佛山大学单片机课程设计电子时钟论文.doc

课程设计说明书设计名称： 单片机课程设计 题 目： 单片机电子时钟设计 学生姓名：专 业：班 级：学 号：指导教师：日 期： 课程设计任务书 专业 年级 班 一、 设计题目单片机时钟设计二、 主要内容 设计一个数字式电子时钟，它具有显示年，月，日，星期的日期功能、具有显示时，分，秒的计时功能。可以通过按键进行时间日期设定，可以通过多机通讯对时钟进行修改，也可以通过上位机软件对时钟时间、日期修改。并且将各项数值显示在12864LCD液晶屏上。时钟用定时中断方式工作，单片机晶体震荡器频率为22.1184Mhz。三、 具体要求1 了解硬件电路组成，以及各部分的作用。2 熟悉作图软件，如protel99 ，本次作图使用DXP软件实现。3 制作电路板、焊接电路板、硬件调试。4掌握电子钟的计时原理，闹钟原理及温度采集原理。5设计电子钟软件程序，画主程序，子程序流程图，编写程序清单。6完成系统调试。7撰写课程设计报告。四、 进度安排1每个同学根据实验题目，查找相应资料，并由组长组织分析任务要求，对任务进行分解，明确每个同学的具体任务。 （半天） 2基本技能培训：熟悉作图软件、购买元器件、学会并熟练掌握在伟福和Keil C开发平台上，用汇编和C语言编程和调试，并写入CPU。 （2天） 3.绘制硬件原理图,制作、焊接、调试电路板 （2天） 4.程序调试 （4天） 5编写不少于3000字的课程设计总结报告及提供程序清单（电子版）。 （1天）6总结与答辩。五、完成后应上交的材料1. 课程设计说明书2. 源程序清单（电子版）3. 实物六、总评成绩指导教师 签名日期 年 月 日系 主 任 审核日期 年 月 摘 要本课程设计是设计一个基于STC15F602S单片机定时器的电子时钟系统，它是以STC15F602S芯片为核心，结合12864LCD液晶显示屏，控制键、显示驱动芯片等零器件来完成其计数、显示等功能。在设计中，我们采用液晶屏显示年、月、日、时、分、秒，以24小时方式计时，根据液晶屏动态显示原理来进行显示，用22.1184MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。该系统可以通过按键进行时间日期设定，可以通过多机通讯对时钟进行修改，也可以通过上位机软件对时钟时间、日期修改。等功能。其特点是小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化。关键词：电子时钟，STC15F2K60S2,12864LCD显示、键盘、通讯 目录 摘 要1一、任务分析与设计思路31.1、设计任务31.2、设计要求31.3、发挥部分31.4、设计思路3二、整体设计方案42.1、单片机的选择42.2、单片机的基本结构6三、数字钟的硬件设计73.1、 总体电路设计73.2、单片机电路设计73.3、复位电路设计83.4、LCD显示电路设计93.5、键盘控制电路设计93.6、5V稳压电路设计103.7、硬件PCB图103.8、元件清单11四、软件设计124.1 、系统软件设计流程图124.2 、主程序现实及框图124.3、时钟设置子程序134.4、定时器中断子程序144.5、按键控制子程序144.6、串口控制子程序15五、调试与功能说明165.1、系统性能测试与功能说明165.2、系统时钟误差分析165.3、硬件调试175.4、软件调试问题及解决17六、心得体会17七、效果、实物图：18八、参考文献19 一、任务分析与设计思路1.1、设计任务 设计并制作一个电子时钟。1.2、设计要求 设计能支持时、分、秒的时钟，时钟有时间调整功能。1.3、发挥部分 添加年、月、日、星期、功能，多机通讯，即从机设定时钟，上位机设定时钟。1.4、设计思路 本设计主要分四个部分，其中第一部分为电路板设计，第二部分时间、日期显示，第三部分为时间日期设定，第四部分多机通讯。各部分思路如下所示：电路板设计：搭建12864LCD显示电路、搭建通讯电路和按键电路。时间设置思路： 本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。显示部分：采用12864LCD液晶显示屏，显示所有数值。多机通讯：采用串口一进行通讯二、整体设计方案2.1、单片机的选择方案一：选用PIC、或AVR、或凌阳SPCE061A等作为控制核心；这些单片机资源丰富，可以实现复杂的逻辑功能，功能强大，完全可以实现对时钟的控制。但对于本题目而言，其优势资源无法得以体现，且成本稍高。方案二： STC公司的STC15F2K60S2。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。且价格很便宜。综上所述，采用方案二。STC15F2K60S2是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，主要由以下部分组成： CPU、RAM、ROM、 四个并行I/O口、1个串行口、 3个16位定时器/计数器、中断系统、特殊功能寄存器。