基于单片机多功能电子闹钟的设计
基于单片机多功能电子闹钟的设计[20200406125034]
摘要
当前，数字闹钟已然成为人们生活生产中不可或缺的一部分，被普遍的应用在各类场合。本次设计的多功能数字闹钟具有时间，日期，星期，温度，闹钟设定的功能，通过单片机STC89C52控制，可以按键手动进行设定，使的应用更加方便，应用前景更加广阔。时钟模块、主控模块、键盘及显示模块是此次时钟设计的四个主要部分。实时时钟采用时钟芯片DS1302来实现年、月、日、时、分、秒、星期等时间信息的采集及闹钟功能；温度是通过DS18B20温度传感器进行采集的。这些芯片各自的功能使得电路结构十分简洁，满足了设计的所有需求，使系统电路的稳定性得到提高。同时，系统的各个功能模块采用C语言对进行编程,有助于提高准确性，减小误差。
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关键字:单片机STC89C52DS1302DS18B20C语言
目 录
1绪论 1
1.1引言 1
1.2研究的背景 1
1.3研究的意义 2
2系统设计方案论证 3
2.1 系统设计任务 3
2.2 系统设计方案 3
3系统硬件电路设计 4
3.1单片机最小系统电路设计 4
3.2 按键调整电路设计 7
3.3 时钟电路设计 7
3.4 温度采集电路设计 10
3.5 LCD1602显示电路设计 12
3.6 系统闹钟电路设计 13
4 系统软件设计 14
4.1 系统整体程序流程 14
4.2 DS1302时钟读写程序流程 15
4.3按键扫描子程序流程 16
4.4闹铃部分程序流程 17
5 系统调试与分析 18
5.1 系统软件调试与分析 18
5.2 系统硬件电路调试与分析 19
结束语 21
参考文献 22
附录1 系统源程序 23
致 谢 37
1.绪论
1.1引言
目前，单片机已经得到了广泛的推广，尤其是最近这些年来，越来越多的电子产品都是以单片机为基础的，说明了单片机在电子产品行业的应用已经不容小视[1]。时钟一直以来都是人们日常生活中的必需品，各种场所都能看到,大大改善了人们的生活、学习和工作，提供了诸多方便。所以单片机在时钟上得以应用也是大势所趋。以前生活中用的的数字电子钟主要都是通过数字电路各功能模块的组合来实现的，然而现在将单片机编程应用在了数字电子钟上，这样解决了以前设计的很多问题，比如成本高，生产复杂的问题，并且更好的应用于多种场合，满足更多人的需要。本次设计主要就是通过软件编程来实现电路的功能，这样不仅使硬件电路的复杂性得到降低，而且也降低了成本，使数字电路设计所引起的电路复杂，焊接复杂，高成本等问题得到有效的解决，可以在生活中得到更广泛的应用[2]。
1.2研究的背景
国外发展状况：由于多功能数字闹钟是基于单片机和时钟芯片才可以很好的实现，所以数字闹钟的发展与单片机的发展是分不开的。由于国外工业化发展比国内早很多，所以现在各大芯片厂基本上都是国外的，而且他们都有自己的单片机推出，并且都有自己的特色，在应用功能上形成互补，被用在不同的领域，并且在自己的应用领域发展的越来越先进。总之，目前单片机有着这样几个显著特点：功耗低，集成度高，种类多，容量大、性能高，并且未来这些趋势会变得更加明显，这些方面的竞争会变得更加激烈。另外串行扩展技术也是单片机发展的一个重点。当前的新型单片机在功耗方面已经取得很大进步，不同的状态功耗不同，空闲的时候，功耗可以低到一点几毫安，而在节电模式中，功耗将会更小，能够保持在零点几毫安的水平。只有单片机取得更好的进展，单片机应用领域才能取得质的飞越，多功能时钟才能取得更高的成效[3]。国内发展状况：由于国内单片机技术起步晚，所以在单片机应用领域存在很多瓶颈，但发展速度比较快，不断的追赶，不过与国际水平相比，仍有不小的差距。