1、宜宾学院本科毕业设计（论文）本科毕业论文（设计）题 目： 基于单片机的简易灯光时钟设计 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学生学号： 院 系： 物理与电子工程学院 年级、班： 指导教师： 年 月 日宜宾学院YIBIN UNIVERSITY宜宾学院本科毕业设计（论文）I摘要本文介绍了一个基于单片机的简易灯光时钟的设计,它具有显示年、月、日、时钟、分钟和秒、星期的显示功能，还具有闰年补偿等功能，时钟芯片采用的是 DS1302，DS1302 能存储时间信息，并且可以掉电保存。单片机通过读取DS1302 的信息后通过 LCD1602 显示在液晶屏幕上面。本设计包含 4 个按键，编号分别为 1、2、3
2、、4，每个按键的功能分别为功能选择、光标移动、加按键以及减按键，可以设置闹钟，当 DS1302 上面的时间跟单片机所设定的闹钟时间一致后，单片机可以驱动蜂鸣器进行闹铃提醒。除此之外，系统还附带整点报时，以及任何时候通过按键语音报时功能。关键词：单片机； LCD1602；蜂鸣器；DS1302；闹钟；语音报时；宜宾学院本科毕业设计（论文）IIAbstractThis paper is aim to introduce a design which is based on simple chip microcomputer clock. It owns two main functions, nam
3、ely, showing time, including year, month, day, hour, minute and second; and compensation of the leap year. The chip of this design is called DS1302, which can save time information even when the electricity was cut down accidently. The Single-Chip Microcomputer is also capable of reading the informa
4、tion on DS1302 and reflects the data on the LCD screen through the LCD1602. The design includes four buttons, numbered 1,2,3,4, respectively, each button function selection, cursor movement, plus buttons and minus buttons, you can set the alarm. The Microcontroller can drive the buzzer to make the c
5、lock alarming when the time on these two equipments the same are. Besides, the basic functions in this microcontroller, such as: Chime on every hour and the time speaking by telephone, are also included in this design.Key words: chip microcomputer, LCD1602, buzzer, DS1302, alarm clock.宜宾学院本科毕业设计（论文）
6、III宜宾学院本科毕业设计（论文）目录摘要 .IABSTRACT.II第一章 绪论 .11.1 目的和意义 .11.2 本系统实现的主要功能 .1第二章 总体方案论证与设计 .22.1 主控模块的选型和论证 .22.2 显示模块的选型和论证 .22.3 时钟芯片的选型和论证 .22.4 温度检测模块的选型和论证 .32.5 整点报时模块的选型和论证 .32.6 电源模块 .32.7 系统整体设计概述 .3第三章.系统硬件电路设计 .53.1 主控模块 .53.1.1 单片机的最小系统设计 .53.2 LCD 液晶显示器简介 .63.2.1 液晶原理介绍 .63.2.2 液晶模块简介 .63.2
7、.3 液晶显示部分与 STC89C52 的接口 .63.3 键盘模块设计 .73.4 蜂鸣器模块设计 .83.5 时钟模块的设计 .83.6 温度检测模块设计 .103.6.1 温度传感器工作原理 .103.6.2 DS18B20 硬件电路设计 .113.7 语音模块设计 .11第四章.系统软件设计 .124.1 系统软件总体设计 .124.2 程序设计原理 .165.系统调试 .185.1 硬件调试 .185.2 软件调试 .18参考文献 .20致谢 .21附录 .22宜宾学院本科毕业设计（论文）系统整体原理图 .22系统 PCB 图 .22元件清单 .24系统源程序 .25宜宾学院本科毕业
8、设计（论文）1第一章 绪论1.1 目的和意义现代社会已经迈上了信息化的步伐，微电子技术的发展也越来越快，单片机的运用也日渐广泛。无论是通信业的学生，老师或者是研发人员，对于单片机的运用均青睐有加，因此单片机已成为研发人员必须掌握的能力之一，而且单片机也会发展成为一个高薪行业。而时钟作为电子类的一个小设计，不仅深受人们的喜爱，也是单片机实验中一个非常常见的题目。由于单片机给人有很大的发挥空间，是以会对制作人以高要求对待，并且在掌握设计的同时程序要以简洁为主，功能上要能满足人们需求，显示界面要大胆创新，标新立异。LCD 显示的数字时钟清晰直观的显示准确时间、而且精度很是高、并且有夜视功能，还扩展出
