中等職業(yè)學(xué)校專業(yè)骨干教師國(guó)家級(jí)培訓(xùn)結(jié)業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)學(xué)員姓名學(xué)員姓名_ _ _ _ 學(xué)員單位學(xué)員單位_ _ _ 犍為縣職業(yè)高級(jí)中學(xué)犍為縣職業(yè)高級(jí)中學(xué) 培訓(xùn)專業(yè)培訓(xùn)專業(yè)_電子與信息技術(shù)電子與信息技術(shù)_ _培訓(xùn)地點(diǎn)培訓(xùn)地點(diǎn)_ _ 武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院_ _ _ _ 培訓(xùn)時(shí)間培訓(xùn)時(shí)間_2013.03.11_2013.03.112013.05.312013.05.31 全國(guó)重點(diǎn)建設(shè)職教師資培訓(xùn)基地武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì) 完成日期：完成日期：_2013-05-28_2013-05-28_ _ _ 指導(dǎo)教師簽字：指導(dǎo)教師簽字：_ _ 成績(jī)：成績(jī)：_ _ _ _ I摘 要電子鐘是一種能夠顯示年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有顯示直觀、走時(shí)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。隨著人們生活水平的不斷改善，在許多場(chǎng)合都可以數(shù)字電子鐘。在現(xiàn)有的數(shù)碼管電子鐘技術(shù)基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)論述了以 STC89C52RC 作為核心控制器、以 LCD1602 液晶顯示器作為顯示設(shè)備的系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)包括總體設(shè)計(jì)方案和各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)方法。該控制系統(tǒng)由穩(wěn)壓直流電源、微處理器最小系統(tǒng)、液晶顯示模塊、獨(dú)立按鍵以及 RS232 通信模塊構(gòu)成。關(guān)鍵詞：STC89C52RC 硬件電路 液晶顯示器 獨(dú)立按鍵II 目目 錄錄摘 要 .I目 錄.II引 言.III1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) .11.1 設(shè)計(jì)框圖.12 硬件單元模塊設(shè)計(jì) .12.1 STC89C52 引腳簡(jiǎn)介 .22.2 晶振電路設(shè)計(jì).32.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì).32.4 獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì).42.5 顯示模塊電路設(shè)計(jì).52.5.1 液晶顯示器引腳介紹.52.5.2 LCD1602 內(nèi)部 RAM 地址 .62.5.3 LCD1602 顯示原理簡(jiǎn)介 .62.5.4 1602 與微處理器的連接電路圖 .62.6 電源模塊 .72.7 串口電路設(shè)計(jì) .83 總結(jié)與體會(huì) .9結(jié)束語(yǔ) .10參考文獻(xiàn) .11III 引引 言言本論文旨在研究和設(shè)計(jì)一個(gè)采用單片機(jī)控制、獨(dú)立按鍵可調(diào)、液晶顯示的電子時(shí)鐘系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成，本文著重對(duì)硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。本系統(tǒng)硬件將實(shí)現(xiàn)以下功能：整個(gè)系統(tǒng)會(huì)顯示年、月、日、星期、時(shí)、分、秒，并且年、月、日、星期和時(shí)間通過(guò)獨(dú)立按鍵可調(diào)。在程序下載時(shí)，可通過(guò)RS-232串口,利用下載軟件直接將程序下載到單片機(jī)中，方便硬件的調(diào)試?；趩纹瑱C(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)11 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)框圖該方案描述了基于 STC89C52RC 系統(tǒng)的電子時(shí)鐘的總體設(shè)計(jì)框圖。該系統(tǒng)由晶振電路、復(fù)位電路、電源電路、LCD1602 液晶顯示電路、RS-232 程序串口下載電路以及獨(dú)立按鍵電路構(gòu)成。系統(tǒng)原理框圖如圖 1.11 所示。