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多功能智能时钟系统设计多功能智能时钟系统设计 作者姓名：XXX 专业名称：XXXX 指导教师：XX 讲师 摘要摘要 随着对时间的规定越来越精确，人们发明了时钟。现在，电子时钟更是人类最基本，最必不可少的一个工具。在上个世纪，电子时钟大多数采用的是分离元件。而这样制造出来的电子时钟体积庞大，使用起来也很麻烦。随着科技和电子行业的飞速发展，现在的电路都是高度集成的。不仅节约空间资源，成本也很低。然电子产品给我们的生活带来了更多的便利。本设计的主控系统采用的是单片机，运用它自带的定期器来进行设计。单片机具有成本低廉、体积小、操作简便等优点。它可以形成各式各样的自动控制系统。设计中将采用单片机中最为典型也是我们在课堂上学习过的 51 系列的单片机，本次设计以 STC89C51 单片机为核心，以时钟芯片 DS1302 为依托，借助外围少量的按键电路实时校准，通过 LCD1602 液晶显示器来显示日期和时间。在程序的部分，我采用的是 C 语言来进行编写。使用 C 语言更有助于我的理解，编写以及修改。本论文重要从系统设计方案的选择，硬件、软件部分的介绍说明以及实物的演示上来具体的描述了整个设计的大体内容。设计重要研究的是智能时钟以及日历显示功能。我们运用了单片机的控制能力和时钟芯片的及时通信的特点，按键来控制时间和日历在液晶显示屏上的显示。最后，在整点的时候通过蜂鸣器进行报时。关键词：关键词：单片机 电子时钟 C 语言 AbstractAbstract With the demand for more precise,people create a clock.Now,the electronic clock is human the most basic,most essential as a tool.In the last century,most electronic clock use is separation of components.And this produced electronic clock bulky,use is also very troublesome.Along with the rapid development of science and technology and electronic industry,now circuit are height integrated.Not only save space resource,cost is also very low.Although electronic products to our life brought more convenience.Procedures will be used in the design of the main control system is a single chip,using its own timer design.SCM has low cost,the volume is small,easy to operate,etc.It can form a variety of automatic control system.The design uses a microcontroller is the most typical and I were in the classroom study of 51 series microcontroller,the design STC89C51 microcontroller as the core to the clock chip DS1302 as the basis,by means of a peripheral small amounts of key circuit real-time calibration through LCD1602 LCD display to display the date and time.In part,I use C language to write.The use of C language is more conducive to my understanding,writing and revision.This paper mainly from the selection of the design scheme of the system,hardware,software part of the description and physical demonstration up detailed describes the general content of the whole design.Design is the main research is intelligent clock and calendar display function.We use the MCU control can timely communication of power and clock chip keys to control the time and calendar on the LCD screen display.Finally,when the whole point of the buzzer timekeeping.Keywords:single chip microcomputer,electronic clock,C language 目录目录 摘要.错误错误!未定义书签。未定义书签。Abstract.错误错误!未定义书签。未定义书签。目录.错误错误!未定义书签。未定义书签。前言.错误错误!未定义书签。未定义书签。1 论文设计概述.错误错误!未定义书签。未定义书签。1.1 设计任务.错误错误!未定义书签。未定义书签。1.2 设计规定.错误错误!未定义书签。未定义书签。1.3 系统整体框图.错误错误!未定义书签。未定义书签。2 系统方案选择.错误错误!未定义书签。未定义书签。2.1 总体方案设计.错误错误!未定义书签。未定义书签。2.2 重要模块的方案设计.错误错误!未定义书签。未定义书签。2.2.1 主控芯片方案.错误错误!未定义书签。未定义书签。2.2.2 显示模块方案.