该单片机有以下功能：1）8位CPU4kbytes 程序存储器(ROM) (64K)2）256bytes的数据存储器(RAM) (52有384bytes的RAM)3）32条I/O口线111条指令，大部分为单字节指令4）21个专用寄存器5）2个可编程定时/计数器5个中断源，2个优先级(52有6个)6）一个全双工串行通信口7）外部数据存储器寻址空间为64kB8）外部程序存储器寻址空间为64kB9）逻辑操作位寻址功能双列直插40PinDIP封装10）单一+5V电源供电 单片机管脚图 图2-12.2、单片机的基本结构中央处理器（CPU）：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器。数据存储器(RAM)：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据。程序存储器（ROM）：用以存放程序、一些原始数据和表格;并行输入输出(I/O)口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出。定时/计数器(T/C）：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式. 单片机结构图 图2-2三、数字钟的硬件设计3.1、 总体电路设计 本电路系统由控制器单片机，外围电路有液晶显示电路，按键电路，晶振电路，5V稳压电路构成。 图3-1 系统电路图 图3-1 3.2、单片机电路设计晶振电路：电路很多种 有RC震荡输入 ，带运放的RC震荡，LC震荡，无源晶振+电容起震，有源晶振。还有使用单片机内部震荡 基本就这几种 作用是给单片机输入时钟信号本设计采用22.1184MHz，提高CPU的处理速度，为CPU提高脉冲时钟。电源滤波：为了减少电源干扰，外加一个47uf的极性电容，一个0.1uF的普通电容滤波。 图3-2 3.3、复位电路设计 当单片机复位引脚高电平持续一定时间时，单片机复位，上电时，电源给电容充电，电容给复位引脚放电，单片机复位。键盘按下，电容放电也引起单片机复位。 图3-33.4、LCD显示电路设计本设计采用12864显示，既可以并口控制，也可以串口控制，通过第P13可以控制选择并口控制，还是串口控制。P0口可以控制并口数据的输入，P20-P23,可以控制液晶的时序和串口数据输入。 图3-43.5、键盘控制电路设计 该设计用4个键盘，该键盘可以实现时间的设定。S1A按键按下表示切换功能；S2A按键实现时分秒等参数的累加，每按一次秒钟加一；S3A按键实现时分秒等参数的累减；时分秒等参数的累加，S4A按键实现退出参数设定功能。单片机不停的检测是否按下，如果有按键按下，消抖，之后再检测，确定按键是否真按下，松手检测，执行。 图3-53.6、5V稳压电路设计电感L1的选择要根据LM2596的输出电压、最大输入电压、最大负载电流等参数选择，首先，依据如下公式计算出电压微秒常数（ET）：ET=（Vin-Vout）Vout/Vin1000/f(1)上式中，Vin是LM2596的最大输入电压、Vout是LM2596的输出电压、f是LM2596的工作振荡频率值（150kHz） 图3-63.7、硬件PCB图 图3-73.8、元件清单1K电阻2个 10K电阻1个 按键4个 LED 2个 STC15F2K60S2 1块 开关 1个 12864LCD 一块 其他四、软件设计4.1 、系统软件设计流程图 开始初始化LCD、键盘、定时器、STC15 时间、日期显示扫描按键时间设定多机通讯 图4-14.2 、主程序现实及框图首先初始化系统，然后显示起始参数，同时不停检测按键是否按下和是否接收收数据，根据按键产生的键值或者接收到的数值来确定执行那一步，例如键值为一时执行的是设定时针。 图4-24.3、时钟设置子程序不停检测那个按键按下，每个按键按下产生对应的键值，从而通过判断键值来判断那个按键按下，接着实现对应功能。例如，当键值为1，表示选择功能被打开。 图4-3 4.4、定时器中断子程序 当没键盘按下时打开定时器，计时器计时，达到1S后，秒针加1，其它参数作相应变化。当键盘按下，定时关闭，设定参数后，重新打开计时。 图4-44.5、按键控制子程序 键盘检测只要要考虑误按或干扰，通过延时检测，松手执行，就可以很大程度的避免上述问题。即当检测到键盘按下，隔5ms再次检测，如果还是检测到键盘按下，等键盘松开以后，产生相应键值。否则认为此次检测无效。 图4-54.6、串口控制子程序 串口初始化，然后检测键盘是否按下，如果按下，就发送相应数据。直到发送完毕，如果没按下，就继续检测。 