微處理器微處理器STC89C52獨(dú)立按鍵電路電源電路復(fù)位電路晶振電路LCD1602 液晶顯示電路RS-232 電路圖 1.1-1 電子時(shí)鐘系統(tǒng)框圖當(dāng)系統(tǒng)上電后，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，系統(tǒng)正常啟動(dòng)后，一方面，LCD1602 液晶顯示器顯示程序預(yù)定的年、月、日、星期、時(shí)、分、秒信息；另一方面，通過(guò)獨(dú)立按鍵，調(diào)整年、月、日、星期和時(shí)間達(dá)到正確的值。并且由于 LCD1602 具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的特點(diǎn)，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。故該控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模塊電路較少，用戶操作方便以及成本較低的優(yōu)點(diǎn)。2 硬件單元模塊設(shè)計(jì)STC89C52 是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗以及抗干擾超強(qiáng)的單片機(jī)，其指令完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)，其主要特性如下：（1）其采用 DIP40 封裝，常見(jiàn)工作電壓為 5V。 （2）應(yīng)用程序空間達(dá) 8K，便于開(kāi)發(fā)人員使用。 （3）具有 EEPROM 功能（電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，掉電后數(shù)據(jù)不丟失，一般用在即插即用的環(huán)境） ，片上集成512 字節(jié) RAM，提高了數(shù)據(jù)處理能力。 （4）通過(guò)串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）能直接下載程序，方便用戶的對(duì)軟件系統(tǒng)的調(diào)試。 （5）工作溫度含商業(yè)級(jí)（075）和工業(yè)基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)2級(jí)（-40+85）兩個(gè)層次，能滿足不同客戶的需求。2.1 STC89C52 引腳簡(jiǎn)介基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)所采用的是 STC89C52 控制芯片，其結(jié)構(gòu)引腳如圖 2.1-1 所示。圖 2.1-1 STC89C52 結(jié)構(gòu)圖引腳介紹如下所示：（1）VCC（40 引腳）和 VSS 為（20 引腳）分別為電源的正極端和接地端。（2）P0 口：P0 口包括 P0.0P0.7（3932 引腳） ，既可以作為普通的 I/O 口，也可以作為在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的低 8 位地址線。由于其內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，作為普通的 I/O 口時(shí)，需要外接 10K 的上拉電阻。（3）P1 口：P1 口包括 P1.0P1.7（18 引腳） ，是一個(gè) 8 位雙向 I/O 口，其內(nèi)部自帶上拉電阻，作 I/O 口時(shí)，直接外接電子元件。此外，P1.0 還具有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端，P1.1 還具有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的外部控制輸入端（T2EX） 。（4）P2 口：P2 口包括 P2.0P2.7（2128 引腳） ，內(nèi)部自帶上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口， ，既可作為普通的 I/O 口，也可作為在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的高 8 位地址線?；趩纹瑱C(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)3它與 P0 口的 8 根線共同構(gòu)成 16 位地址線。（5）P3 端口包括（P3.0P3.7，1017 引腳）：P3 是一個(gè) 8 位雙向 I/O 端口，內(nèi)部帶上拉電阻的。除作為一般 I/O 口外，P3 口還具有其他其它復(fù)用功能。當(dāng) P3 口的某些口線作為復(fù)用功能引腳時(shí)，就不能夠作為普通的 I/O 口。P3 剩余口線，可以通過(guò)位定義語(yǔ)句使用。其復(fù)用功能引腳如下表 2.1-1 所示：表 2.1-1 P3 口復(fù)用引腳功能端口號(hào)引腳號(hào)復(fù)用功能說(shuō)明P3.010RXD（串口輸入端）P3.111TXD（串口輸出端）P3.212INT0（低有效）P3.312INT1（低有效）P3.414T0（T0 的外部輸入端）P3.515T1（T1 的外部輸入端）P3.616WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通,低有效）P3.717RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通,低有效）2.2 晶振電路設(shè)計(jì)XTAL1 和 XTAL2 分別為時(shí)鐘振蕩的兩個(gè)引腳。