错误错误!未定义书签。未定义书签。3 系统模块电路介绍及设计.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.1 单片机模块.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.1.1 单片机基础知识介绍.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.1.2 STC89C51 介绍.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.1.3 单片机最小系统电路.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.2 时钟模块.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.2.1 DS1302 介绍.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.2.2 DS1302 电路原理.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.3 液晶显示模块.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.3.1 LCD1602 引脚及说明.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.3.2 LCD1602 电路原理.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.4 蜂鸣器报警模块.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.5 矩形按键电路模块.错误错误!未定义书签。未定义书签。4 系统软件设计.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.1 软件设计流程.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.2 系统设计程序.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.2.1 主程序.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.2.2 LCD1602 驱动程序.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.2.3 DS1302 驱动程序.错误错误!未定义书签。未定义书签。5 系统仿真结果及说明.错误错误!未定义书签。未定义书签。5.1 仿真软件介绍.错误错误!未定义书签。未定义书签。5.1.1 Protues 软件介绍.错误错误!未定义书签。未定义书签。5.1.2 Keil 软件介绍.错误错误!未定义书签。未定义书签。5.2 时钟系统的仿真.错误错误!未定义书签。未定义书签。6 系统实物调试及结果.错误错误!未定义书签。未定义书签。6.1 系统实物.错误错误!未定义书签。未定义书签。6.1 系统实物调试结果及说明.错误错误!未定义书签。未定义书签。总结.错误错误!未定义书签。未定义书签。参考文献.错误错误!未定义书签。未定义书签。致谢.错误错误!未定义书签。未定义书签。附件 1 主程序.错误错误!未定义书签。未定义书签。附件 2 LCD1602 驱动程序.错误错误!未定义书签。未定义书签。附件 3 DS1302 驱动程序.错误错误!未定义书签。未定义书签。前言前言 现在，电子产业随着科学技术的发展而变得日益强大。单片机的集成度也越来越高，体积也越来越小。技术的进步促使人们对智能闹钟的研究和应用的重视度极度提高，这样人们对时钟设备的规定也越来越高，又加上微解决器 ARM、FPGA、DSP 的广泛应用，电子技术更是得到了极大地提高。单片机的使用是十分灵活的，可以用于很多方面，论文中用到 STC89C51 的优势是：功耗十分的低、成本便宜、硬件设计简朴，工业控制、传感器技术，数据采集、智能控制、仪器仪表等领域中。集成电路是电子工业时代的重要发明，其中以单片机的出现最为明显，它的出现使自动控制和智能控制各方飞速的发展。单片机智能时钟的优点是体积小、价格低、可靠性高、功能全。我们广泛的用它在各种智能控制仪器定期与时间测量中，使这些仪器到达高度的自动化，键盘取代了传统的智能仪器中那些开关和旋钮，测试人员通过选择相应的按键来测试，这样就会省掉很多麻烦的人工调试过程。智能仪器可以完毕自我自动校准，自动选择合适的测量范围，大部分能自动调整测试点，这样就给我们带来了极大方便，同时精度也相应的提高了几百倍。此外，在电子科技领域，时间作为重要的参数之一，许多电参数的测量方案、结果都与他的测量有着不可分割的密切关系，所以他被广泛的应用在科研、工业控制、教学、测量仪器中。1 1 论文设计概述论文设计概述 1.1 设计任务设计任务 运用 Proteus 格式的单片机硬件编程平台上的时钟芯片 DS1302 和液晶显示器 LCD1602 实现一个“多功能智能时钟系统”。1.2 设计规定设计规定 1.设立“启动”、“停止”、时钟显示功能设立”、“日历显示功能设立”等按键，规定上电初始蜂鸣器鸣叫、继电器、电动机、数码管都不工作，按下启动键后开始进入“起始状态”，此时 LED 灯按500ms 间隔全亮全灭，硬件其余部件均不工作，只有在按下启动键后，再按下“时钟显示功能设立”和“日历显示功能设立”才进入“时钟显示”和“日历显示”状态，此时在 LCD1602 屏幕上显示相应的时钟和日期。2.规定显示数字的格式为：比如 2023 年 5 月 2 日的显示格式为02-05-12；12 点 25 分 30 秒的显示格式为12-25-30。3.扩展该智能时钟系统的功能，实现每到 59 分 57 秒开始进行整点报时，蜂鸣器鸣响 3 秒钟。1.3 系统整体框图系统整体框图 整个系统重要由六部分组成：主控模块，时钟模块，矩阵按键模块，LED 模块，蜂鸣器报警模块，液晶显示模块。系统整体框图如图 1.1 所示。