9、多种与人方便功能。本设计中的简易灯光时钟既是一个时间控制系统，又包含温度检测系统，既能准确无误的显示出正确的高精度的时间又能检测当前的温度本文提出了以 STC51 系列单片机为核心，采用 DS1302 作为电子时钟的核心芯片的设计方案，与温度传感器 DS18B20、LED 显示、时钟芯片 DS1302、按键等模块组成硬件的电子电路系统。显示采用 LCD，以实现显示年、月、日、时、分钟、秒、星期、温度。设计过程中使用 Keilc51 软件，采用 C 语言编程；此外，还要从多方面保障系统的稳定性，提高系统的性能指标本设计可以对时间进行实时的校准，读取时间方便、能直观显示实时时间、功能方面体现多样话
10、、简单明了的电路、低廉的成本都是该设计的优点，满足未来电子设计的发展要求，市场前景好。1.2 本系统实现的主要功能本系统设计制作一个基于单片机的简易灯光时钟。能实现以下几种功能：（1）键盘扫描，设计按键扫描程序下载到单片机，每个按键赋予一个功能，单片机通过扫描程序检测用户按键，确定后实现功能。（2）通过单片机的 ds1302 的数据采集，并实时显示年，月，日，时，分，秒，和星期在液晶屏上，并且可以设置时间，系统不供电的情况时钟芯片依然可以由后备纽扣电池供电，使其掉电时间保存。（3）用户可以设定闹钟时间，当时间到了之后，系统自动驱动蜂鸣器发响。（4）系统附带有整点报时功能，以及任何时候通过按键报
11、时功能。（5）系统还带有测温功能，单片机可以实时读取 DS18B20 的温度数据并在液晶上显示。宜宾学院本科毕业设计（论文）2第二章 总体方案论证与设计本系统可以由主控、显示、时钟、温度检测、电源等模块组成，以下是讨论这几个模块的选型和论证。2.1 主控模块的选型和论证方案一：采用 MSP430F149，MSP430F169 系列单片机，该单片机是 TI 公司 1996 年开始推向市场的一种 16 位超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器，提供 12 位 ADC，具有采样、保持、自动扫描，有 2 个 16 位计数器等强大的功能。但芯片价格昂贵，不适合一般的设计和
12、开发。方案二采用 52 系列的单片机，该单片机具有可靠性高，价格成本低，解密难，高性能的特点，32 个 IO 口，且 STC 系列的单片机可以在线编程、调试。因此选用方案二中的 52 系列单片机作为主控芯片。2.2 显示模块的选型和论证方案一：用点阵式数码管显示，它是由发光二极管八行和八列显示文本，更适合用于显示文字，如进行数字显示使用就太浪费了，而且价格比较高，所以不用此种作为显示。方案二：使用 LED 数码管动态扫描， LED 数码管虽然价格适中，最适合数字显示，采用动态扫描的方法与单片机连接，单片机口线占用得少。但是由于数码管动态扫描需要借助 74LS164 移位寄存器，74LS164
13、在调试的时候，电路方面常出故障，所以不采用 LED 数码管作为显示。方案三：选用 LCD 液晶显示屏，它可以清晰可见的显示文字，图像，功能很是强大，关于本设计的要求，我们使用一个 LCD1602 即能满足要求，成本低，虽然接口线有点多，但是调试会很方便。所以本设计中方案三中的 LCD1602 液显示屏作为显示模块。2.3 时钟芯片的选型和论证方案一：用程序控制单片机实现时间计数。采取该方案虽然能够缩小时钟芯片的使用量，节省成本开支，但是，误差会非常大。方案二：采用 DS1302 时钟芯片实现时钟，DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种性能比较高、性价比高，功耗较低、带 RAM 的实
14、时时钟电路，它可以对年、月、日、时钟、分钟、秒以及星期进行计时，还能进行闰年补偿，工作电压为2.5V5.5V。 DS1302 里面含有一个 8*31 的 RAM 存储器，用于临时存放数据。DS1302 主要特点是采用串行数据传输，具有可编程充电和掉电保护功能，采用普通 32.768KHz 晶振作为标准时钟。宜宾学院本科毕业设计（论文）3因此本设计中采用方案二中的 DS1302 作为时钟模块2.4 温度检测模块的选型和论证方案一：AD590 感温电流源的输出电流与绝对温度成比例。电源电压在 4 V30 V范围内，AD590 可充当一个高阻抗，调节系数为 1 A/K 为恒流调节器。通过激光调整的片
15、内薄膜电阻，用于校准装置，使该器件在 25C 时有 298.2 A 的输出电流。由于该芯片输出为模拟量还同时需要 AD 转换器对其进行采集。因此不适用于本设计方案二：DS18B20 数字温度传感器耐磨耐碰，体积小，主要根据应用场合的不同而外观不同，DS18B20 用途广泛，如电缆沟测温，机房测温，弹药库测温、农业大棚测温，高炉水循环测温，锅炉测温，洁净室测温等场合。使用场合广，价格低，实用性强。因此本设计采用方案二中的 DS18B20 芯片进行温度采集。2.5 整点报时模块的选型和论证整点报时模块集成的语音芯片 NY3P035，NY3P035 是一款具有 PWM 输出的 OTP 语音标准芯片，
16、该芯片内部集成了 09 以及一些常用单位的录音。使用时只要根据录音存放的位置依次读出就能播报出当前的重量和价格。2.6 电源模块方案一：选用以下两块芯片 LM337 和 LM317 自制一个可调的电源模块，LM317 和LM337 分别是三端可调式输出正电压稳压器和三端可调式输出负电压稳压器。通过这 2 块芯片，我们可以很容易的得到正负 5V，正负 12V 和正 3V 电压，但由于本设计需求各模块体积小，而自制电源体积较大，故不采用此方案。方案二：采用 USB 接口供电，既能够下载程序，也能供电，一举两得，故采用此方案。2.7 系统整体设计概述语音芯片 扬声器蜂鸣器模块主控模块单片机液晶显示模块L C D 1 6 0 2温度测量模块D S 1 8 B 2 0时钟模块D S 1 3 0 2按键模块图 2.7 系统结构框图宜宾学院本科毕业设计（论文）4本系统是以 STC89C52 单片机为核心，首先要对系统进行初始化，然后单片机对键盘，DS18B20 等模块进行扫描，实现对键盘的响应，实时显示分钟、秒等，对 1602 液晶显示，闹钟、温度测量等功能，其中，单片机起到控制和协调各功能模块的工作。系统的结构框图见图 2.7。