當(dāng)外接晶振時(shí)，這兩個(gè)端子用來(lái)接石英晶體，振蕩頻率為晶體振蕩頻率，該部分為單片機(jī)提供時(shí)鐘節(jié)拍，我們也可以稱之為單片機(jī)的主頻。30P 的兩個(gè)電容起微調(diào)和起振的作用，其原理框圖如圖 2.2-1 所示?；趩纹瑱C(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)4圖 2.2-1 晶體振蕩電路2.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)在上電時(shí)，都必須先完成復(fù)位動(dòng)作，使 CPU 和其它部件均處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，然后從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。而單片機(jī)自身不能夠完成復(fù)位動(dòng)作，需要人為添加外圍復(fù)位電路。只要在單片機(jī)的 RST 端口連續(xù)提供兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，單片機(jī)就可完成復(fù)位動(dòng)作。單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位是根據(jù)電容的充電實(shí)現(xiàn)的。而手動(dòng)按鍵復(fù)位電路是當(dāng)按鍵 K1 按下時(shí)，電容迅速放電，RST 端出現(xiàn)高電平；當(dāng) K 被釋放時(shí)，+5V 的電源通過(guò) R3 又給又給電容 C2 從新充電，使 RST 端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖。其持續(xù)時(shí)間取決于 RC 電路的時(shí)間常數(shù)，復(fù)位電路圖如圖 2.3-1 所示。圖 2.3-1 復(fù)位電路2.4 獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的獨(dú)立按鍵設(shè)計(jì)中，通常采用檢測(cè)引腳電平的高低來(lái)判斷是有有按鍵按下。在檢測(cè)系統(tǒng)中，通常會(huì)采用延時(shí)去抖的方法，來(lái)判斷是否是真正的按鍵按下。在按鍵檢測(cè)中，通過(guò)檢測(cè)與單片機(jī)相連接引腳的低電平來(lái)判斷，其獨(dú)立按鍵的電路，其原理框圖如圖 2.4-1 所示圖 2.4-1 家用電器驅(qū)動(dòng)電路基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)5其中，K2 為功能性調(diào)節(jié)按鍵，K3 為加一按鍵，K4 為減一按鍵。當(dāng)?shù)谝淮伟聪?K2時(shí)，時(shí)間停止，表示進(jìn)入時(shí)間調(diào)節(jié)功能，LCD1602 光標(biāo)在分鐘位置閃爍，按下 K3 或者K4，就能夠調(diào)節(jié)分鐘；當(dāng)?shù)诙伟聪掳聪?K2 時(shí)，LCD1602 光標(biāo)在小時(shí)位置閃爍，按下K3 或者 K4，就能夠調(diào)節(jié)小時(shí)；當(dāng)?shù)谌伟聪掳聪?K2 時(shí)，就能夠調(diào)節(jié)日期；以此類推，就可以調(diào)節(jié)月和年。最后一次按下 K2，就可以正常走時(shí)了。2.5 顯示模塊電路設(shè)計(jì)LCD 是 Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)稱，其顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示。它可以顯示字母、數(shù)字、圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在眾多領(lǐng)域中。其正面外形結(jié)構(gòu)如圖 2.5-1 所示。圖 2.5-1 1602 外形圖2.5.1 液晶顯示器引腳介紹LCD1602 液晶顯示器采用 16 腳接口。其中：GND、VCC、VO 分別為電源地、電源正以及液晶顯示偏壓信號(hào)引腳；RB0-RB7 為 8 根數(shù)據(jù)線；RS、RW、E 分別為數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L)、讀/寫(xiě)選擇端(H/L)和使能信號(hào)選擇端，BLA 和 BLK 為背光源的正負(fù)極。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.5.1-1 所示。基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)6圖 2.5.1-1 LCD1602 結(jié)構(gòu)示意圖2.5.2 LCD1602 內(nèi)部 RAM 地址LCD1602 中數(shù)據(jù) 02 表示能顯示兩行，16 表示每行能顯示 16 個(gè)字符。