毕业设计(论文)基于MCU的多功能数字时钟设计.doc
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1、基于MCU的多功能数字时钟设计Based on MCU multi-function digital clock design 2012 届 电气工程 系专 业 电子信息工程 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2012年 5 月 25 日毕业设计成绩单学生姓名学号班级专业电子信息工程毕业设计题目基于MCU的多功能数字时钟设计指导教师姓名李磊指导教师职称助教评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩:院长(主任) 签字:年 月 日毕业设计任务书题 目基于MCU的多功能数字时钟设计学生姓名学号班级专业电子信息工程承担指导任务单位电气工程系导师姓名李磊导师职称助教一、主要内容单片机
2、stc89系列实现时间钟表功能同时可指定多个闹钟点,驱动闹钟系统动作。二、基本要求1单片机完成可编程控制逻辑。驱动lcd,可实现电子钟功能。2、可实现调整钟表的功能。3使用Keil C编程。实现相关逻辑控制。4. 电路原理图设计,protel印刷电路图设计。5. 提出系统设计框图,提出相应的解决方案。6. 需单片机和芯片,开发电路板以相关传感器,价格200元。三、主要技术指标1、完成主要功能2. 电路原理图3. 使用说明书撰写4. 论文正文不少于1.5万字,查阅文献资料不少于15篇,其中外文文献2篇以上,翻译与课题有关的外文资料不少于3000汉字。四、应收集的资料及参考文献 C语言开发关于ST
3、C89系列相关单片机开发文档。相关传感和显示器件使用手册和接口电路五、进度计划第1 周第2周 开题报告和任务分配第3周第7 周 需求分析,概要设计第8 周第12 周 详细设计,中期考核第13 周第16 周 写论文,答辩教研室主任签字时间年 月 日毕业设计开题报告题目基于MCU的多功能数字时钟设计学生姓名学号班级专业电子信息工程一、研究背景近年来,不断发展的电子产品,激烈的社会竞争,使得人们对数字时钟的要求越来越高。时间对人们来说总是宝贵的,工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间,忘了该做的事,遇到不重要的事情,这种遗忘显得无伤大雅。但是,一旦遇到重要事情,一时的耽误可能酿成大祸.从人们的日
4、常生活到工厂的自动控制,从生活所用的时钟到科学发展所需的时钟,现代人渴望时间的精准度能提高,并且观察时间可以更加方便。人们渴望随时随地、快速准确的知道时间,要求时钟能够更可靠、美观、价格更实惠。这种要求催生了新型时钟的产生。除此之外,由于需要承担越来越多的社会责任,人们期望所生产的东西产生的垃圾少并且耗能。体积小、功耗低的时钟就应运而生了。传统的机械表由于做工要求高精细,造价昂贵,材料限制,时间指示精度的限制,使用寿命方面,及其它方面的限制,已经远远无法满足人们的需求。从另一方面看,近些年随着高速发展的科技和不断进步的社会,人们对时钟的要求也越来越高,使得新型电子钟表的产生迫在眉睫。 单片机诞
5、生于20世纪70年代末,经历了SCM,MCU和SOC三大阶段。MCU即微型控制器(Micro Controller Unit)阶段,主要技术发展方向是:不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外观电路和接口电路,突显其对象的智能化控制能力。它具有如下的特点:(1)具有优异的性能价格比(2)集成度高,体积小,可靠性高(3)控制功能强,开发应用方便(4)低电压,低功耗。二、国内外研究现状20世纪末,电子技术获得了快速的发展,在其推动下微机开始向社会各个领域渗透,同时大规模集成电路获得了飞速发展,单片机的应用正在不断深入,功能强,体积小,功耗低,价格便宜,工作可靠,使用方便等显著特点,使得他特别
6、适合于与控制有关的系统,越来越广泛地应用于自动控制,智能化仪器,仪表,数据采集,军工产品以及家用电器等各个领域,单片机常常被作为一个核心部件来使用,在根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,以作完善。另一方面的重要意义是,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在都能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,成为传统控制技术的一次革命。单片机模块中最常见的是数字钟,数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,因无无机械装置,所以具有更长的使用
7、寿命,从而得到了广泛的使用。这正符合了现代时钟的设计要求。另一方面,电子技术的告诉发展,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,这些使时间显得更加宝贵,从时间就是金钱,时间就是生命这些名言警句中就能看出。数字钟是采用数字电路实现对.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必不可少的产品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精准度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了意想不到的方便,而且尽可能的扩展了钟表原先的报时功能。如定时自动报警、按时自动打铃、自动起闭路灯、定时广播、定时开关烘箱
