多功能数字时钟的设计与制作.doc

摘 要 随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断地提高。时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下，时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导设计方向。本文正是基于这种设计方向，以单片机为控制核心，设计制作一个符合指标要求的多功能数字时钟。 本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89C51作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出一个多功能数字时钟系统。该时钟系统主要由时钟模块、闹钟模块、环境温度检测模块、液晶显示模块、键盘控制模块以及信号提示模块组成。系统具有简单清晰的操作界面，能在4V～7V直流电源下正常工作。能够准确显示时间（显示格式为时时：分分：秒秒，24小时制），可随时进行时间调整，具有闹钟时间设置、闹钟开/关、止闹功能，能够对时钟所在的环境温度进行测量并显示。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。由于系统所用元器件较少，单片机所被占用的I/O口不多，因此系统具有一定的可扩展性。 关键词：单片机 温度传感器DS18B20 液晶显示 目 录 1 前言 1 2 总体方案的确定 1 2.1 时钟模块方案的比较与确定 1 2.2 测温模块方案的比较与确定 3 2.3 显示模块方案的比较与确定 6 3 电路原理分析及设计 7 3.1 硬件设计部分 7 3.1.1 整体设计框图 7 3.1.2 按键控制部分 8 3.1.3 提示信号部分 10 3.1.4 液晶显示部分 10 3.1.4.1 SMC1602A的主要特性 10 3.1.4.2 液晶显示屏SMC1602A技术参数与接口信号说明 11 3.1.4.3 控制器接口说明 11 3.1.4.4 系统LCD显示模块的连接 12 3.1.5 温度检测部分 12 3.1.5.1 DS18B20的主要特点 12 3.1.5.2 DS18B20的内部结构 13 3.1.5.3 DS18B20引脚说明 14 3.1.5.4 DS18B20与单片机的典型接口设计 15 3.1.5.5 DS18B20的测温原理与温度转换方法 16 3.1.5.6 温度检测部分的连接 17 3.2 软件设计部分 18 3.2.1 主程序流程图 18 3.2.2 主要子程序介绍 18 3.2.2.1 计时器T0中断服务程序 18 3.2.2.2 LCD初始化程序 21 3.2.2.3 LCD显示程序 22 3.2.2.4 温度检测部分 23 4 调试情况分析 27 4.1 硬件调试 27 4.1.1 电路板的制作与检查 27 4.1.2 电路模块调试 27 4.2 软件调试 28 4.2.1 软件调试的基本方法 28 4.2.2 软件调试问题分析 28 1 前言 时钟自从它发明的那天起，就成为，随着时间的推移，人们对功能只要对程序和硬件电路修改，便可以得到实时控制的实用系统，从而应用到实际工作与生产中去。怎样让时钟更好的为服务这就要求人们不断设计出新型时钟本方案设计多功能除了传统的显示时间功能之外2 总体方案的确定 2.1 时钟模块方案的比较与确定 方案一： 采用TTL、CMOS集成电路实现的，其系统方框图如图1所示。数字钟主要由以下几个部分组成：信号源、分频器、十进制计数器、六进制计数器、二进制计数器、BCD—七段显示译码/驱动器、LED(Light-emitting-diode)七段显示数码管、时间校准电路和闹时电路（孙梅生，1992）。 这是一种纯硬件电路系统，用时序逻辑电路实现时钟功能，用555定时器实现闹钟报时的设定。该电路具有抗干扰强、计算精确，使用元器件种类少等优点，但是这种实现方法可靠性差、控制精度低，灵活性小、线路复杂、安装调试不方便，且不具备对测温信号进行数据处理的功能。要实现测温功能必须再添加处理芯片，系统集成度低。 图1 数字计数器原理框图 方案二： 利用可编程逻辑器件PLD（Programmable Logic Devices）实现。可编程逻辑器件PLD具有集成度高、速度快、功耗小、可靠性高等优点。且EDA(Electronic Design Automation)软件的功能和时序仿真功能使得电路的调试变得十分方便。这种方案与前一种相比，可靠性增加，同时可以很好的完成时钟的功能。但是对于温度测量，其不具备对测温数据的处理功能，无法很好的完成扩展功能的要求。同时这种方案只能选用数码管显