其中 000F以及 404F 表示內(nèi)部 RAM 顯示緩沖區(qū)上下兩行中每一個(gè)字符的地址，只要向?qū)?yīng)的地址中寫(xiě)入需要顯示的 ASCII 代碼，就可以顯示出對(duì)應(yīng)的字符，其內(nèi)部 RAM 顯示緩沖區(qū)的地址映射圖如表 2.5.2-1 所示。表 2.5.2-1 顯示緩沖區(qū)的地址映射表000102030405060708090A0B0C0D0E0F1027404142434445464748494A4B4C4D4E4F50672.5.3 LCD1602 顯示原理簡(jiǎn)介1602 模塊內(nèi)部存儲(chǔ)了 160 個(gè)點(diǎn)陣字符，有大小寫(xiě)的英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字和日文等。每個(gè)字符都有特定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“B”的代碼是 01000010（42H） ，我們?cè)谑褂脮r(shí)，只要把地址 42H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“B”的圖形了。其部分字符對(duì)照表如表 2.5.3-1 所示。表 2.5.3-1 LCD1602 部分字符對(duì)照表高位低位0000001101000101011001110000（1）0Pp0001（21AQaq基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)7）0010（3）BRBr0011（4）2CSCs1111（8）？D-Oo2.5.4 1602 與微處理器的連接電路圖VCC 接 5V 電源正極，VSS 接電源地；RB0-RB7 接 STC89C52 的 P2.0-P2.7 口；液晶顯示偏壓信號(hào)引腳 VO 通過(guò)滑動(dòng)變阻器與+5V 電源相連接。我們調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，就可改變屏幕的明暗程度,背光極與 10 歐姆電阻串聯(lián)，起到限流作用，防止燒壞 1602。而液晶的 RS、RW、E 端分別連接單片機(jī)的 P1.7、P1.6 和 P1.5，作為 1602 的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)與使能端控制，其與 STC89C52 結(jié)構(gòu)連接如圖 2.5.4-1 所示。 圖 2.5.4-1 LCD1602 與單片機(jī)的連接圖2.6 電源模塊在電子電路中，經(jīng)常需要直流電源供電，在小功率電路中，它是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓模塊構(gòu)成，穩(wěn)壓電源的組成框圖部分如圖 2.6-1 所示。電源變壓整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)8圖 2.6-1 穩(wěn)壓電源的組成電源變壓器將電網(wǎng) 220V 的交流電變成較低的交流電壓，然后通過(guò)整流電路，把交流電變成脈動(dòng)的直流電，由于該直流電具有較大的紋波系數(shù)，必須通過(guò)濾波電路加以處理。在實(shí)際的電路中，通常將一定值的電解電容并聯(lián)上一個(gè)較小的無(wú)極性電容。通過(guò)濾波電路雖然有 10%左右的波動(dòng)，但是隨著電網(wǎng)的波動(dòng)和溫度、負(fù)載的變化，電壓值不穩(wěn)定，故需要在整流、濾波電路后加上穩(wěn)壓模塊。穩(wěn)壓模塊的功能是在電網(wǎng)的波動(dòng)以及溫度和負(fù)載的變化時(shí)，維持輸出電壓的穩(wěn)定。如果是在大功率的電路中，這需要考慮開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。單片機(jī)的工作電壓為+5V，故在穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)中，需要引入由三端集成穩(wěn)壓器件 LM7805 供電系統(tǒng)，電源設(shè)計(jì)電路如圖 2.6-2 所示圖 2.6-2 電源設(shè)計(jì)電路圖2.7 串口電路設(shè)計(jì)MAX232 是美信公司專為電腦的 RS-232 串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v電源供電，其芯片引腳圖如圖 2.7-1 所示基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)9圖 2.7-1 電源設(shè)計(jì)電路圖引腳介紹： 第一部分是由 1 到 6 腳和 4 只電容構(gòu)成電荷泵電路。功能是產(chǎn)生正負(fù) 12v 兩個(gè)電源，供給 RS-232 串口電平的需要。 第二部分是由 7 到 14 腳構(gòu)成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。