的生活必需品。因为数字时钟从原理上讲是一种典型的数字电路，由于数字集成电路的不停发展和石英晶体振荡器的发展以及广泛应用，使得数字钟的精度远远超过传统的钟表，钟表的数字化给人们的生产生活带来了极大的便利而且大大地扩展了钟表原先的功能。因此，研究多功能数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.2 课题研究的目的多功能数字钟系统的最基本功能就是时间的显示，闹钟，温度的采集和报警，本设计的意义在于传统的时钟不能满足现代人们多元化快节奏的生活需求，此设计将单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过 DS1302 数字时钟芯片进行秒、电子科技大学成都学院本科毕业设计论文2分、时来计时实现计时校时功能，将其时间数据经单片机输出，利用 LCD12864显示器液晶显示出来。采用 DHT11 对室内坏境进行温湿度测量报警，人性化的设计提醒忙碌人们要注意天气温度变化，冬天要保暖御寒，夏天防止高温中暑，通过键盘可以进行手动时间定时、校时闹铃设定，环境温湿度上下限设定报警等等。该系统较传统时钟不仅测量精确度高，工作稳定，而且功能可以扩展，使用起来方面，可以广泛用于人们日常生活中，所以具有较好的实用价值。1.3 单片机简介1.3.1 单片机的发展及应用所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit，也即常称的 CPU 和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他 I/O 通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及 A/D 转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。单片机诞生于 20 世纪 70 年代末，单片机的发展历史可划分为以下几个阶段：第一阶段(1974 年1976 年)：为单片机初级阶段，即 SCM 单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)阶段。主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。因受工艺和集成度的限制，单片机采用双片形式。例如：仙童公司的 F8必须外接一块 3851 电路才能构成一个完整的微型计算机。第二阶段(1976 年1978 年)：为低性能单片机阶段，即单片机的控索阶段。以 Intel 公司的 MCS48 为代表。MCS48 的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有 Motorola、Zilog 等，都取得了满意的效果。这就是 SCM 的诞生年代， “单机片”一词即由此而来。此时的单片机由一块芯片构成，但性能低、品种少。它具有 CPU、并行口、定时器、RAM 及 ROM。这是一个真正的单片机，但 CPU 功能不强，I /O 口种类和数量很少，其 ROM 和 RAM 也很有限。只能应用于比较简单的场合。例如，90 年代中期以前的 PC 机键盘几乎无一例外地使用MCS-48 系列单片机作为控制部件。第三阶段(1978 年1982 年):单片机的完善阶段。Intel 公司在 MCS48 基础第 1 章 引言3上推出了完善的、典型的单片机系列 MCS51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。完善的外部总线。MCS-51 设置了经典的 8 位单片机的总线结构，包括 8 位数据总线、16 位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。CPU 外围功能单元的集中管理模式。体现工控特性的位地址空间及位操作方式。指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。第四阶段(1982 年1990 年)：8 位单片机的巩固发展及 16 位单片机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel 公司推出的 MCS96 系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着 MCS51 系列的广应用，许多电气厂商竞相使用 80C51 为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D 转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路功能，强化了智能控制的特征。第五阶段(1990 年) ：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运算能力的 8/16/32 位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作，单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 1、在智能仪器仪表上的应用 在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、电子科技大学成都学院本科毕业设计论文4速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪） 。 2、在工业控制中的应用 用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 3、在机电一体化中的应用 机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一本，具有智能化特征的电子产品。 4、在家用电器中的应用 目前国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制电路。可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 5、在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 6、单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 7、在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理） ，就需要复杂的类似于计算机的原理。第 1 章 引言5如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于 ROM） ，由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡） 。1.3.2 单片机的最小系统 单片机最小系统,或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.。对 51 系列单片机来说,最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。（一）晶振电路图 1-1 晶振电路图STC89C52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL0和 XTAL1 分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图 1-1 所示，在 XTAL0 和 XTAL1 引脚上