图4-6五、调试与功能说明5.1、系统性能测试与功能说明 A、通过按键可以实现时间日期设定 B、通过从机键盘对主机时间日期进行设定 C、通过上位机对主机时间日期进行设定5.2、系统时钟误差分析A、定时器初始值算得不够精确B、晶振本身的误差解决方案： A、准确计算初始值 B、时间补偿5.3、硬件调试 A、检测电源是否正常 B、检测单片机输出是否正常 C、检测其它外围电路是否正常5.4、软件调试问题及解决 下载问题：检查是否成功安装驱动，是否选对串口，是否选对芯片型号等 键盘问题：是否出现误按现象，松手检测、延时再检测。 显示屏出现抖动问题： 检查扫描时间。 出现没反应现象：检查是否进入死循环、或者是否打开定时器等六、心得体会 1、硬件设计一定要考虑布局是否合理，例如线与线的间隔，线的大小位置等。 2、编程一定要细心、细心、再细心。例如这次调试程序过程中。我希望程序能跳进一个死循环，但是一不小心在while(1)后面加了一个分号，然后程序根本就没进入死循环里面执行，但编译却没有报错，效果自然达不到，后来调了一个多钟才把这个问题找出来。 3、设计程序时要不怕麻烦，最好就每一个功能对应一个C文件和H文件，这样不仅方便调试，还方便维护。也方便别人维护。 4、论文一定要按格式写好，什么地方用什么字体，什么地方该低2格，图的标号等等都是非常值得注意的。不要以为论文没用，做出具体实物就行了，论文其实就相当于产品说明书，我们不仅要给懂的人看，更重要的是不懂的人也能看懂。七、效果、实物图： 八、参考文献 1谭浩强著.C程序设计（第二版）.北京：清华大学出版社，2005 2丁元杰著.单片微机原理及应用.北京：机械工业出版社，2005 3郭天祥著.新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻 略.北京：电子工业出版社，2009 目 录第1章 项目概况与项目建设的必要性11.1项目概况11.1.1项目名称11.1.2项目主管单位11.1.3 项目建设单位11.1.4项目建设单位负责人11.1.5项目建设性质11.1.6项目建设地点11.1.7项目建设期21.1.8项目建设内容和规模21.1.9项目投资估算21.1.10项目资金筹措方案31.1.11项目建设效益31.2项目建设背景31.2.1地理气候条件31.2.2工业园区发展规划41.2.3工业区已具产业规模51.2.4项目提出的理由与过程61.3项目建设必要性分析91.3.1某某市“十一五发展规划”的要求91.3.2某某市总体规划的要求101.3.3某某市经济发展的要求111.3.4园区发展的要求121.4项目社会效益分析131.4.1扩大内需，促进经济增长131.4.2改善工业园区投资环境141.4.3促进生产发展和提高人民生活水平151.4.4促进园区的可持续发展151.4.5带动园区周边土地增值及房地产发展161.5项目建设可行性分析171.5.1政府支持171.5.2资金支持171.5.3建设条件满足181.6结论18第2章 项目建设内容及方案192.1项目建设内容192.1.1项目建设地点192.1.2项目建设内容192.1.3项目建设规模192.2项目建设方案202.2.1项目建设目标202.2.2项目建设方案202.2.3项目功能分析232.3项目建设原则262.3.1以人为本与可持续发展的原则262.3.2集聚发展原则272.3.3因地制宜原则272.3.4环境保护原则272.3.5节能降耗原则272.3.6抗震原则282.4建筑造型28第3章 项目建设和进度安排293.1项目工程建设管理293.1.1施工组织管理293.1.2项目资金管理293.1.3严格执行工程监理制度293.2建设期安排与实施计划303.2.1建设工期303.2.2项目实施进度安排303.2.3工程进度表313.3项目建设劳动安全管理34第4章 各项建设条件落实情况354.1园区建设规划与现状354.2项目建设基本条件364.2.1地形地貌条件364.2.2工程地质条件364.2.3城镇规划、园区区域规划条件374.2.4交通条件374.2.5社会环境条件374.2.6征地拆迁条件374.2.7施工条件384.2.8资金条件384.3环境保护及节能、消防384.3.1环境保护384.3.2节能降耗404.3.3消防安全434.4结论44第5章 投资估算与资金筹措455.1编制范围455.2编制依据455.3单位价格455.4其他费用465.5建设投资估算465.6年度投资计划465.7资金筹措47第6章 财务评价486.1概述486.2依据与说明486.3收入预测486.4项目赢利能力分析496.5财务评价50第7章 社会风险和融资风险分析527.1项目社会影响分析527.2项目与所在地互适性分析537.3社会风险分析537.4社会评价结论547.5融资风险分析547.5.1融资风险547.5.2融资偿还途径557.5.3融资风险分析结论55第8章 结论和请求568.1结论568.1.1本项目的建设符合某某市总体规划568.1.2各项建设条件均满足项目的建设要求568.1.3项目有充足的资金保障568.1.4项目具有重大的社会效益568.1.5某某市建设投资有限公司具备相应的实力和资质578.1.6综合结论578.2请求5725