其中 11 腳、12 腳、13 腳、14 腳分別為 T1IN、R1OUT、R1IN、T1OUT，構(gòu)成第一數(shù)據(jù)通道。7 腳、8 腳、9 腳、10 腳分別為 T2OUT、R2IN、R2OUT、T2IN 構(gòu)成第二數(shù)據(jù)通道。TTL 或 CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、T2IN 輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)換成 RS-232 數(shù)據(jù)，從 T1OUT、T2OUT 送到電腦 DB9 插頭上；DB9 插頭的 RS-232 數(shù)據(jù)從 R1IN、R2IN 輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)換成 TTL 或 CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、R2OUT 輸出。 第三部分的 GND（15 腳） 、+5vVCC（16 腳）是供電引腳。為方便系統(tǒng)的調(diào)試，增加了 RS-232 串口模塊。PC 機(jī)通過(guò) DB9 插頭與 MAX232 芯片相連，將 RS-232 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成 TTL 電平，送到單片機(jī)；同時(shí)單片機(jī)將數(shù)據(jù)送到 MAX-232芯片，經(jīng) MAX-232 轉(zhuǎn)換，通過(guò) DB9 插頭又送到 PC 機(jī)上，實(shí)現(xiàn)串口的通信，其電路如圖 2.7-2 所示。基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)10圖 2.7-2 RS-232 連接圖3 總結(jié)與體會(huì)通過(guò)這次基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，使我從宏觀的角度上更加清醒地認(rèn)識(shí)了從資料收集到數(shù)據(jù)計(jì)算，再到硬件電路設(shè)計(jì)等整個(gè)過(guò)程。在模擬電子技術(shù)方面，我進(jìn)一步熟悉了電路圖的理解以及如何看芯片資料來(lái)使用電子元器件。在 Proteil 99SE軟件方面，繪制原理圖中 ERC 的糾錯(cuò)也使我受益匪淺。在此，我也非常感謝我的指導(dǎo)老師姚四改老師，在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中不僅指導(dǎo)我們?nèi)绾问占Y料，一步步學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)原理，而且也多次耐心的一對(duì)一的當(dāng)面指導(dǎo)，可以說(shuō)，沒(méi)有姚四改指導(dǎo)老師的幫助，是不可能完成整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。姚四改老師的諄諄教誨和細(xì)心關(guān)懷，讓我深深感動(dòng)，在此表示我最誠(chéng)摯的感謝。我還要感謝在本次電子與信息技術(shù)專業(yè)國(guó)家級(jí)培訓(xùn)期間及論文階段給予我很大幫助的許多老師和同學(xué)，他們幫助我解決論文工作中遇到的困難，提出許多寶貴中肯的建議，使我的課題得以順利的完成。再次感謝各位老師的指導(dǎo)?；趩纹瑱C(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)11結(jié)束語(yǔ)1、論文完成的主要工作：（1）資料收集到元件選擇（2）硬件電路設(shè)計(jì)（3）原理圖的繪制（4）原理圖中ERC檢查（5）論文撰寫(xiě)（6）論文修改2、論文的改進(jìn)方向如下（1）該設(shè)計(jì)最好添加農(nóng)歷的時(shí)間顯示功能（2）該設(shè)計(jì)最好添加一個(gè)溫度顯示功能基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)12參考文獻(xiàn)期刊1 劉國(guó)勇.MAX232/MAX232A 收發(fā)器及其運(yùn)用.中國(guó)知網(wǎng).1997.03期刊2 何利民.MCS51 單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京航空航天出版社，1990.01期刊3 劉國(guó)平，張旭斌.液晶 LCD1602 的運(yùn)用.機(jī)電技術(shù).2009.03圖書(shū)1 郭天祥.51 單片機(jī) C 語(yǔ)言教程.電子工業(yè)出版社，2009：68138圖書(shū)2 劉潤(rùn)華，劉麗山.模擬電子技術(shù).山東：山東石油大學(xué)出版社，2008：125148圖書(shū)3 牛昱光.單片機(jī)原理與接口技術(shù).電子工業(yè)出版社，2010：50P128圖書(shū)4 胡燁.Protel99SE 原理圖與 PCB 設(shè)計(jì)教程.機(jī)械工業(yè)出版社，2008：68153