现在国内的现状是所用的单片机偏中下端，技术不是最前沿的，而且大部分来自进口，可以应用新型的高端单片机的行业还是凤毛麟角，且缺乏高端人才。自然，国内的单片机应用领域还是远不如国外，大到高端的单片机应用，小到多功能数字闹钟。然而随着中国改革开放不断深化，在沿海地区大发展下，先进技术渗透到了内地，内陆地区也兴建了很多电子厂，因而单片机的需求量骤增，从而使国内单片机技术得到了较大的发展，多功能数字闹钟方面的研究也会取得更多的收获[4]。发展趋势：单片机的快速发展，使得电子钟的精度得到了里程碑式的突破，与老式的机械钟表的精度不可同日而语。机械式钟表虽然也能显示时间、日历，也可以定时。但是由于受到种种的限制，机械结构、动力和体积的影响，无论在哪方面，如功能、性能及造价上都都远远不及数字钟。钟表的数字化对人们生产生活产生的影响是巨大的，给人们带来了方便，更好的利用了时间，增加了生命的宽度。并且在原来简单的报时功能上取得了进一步的发展，诸如学校上下课按时自动打铃、定时自动报警、马路边定时自动开关路灯、生活中定时开关的电饭锅等等，所有这些，都是建立在钟表数字化的基础上。因此，更为先进电子钟的研究迫在眉睫[5]。
1.3研究的意义
时间总是那么的宝贵，无论是在日常生活还是工作学习中，时间概念都十分重要。在这个信息化高度发达的世界，人们总是处于忙碌氛围中，准时就显得格外重要。生活工作中每个环节都要准时，早上起床要定时，要赶定点的地铁，上班要准时，生产过程的每一个步骤也有着自己的时间，科技研究中，需要更多严谨，时间显得更加重要等等，生活中这一切都需要时间的安排，这样生活才能井井有条。总而言之，实时性充斥我们生活的每一个部分，所以数字闹钟对我们很重要，对数字闹钟的研究自然也十分必要[6]。
2 .系统设计方案论证
2.1 系统设计任务
本课题主要任务是设计一个基于单片机多功能电子闹钟，主要是通过主控芯片单片机STC89C52芯片控制DS1302时钟芯片，DS18B20温度感应器和液晶显示LCD1602。时间控制芯片DS1302采用3V的锂电池供电，外加电源提供掉电保护，防止时间数据丢失，温度的采集则是通过温度感应器DS18B20实现的，最后将时间、日期、星期、温度显示在LCD1602液晶屏上[7]。
本次设计研究的主要内容是利用STC89C52单片机控制时钟芯片DS1302和温度感应器DS18B20，在液晶显示屏LCD1602上实现以下功能：a.显示年月日；b.显示星期；c.显示当前的时间；d.显示温度；e.可设置闹钟；f.通过按键可以修改日期时间，设定温度和闹钟[8]。在此过程中，主要完成以下三个任务：
1) 设计出电子钟总体硬件电路图。
2) 完成电子钟程序的编写与系统的仿真。
3) 完成电路的焊接和调试。
2.2 系统设计方案
本系统是利用STC89C52芯片为核心，控制DS1302时钟芯片、温度采集DS18B20温度感应器及LCD1602液晶，实现年、月、日、星期、时间、温度的准确显示。STC89C52接受并处理DS1302时钟芯片传来的时间数据，键盘输入的控制信息，DS18B20采集的温度信息和LCD输出与显示信息[9]。系统模块组成框图如图2.1所示。
2.1 系统模块组成框图
3.系统硬件电路设计
电子钟的系统主要包括五个部分即单片机最小系统电路，键盘输入电路，温度采集电路，时钟芯片控制电路及LCD1602液晶显示电路。下面对各个模块进行介绍。
3.1单片机最小系统电路设计
单片机最小系统电路实现对时间、温度的采集与处理和输出显示的控制，这一模块主要包含了三个部分，分别为STC89C52单片机、晶振电路、复位电路，各部分都有着不可替代的作用，本次设计的单片机最小系统电路如图3.1所示。
图3.1单片机最小系统电路图
STC89C52主要功能特性如下：
（1）增强型 8051 单片机，与传统的8051兼容；
（2） 低功耗、高性能；
（3）工作电压在3V到5V之间；