8、、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,研究数字时钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。三、研究方案本人毕业设计所做的数字时钟采用了以单片机(STC89C51)为核心,结合相关的外围元器件例如液晶显示、按键电路、复位电路、报警电路,再配以相应的软件,达到制作简易数字钟的目的,能实现实时时钟显示的功能,能进行年、月、日、时、分、秒显。其硬件部分难点在于元器件的选择、布局及焊接。(1)以单片机作为主控核心,与键盘,显示器等辅助硬件电路相结合,利用软件实现对数字时钟设计(2)搜索学习单片机的原理及应用,能独立开发单片机(3)用proteus实现数字时钟设
9、计,PCB板的设计(4)搭建单片机及外围电路,组装数字时钟(5)proteus软件编程(6)程序的仿真四、预期结果经过大量查阅资料,仔细认真的了解设计题目要求后,通过后面的时间完成硬件的焊接与程序的设计,以及对资料进一步的完善,在指导老师的带领与帮助下完成毕业设计书上的基本要求,尽量做到更好,让自己大学的最后一项功课得到一个满意的成绩!完成以下要求1单片机完成可编程控制逻辑。驱动lcd,可实现电子钟功能。2、可实现调整钟表的功能。3使用Keil C编程。实现相关逻辑控制。4. 电路原理图设计,protel印刷电路图设计。5. 提出系统设计框图,提出相应的解决方案。指导教师签字时 间 年 月 日
10、摘要多功能数字时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化,拥有时钟精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点,被广泛应用于生活和工作当中。另外,在生活和工农业生产中,也常常需要温度,这就需要电子时钟具有多功能性。 本设计主要为实现一款可正常显示时钟/日历、带有定时闹铃的多功能电子时钟。 本文对当前电子钟开发手段进行了比较和分析,最终确定了采用单片机技术实现多功能电子时钟。本设计应用STC89C52芯片作为核心,LCD液晶显示屏显示,使用DS1302实时时钟日历芯片完成时钟/日历的基本功能。这种实现方法的优点是电路简单,性能可靠,实时性好,时间和温度精度高,操作简单,编程容易。 该电子时钟可以应
11、用于一般的生活和工作中,也可通过改装,提高性能,增加新功能,从而给人们的生活和工作带来更多的方便。 ;关键词:电子时钟;多功能;STC89C52;时钟日历芯片AbstractThe Design of the Hardware Abstract The electronic clock mainly uses the electronic technology make the clock computerization, the digitization, with the clock precision, small size, friendly interface, scalable p
12、erformance and other characteristics, was widely used in life and work. Measuring temperature, in life, industry and agricultural production, so electronic clock need multi-function. The design for the main implementing a clock/calendar can be displayed normal, collecting personal ambient temperatur
13、e, with the timing alarm of the multi-function electronic clock. Comparing and analysising the development technology of the electron clock, the design determines to use the MCU technology to realize the multi-functional electron clock. This design application STC89C52 as a core chips, LCD panel , u
14、sing DS1302 real-time clock chip to complete the basic function of the clock/calendar. At the same time the design use of DS18B20 temperature sensors to collect the environmental temperature. The method has the advantage of being simple circuit, reliable performance, good real-time, high precision o
15、f the time and temperature , simply operation, easy programming. The electronic clock can be applied to the general living and working ,can also be modified to improve performance, add new functions, and brings more convenient to peoples life and work. Keywords: Electronic clock; Multi-function; STC
16、89C52; DS1302; Temperature pickup目录第1章绪论11.1课题研究的背景11.2课题研究的意义11.3课题研究的主要内容11.4本章小结2第2章系统总体方案设计42.1.1基础FPGA的多功能数字时钟的设计42.1.2 基于VHDL的多功能数字时钟的设计42.1.3 基于单片机的多功能数字时钟的设计42.2 控制芯片的选择52.3 本章小结6第3章系统硬件设计73.1概述73.2主控模块73.2.1STC89C52芯片的简介73.2.2主控模块电路原理图103.3语音芯片模块103.3.1ISD4004芯片简介103.3.2LM386芯片简介123.3.3语音芯片
