基于单片机多功能电子时钟的设计.docx

1、课 程 设 计 说 明 书课程名称： 单片机技术 设计题目：基于单片机多功能电子时钟的设计 学 院： 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 2016 年 4 月 22 日课 程 设 计 任 务 书设计题目 基于单片机多功能电子时钟的设计学生姓名 所在学院 专业、年级、 班设计要求：1、具有电源开关及指示灯，有调节键；2、本次设计完成电子时钟年、月、日、时、分、秒的显示及环境温度测量等功能的基础上完成定时闹钟的功能。硬件电路包括单片机最小系统电路、DS12887 实时时钟芯片电路模块、LCD1602 液晶显示模块、按键模块、DS18B20 温度传感器模块、蜂鸣器报警电路模块；软件部分主要

2、通过 c 程序的编程实现对时钟芯片进行时间数据的读和写，然后通过液晶显示程序将时间显示出来。设计中结合硬件、软件的分步调试，达到要求的控制效果。3、系统具有调时间及闹钟定时温度显示功能，可以调节时间、定时报时提醒，显示环境温度。学生应完成的工作：完成电子时钟系统设计，调试烧制程序，利用 Altium Designer 软件绘制电路原理图，设计制作电路的 PCB 板，对系统进行安装、调试，并提交课程设计报告。肖显在本次课程设计中应完成的任务是绘制电路原理图，系统的安装，元器件的焊接等工作。参考文献阅读：1微机原理与应用M. 陈继红，徐晨，王春明，徐慧北京：高等教育出版社， 2014. 2单片机原

3、理与应用王艳编著北京航空航天大学出版社， 2009.5.3单片机原理与实践高卫东、辛友顺、韩彦征编著 北京航空航天大学出版社，2008.1.4 张毅刚，彭喜元，彭宇.单片机原理及应用M. 北京：高等教育出版社， 2013.5 谷树忠.Altium Designer 教程-原理图、PCB 设计与仿真M.北京：电子工业出版社，2010.6 周佩玲.16 位微型计算机原理接口及其应用M. 北京：中国科学技术大学出版社， 2000.工作计划：4 月 11 日4 月 15 日，介绍课程设计整体情况拟定课题并确定优化档案；4 月 16 日4 月19 日学生根据程序流程图编写程序制作硬件电路并检查课程设计报

4、告撰写进度；4 月 20 日4 月 21烧录程序系统调试；4 月 22 日，提交课程设计报告并集中收取实物。任务下达日期：2016 年 4 月 11 日 任务完成日期：2016 年 4 月 22 日指导教师（签名）： 学生（签名）： 基于单片机多功能电子时钟的设计摘 要：设计了一个多功能电子时钟，该系统具有定时、报时、温度显示功能，到设定时间时蜂鸣器会响。该电路主要由时钟芯片模块、液晶显示模块、按键模块、温度传感器模块、蜂鸣器报警电路模块、复位模块构成。软件部分主要通过 C 程序的编程实现对时钟芯片进行时间数据的读和写，然后通过液晶显示程序将时间显示出来。利用 Altium Designer

5、软件对电路图进行了原理图的设计和 PCB 板的设计，并对电路进行了安装和调试，调试结果与设计预期一致。关键词：电子时钟、温度显示、Altium Designer、PCB目录1.设计背景 .11.1 电子时钟的研究背景 .11.2 数字电子时钟的发展趋势 .12.设计方案 .22.1 系统的设计思路 .22.2 系统硬件描述 .22.3 系统软件描述 .32.4 设计程序及预期结果 .33. 方案实施 .43.1 主要器件介绍 .43.2 单片机的功能 .43.3 单片机最小系统 .73.4 电源电路 .83.5 液晶显示电路 .83.6 键盘电路 .103.7 时钟芯片电路 .103.8 温度

6、测量电路 .133.9 蜂鸣器电路 .133.10 原理图的绘制及 PCB 的布线 .134. 系统调试 .144.1 PCB 板的安装 .144.2 最小系统的调试 .154.3 液晶显示模块和蜂鸣器报警模块的调试 .154.4 整体调试 .155. 软件设计 .155.1 软件设计总体说明 .155.2 主程序流程图 .165.3 主程序代码 .166.结果与结论 .177. 致 谢 .188.参考文献 .198. 附件 .20附件 I 电路原理图 .20附件 II PCB 布线图 .20附件 III 实物图 .21附件 IV 元器件清单 .22附件 V 子源程序 .2311.设计背景1.

7、1 电子时钟的研究背景1957 年，Ventura 发明了世界第一个电子表，从而奠定了电子时钟的基础，电子时钟开始迅速发展起来。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六十分，小时进一，满二十四小时，小时位清零。从而达到计时的功能。传统的数字电子时钟采用了较多的分立元器件，不仅占用了很大的空间而且利用率也比很低。随着系统设计复杂度的不断提高，用传统时钟系统设计方法很难满足设计需求。20 世纪末，电子技术得到了极速的发展，毫无疑问，在其推动下，现代电子产品以及各种高科技产品几乎渗透到了社会的各个领域，这有力地推

8、动了社会生产力的发展和社会信息化程度以及综合科技水平的提高，但产品更新换代的频率也越来越快。多功能电子钟不管在性能还是在样式亦或是用途上都发生了重大的变化，许多电子钟都已具备电子万年历、电子秒表、温度检测等功能。同时单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的。多功能电子时钟除了具有时钟的功能外还可以包含对环境温度检测的功能，温度是一种最基本的环境参数。目前，典型的温度检测控制系统由模拟式温度传感器、A/D转换电路和各种单片机组成。以 DS18B20 为代表的新型单线总线数字式温度传感器集温度测量和 A/D 转换于一体，这类传感器可以直接输出数字量，同时与单片机接口电路结构非常简单，可以广泛用于

9、距离远、节点分布多的场合具有较强推广应用价值。 数字电子时钟是采用数字电路实现对时，分，秒数字显示的装置，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或缺的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，数字时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。例如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电器的自动启用等，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2的意义。1.2 数字电子时钟的发展趋

10、势数字电子时钟，自从它发明的那天起就成为人类的朋友，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。但随着时间的推移，社会的进步，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广，可以说时间的准确已成为各行各业安全运行的基础。电子时钟的设计方法有多种，可用中小规模集成电路组成电子钟，也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟，还可以利用对单片机编程来实现电子钟。其中，利用单片机实现的电子时钟具有硬件结构简单、编程灵活、便于功能扩展等特点。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。智能温度传感器(亦称数字

11、温度传感器）是上世纪 90 年代中期问世的。此类传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。21 世纪后，智能温度传感器毫无疑问正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及高安全性等高科技的方向迅速发展，开发虚拟传感器和网络传感器、研制更先进的单片测温系统已是刻不容缓，在日常生活和自动控制系统中，我们时常会遇到对时间和温度实时监控的需求。这就给具有多种功能的时钟提供了市场，也有了市场开发的前景。本文给出了一种基于单片机实现带温度检测的电子时钟的设计方法和实现过程。2.设计方案2.1 系统的设计思路本次设计完成电子时钟年、月、日、时、分、秒的显示及环境温度测量等功能的基础上完成定时闹钟的功能。由于 DS12887 时钟芯片内含一个锂电池，所以断电情况可以运行十年以上不丢失数据，重新上电后不用校正时钟。硬件电路包括单片机最小系统电路、DS12887 实时时钟芯片电路模块、LCD1602 液晶显示模块、按键模块、DS18B20 温度传感器模块、蜂鸣器报警电路模块；软件部分主要通过 c 程序的编程实现