摘要
当前，数字闹钟已然成为人们生活生产中不可或缺的一部分，被普遍的应用在各类场合。本次设计的多功能数字闹钟具有时间，日期，星期，温度，闹钟设定的功能，通过单片机STC89C52控制，可以按键手动进行设定，使的应用更加方便，应用前景更加广阔。时钟模块、主控模块、键盘及显示模块是此次时钟设计的四个主要部分。实时时钟采用时钟芯片DS1302来实现年、月、日、时、分、秒、星期等时间信息的采集及闹钟功能；温度是通过DS18B20温度传感器进行采集的。这些芯片各自的功能使得电路结构十分简洁，满足了设计的所有需求，使系统电路的稳定性得到提高。同时，系统的各个功能模块采用C语言对进行编程,有助于提高准确性，减小误差。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:单片机STC89C52DS1302DS18B20C语言
目 录
1绪论 1
1.1引言 1
1.2研究的背景 1
1.3研究的意义 2
2系统设计方案论证 3
2.1 系统设计任务 3
2.2 系统设计方案 3
3系统硬件电路设计 4
3.1单片机最小系统电路设计 4
3.2 按键调整电路设计 7
3.3 时钟电路设计 7
3.4 温度采集电路设计 10
3.5 LCD1602显示电路设计 12
3.6 系统闹钟电路设计 13
4 系统软件设计 14
4.1 系统整体程序流程 14
4.2 DS1302时钟读写程序流程 15
4.3按键扫描子程序流程 16
4.4闹铃部分程序流程 17
5 系统调试与分析 18
5.1 系统软件调试与分析 18
5.2 系统硬件电路调试与分析 19
结束语 21
参考文献 22
附录1 系统源程序 23
致 谢 37
1.绪论
1.1引言
目前，单片机已经得到了广泛的推广，尤其是最近这些年来，越来越多的电子产品都是以单片机为基础的，说明了单片机在电子产品行业的应用已经不容小视[1]。时钟一直以来都是人们日常生活中的必需品，各种场所都能看到,大大改善了人们的生活、学习和工作，提供了诸多方便。所以单片机在时钟上得以应用也是大势所趋。以前生活中用的的数字电子钟主要都是通过数字电路各功能模块的组合来实现的，然而现在将单片机编程应用在了数字电子钟上，这样解决了以前设计的很多问题，比如成本高，生产复杂的问题，并且更好的应用于多种场合，满足更多人的需要。本次设计主要就是通过软件编程来实现电路的功能，这样不仅使硬件电路的复杂性得到降低，而且也降低了成本，使数字电路设计所引起的电路复杂，焊接复杂，高成本等问题得到有效的解决，可以在生活中得到更广泛的应用[2]。
1.2研究的背景
国外发展状况：由于多功能数字闹钟是基于单片机和时钟芯片才可以很好的实现，所以数字闹钟的发展与单片机的发展是分不开的。由于国外工业化发展比国内早很多，所以现在各大芯片厂基本上都是国外的，而且他们都有自己的单片机推出，并且都有自己的特色，在应用功能上形成互补，被用在不同的领域，并且在自己的应用领域发展的越来越先进。总之，目前单片机有着这样几个显著特点：功耗低，集成度高，种类多，容量大、性能高，并且未来这些趋势会变得更加明显，这些方面的竞争会变得更加激烈。另外串行扩展技术也是单片机发展的一个重点。当前的新型单片机在功耗方面已经取得很大进步，不同的状态功耗不同，空闲的时候，功耗可以低到一点几毫安，而在节电模式中，功耗将会更小，能够保持在零点几毫安的水平。只有单片机取得更好的进展，单片机应用领域才能取得质的飞越，多功能时钟才能取得更高的成效[3]。国内发展状况：由于国内单片机技术起步晚，所以在单片机应用领域存在很多瓶颈，但发展速度比较快，不断的追赶，不过与国际水平相比，仍有不小的差距。现在国内的现状是所用的单片机偏中下端，技术不是最前沿的，而且大部分来自进口，可以应用新型的高端单片机的行业还是凤毛麟角，且缺乏高端人才。