17、模块电路原理图133.4 LCD显示屏模块143.4.1LCD及数码管简介143.4.2LCD灯及数码管显示模块电路原理图153.5按键控制模块163.5.1按键控制模块电路原理图16第4章系统软件设计174.1录音模块设计184.2放音模块设计184.3键盘扫描模块设计19第5章系统分析与调试20第6章结论与展望22参考文献23致谢24附录25附录A外文资料25附录B 硬件原理图33附录C程序清单34第1章绪论1.1课题研究的背景单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始,迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点,目
18、前已经渗入到人们工作和生活的方方面面,几乎“无处不在,无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的,将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构,称为普林斯顿结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开,分别寻址的结构,一般需要较大的程序存储器,目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。本文讨论的单片机多功能定时器的核心是目前应用极为广泛的STC系列单片机,配置了外围设备,构成了一个可编程的计时定时系统,具有
19、体积小,可靠性高,功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发,有着广泛的应用领域。20世纪80年代中期以后,Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家,如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品,准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构(主要是指令系统)相同,采用CMOS工艺,因而,常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机,它们对8051单片机一般都作了一些扩充,更有特点。其功能和市场竞争力更强,不该把它们直接称呼为
20、MCS-51系列单片机,因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容,主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类:基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。1.2课题研究的意义在日常生活和工作中,我们常常用到定时控制,如扩印过程中的曝光定时等。早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的,其定时准确性和重复精度都不是很理想,现在基本上都是基于数字技术的新一代产品,随着单片机性能价格比的不断提高,新一代产品的应用也越来越广泛,大可构成复杂的工业过程
21、控制系统,完成复杂的控制功能。小则可以用于家电控制,甚至可以用于儿童电子玩具。它功能强大,体积小,质量轻,灵活好用,配以适当的接口芯片,可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。随着电子技术的飞速发展,家用电器和办公电子设备逐渐增多,不同的设备都有自己的控制器,使用起来很不方便。根据这种实际情况,设计了一个单片机多功能定时系统,它可以避免多种控制器的混淆,利用一个控制器对多路电器进行控制,同时又可以进行时钟校准和定点打铃。它可以执行不同的时间表(考试时间和日常作息时间)的打铃,可以任意设置时间。这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动,扩大了数字化的范围,为家庭数字化提供了可能。1.3
22、课题研究的主要内容本论文主要是对C语言和单片机的一些基本知识、概念的应用学习和研究,以及STC89C52芯片模块和ISD4004语音模块的开发设计,该设计的目的是设计一实现带语音报铃的数字时钟,可播放系统内部录入的打铃音乐,也可以实现显示年月日时分秒的时钟功能。本设计的主要工作有以下几个方面:(1)整体方案的设计方案的选择要符合芯片功能的要求,既要保证操作简单符合人们平时的操作习惯,又要体现出本产品的特点,本文研究设计的带录音功能的数字时钟是采用STC89C52单片机和ISD4004语音芯片,用来实现已存入芯片内的报铃音乐的播放以及显示时间的功能。 (2)程序流程图及软件设计一个程序要想实现其
23、功能,不能没有次序而盲目下手,必须对其有一个全面的了解后画出流程框图,然后逐个模块的实现其功能,最终把模块之间合理的连接起来,构成完整程序。本设计的软件设计主要包括系统的初始化设计、复位电路程序的设计、按键模块的设计、录音子模块的设计、放音子模块的设计、两个芯片之间通信的设计、lcd显示屏显示设计、中断程序设计、时钟功能程序设计以及把各个子模块组合成一个完整程序的设计等。整个系统程序采用模块化结构设计程序相对比较优化易修改和调试系统软件的开发是用C语言设计的。(3)系统原理图及硬件调试实验本设计在进行硬件原理分析后,需要连接实物进行实际操作,检验自己的设计是否可以行得通。需要在protel环境
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- 毕业设计 论文 基于 MCU 多功能 数字 时钟 设计
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