自然，国内的单片机应用领域还是远不如国外，大到高端的单片机应用，小到多功能数字闹钟。然而随着中国改革开放不断深化，在沿海地区大发展下，先进技术渗透到了内地，内陆地区也兴建了很多电子厂，因而单片机的需求量骤增，从而使国内单片机技术得到了较大的发展，多功能数字闹钟方面的研究也会取得更多的收获[4]。发展趋势：单片机的快速发展，使得电子钟的精度得到了里程碑式的突破，与老式的机械钟表的精度不可同日而语。机械式钟表虽然也能显示时间、日历，也可以定时。但是由于受到种种的限制，机械结构、动力和体积的影响，无论在哪方面，如功能、性能及造价上都都远远不及数字钟。钟表的数字化对人们生产生活产生的影响是巨大的，给人们带来了方便，更好的利用了时间，增加了生命的宽度。并且在原来简单的报时功能上取得了进一步的发展，诸如学校上下课按时自动打铃、定时自动报警、马路边定时自动开关路灯、生活中定时开关的电饭锅等等，所有这些，都是建立在钟表数字化的基础上。因此，更为先进电子钟的研究迫在眉睫[5]。
1.3研究的意义
时间总是那么的宝贵，无论是在日常生活还是工作学习中，时间概念都十分重要。在这个信息化高度发达的世界，人们总是处于忙碌氛围中，准时就显得格外重要。生活工作中每个环节都要准时，早上起床要定时，要赶定点的地铁，上班要准时，生产过程的每一个步骤也有着自己的时间，科技研究中，需要更多严谨，时间显得更加重要等等，生活中这一切都需要时间的安排，这样生活才能井井有条。总而言之，实时性充斥我们生活的每一个部分，所以数字闹钟对我们很重要，对数字闹钟的研究自然也十分必要[6]。
2 .系统设计方案论证
2.1 系统设计任务
本课题主要任务是设计一个基于单片机多功能电子闹钟，主要是通过主控芯片单片机STC89C52芯片控制DS1302时钟芯片，DS18B20温度感应器和液晶显示LCD1602。时间控制芯片DS1302采用3V的锂电池供电，外加电源提供掉电保护，防止时间数据丢失，温度的采集则是通过温度感应器DS18B20实现的，最后将时间、日期、星期、温度显示在LCD1602液晶屏上[7]。
本次设计研究的主要内容是利用STC89C52单片机控制时钟芯片DS1302和温度感应器DS18B20，在液晶显示屏LCD1602上实现以下功能：a.显示年月日；b.显示星期；c.显示当前的时间；d.显示温度；e.可设置闹钟；f.通过按键可以修改日期时间，设定温度和闹钟[8]。在此过程中，主要完成以下三个任务：
1) 设计出电子钟总体硬件电路图。
2) 完成电子钟程序的编写与系统的仿真。
3) 完成电路的焊接和调试。
2.2 系统设计方案
本系统是利用STC89C52芯片为核心，控制DS1302时钟芯片、温度采集DS18B20温度感应器及LCD1602液晶，实现年、月、日、星期、时间、温度的准确显示。STC89C52接受并处理DS1302时钟芯片传来的时间数据，键盘输入的控制信息，DS18B20采集的温度信息和LCD输出与显示信息[9]。系统模块组成框图如图2.1所示。
2.1 系统模块组成框图
3.系统硬件电路设计
电子钟的系统主要包括五个部分即单片机最小系统电路，键盘输入电路，温度采集电路，时钟芯片控制电路及LCD1602液晶显示电路。下面对各个模块进行介绍。
3.1单片机最小系统电路设计
单片机最小系统电路实现对时间、温度的采集与处理和输出显示的控制，这一模块主要包含了三个部分，分别为STC89C52单片机、晶振电路、复位电路，各部分都有着不可替代的作用，本次设计的单片机最小系统电路如图3.1所示。
图3.1单片机最小系统电路图
STC89C52主要功能特性如下：
（1）增强型 8051 单片机，与传统的8051兼容；
（2） 低功耗、高性能；
（3）工作电压在3V到5V之间；
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