图 1.1 系统整体框图 液晶 LCD1602 矩阵电路 蜂鸣器电路 时 钟 芯 片DS1302 STC89C51 LED 电路 2 2 系统方案选择系统方案选择 2.1 总体方案设计总体方案设计 拿到本次设计题目之后，我通过翻看以前的教材，借阅书籍收集了大量的资料，并在反复的论证以及老师的建议下，拟定了最终的系统设计方案。我采用的是 STC 系列的 89C51 做主控芯片，时钟芯片采用的是 DS1302，通过矩阵键盘来对系统进行操作，最后再以LCD1602 来做为液晶显示输出结果。2.2 重要模块的方案设计重要模块的方案设计 介绍主控芯片模块以及显示模块的方案设计。2.2.1 主控芯片方案主控芯片方案 方案一：假如选用我们熟悉的 STC89C51 单片机当作主控芯片。这款芯片的价钱低，使用起来较为方便。它的功能可以满足本次设计的需求。这款芯片适合本次设计。方案二：假如选用市面上的 MSP430F149 系列单片机当作我们的主控芯片。这类单片机的运算速度不久，是一款内置 12 位 ADC 的高性能且能耗低的 16 位单片机。但是由于它的成本高，并且它是用TPFQ 来进行封装的，所以得运用 PCB 版图来制版，不适合我们手工焊接。这些种种因素极大的提高了我们本次设计的难度和成本。通常，这类单片机合用于手持等设备，不适合我们开发项目。方案三：假如选用 ARM 公司的 STM32 系列当作主控的芯片。此系统中没有必用到这么高级的主控。由于我们这次毕业设计所要用到的系统主控芯片必须要满足我们设计规定的运算能力，还要有成本低廉，功耗低，体积小，使用起来方便等特点。所以我们不管是从价格还是我们芯片的各项性能指标上，讨论得出第一种方案是最适合我们本次的设计方案。2.2.2 显示模显示模块方案块方案 方案一：选用 LCD1602 字符液晶作为显示模块，它不仅成本相对低廉之外，它尚有助于用户控制。由于它可以在液晶上面显示数字与字符的信息。同时，它在后期驱动程序的编写上也较为容易，满足本次设计规定。方案二：选用 LCD128x64 液晶作为显示的模块。它可以实现字符的显示，也可以显示出图片，但是图片色彩只能是黑白，且精度不高，并且成本也很高。本次设计中不用对图片进行显示，所以对整个显示的设计效果不适合。方案三：选择主控为 TFT 的带字库的 320 x240 的彩色液晶作为显示模块,可以显示出我们经常使用的的汉字、ASCII 码、并且他的液晶屏的分辨率高、同时也可以描绘出彩色的图片。但在此系统中我们只需要简朴的字符显示，且考虑到价格的因素，所以不考虑用此芯片作为显示。方案四：采用数码管显示。数码管的设计复杂且后期驱动程序难写，尚有连接时需要很多的 I/O 口。不适合开发此项目。综合以上方案，我们选择了方案一作为显示器。3 3 系统模块电路介绍及设计系统模块电路介绍及设计 本设计的系统模块电路大体分为以下几部分，下面为大家分别来介绍这几个模块电路的重要信息。3.1 单片机模块单片机模块 单片机是一个微型的计算机系统。它是一种高度集成的芯片。它将 CPU，RAM，ROM，定期器、中断系统、计数器等功能集成起来。由于单片机的高度集成，体积小，实用性强，运算效率高，价格便宜以及使用起来较为方便。所以本次设计中，系统采用 STC89C51单片机作为主控芯片。3.1.1 单片机基础知识介绍单片机基础知识介绍 1.单片机的定义 单片机是一个高度集成了 CPU，RAM，ROM，内部和外部总线的微型且完整的计算机系统。单片机是通过导入程序来实现指定的功能。所以单片机也是十分的智能化。虽然单片机只是一块小小的芯片，但是它却拥有价格便宜，运算效率高，实用性强，性能好，集成度高，体积小，使用方便，质量轻等优点。所以，在学习和生产中，单片机受到了大量的使用者的青睐。单片机在工业发展中被使用的相称广泛。单片机从初期的 8 位或 4 位发展到 16 位。随着科技的飞速发展，在 90 年代，16 位的单片机迅速的取代了 16 位的单片机，并且延用至今。到现在为止，32 位单片机晶振的频率已经超过了 300 兆赫兹，价格也越来越便宜，得到了广泛的应用。单片机也由于难度不大，易于理解，使用简朴等因素作为我们电子专业的一个非常重要的学习和实践的内容。在本次的设计中，采用STC89C51 单片机做出的一个多功能智能时钟系统，使用 C 语言编程，将程序导入到系统内，再反复进行调试。最终实现所规定的功能。2.单片机的运用 单片机不仅应用于我们的教学当中，在我们生活生产的各种电子产品中，都能看到单片机的影子。应用领域大体有以下几点：一、由于单片机的功耗小，体积小，效率高，使用起来也十分的方便，所以在各类的仪器仪表和精密的测量设备中，比如说示波器等，都有单片机的存在。二、同时，单片机的用途在医疗领域中的使用情况也是十分的常见。比如说是血糖仪，超声仪，血液细胞分析仪，血压计等等。三、单片机在我们家电里面的应用更可谓是无所不在。大到电视机，空调，冰箱，洗衣机，小到照相机，手机，电子秤，计算器都集成有单片机。随着我们的家电越来越智能化。而单片机由于集成度高，可靠性高，功能好，体积小，功耗低等优点，更加受到各个生产厂家的青睐。四、各个商场的智能报警系统，电梯的智能控制以及便民的自助缴费系统等等都是运用单片机可以形成多钟多样的控制系统的特点。所以，在工业领域中，它可以得到广泛的应用和使用者的认可。五、单片机为计算机通信，提供了一个良好的物质条件。比如说在地铁站里，工作人员使用的无线对讲机，各个学校寝室里面使用的互换机尚有单元楼下面的呼喊系统等等。可见，单片机对于我们生活生产来说是多么的重要。为我们提供了很大的便利。当然在这次设计的多功能智能时钟系统中，单片机也起到了至关重要的作用，随着科技的发展，单片机的性能也越来越好。不管是在设计还是操作中，都为我带来了很多的便利。3.1.2 STC89C51 介绍介绍 1.STC89C51 的重要特性 单片机的重要特性如表 3.1 所示。表 3.1 STC89C51 重要特性表 2.STC89C51 芯片介绍 许多硬件设计中都有单片机的存在，由于它编程简朴灵活的特点，得到大量用户的认可。STC89C51 引脚图如图 3.1 所示。图 3.1 STC89C51 引脚图 下面介绍一下其中一些引脚功能：Vcc 和 Vss：Vcc 接5V 电压，Vss：P20 接地。3.1.3 单片机最小系统电路单片机最小系统电路 单片机的最小系统电路重要是由晶振电路和复位电路构成。接下来，分别来介绍这两部分电路。1.晶体振荡电路 假如想要单片机可以正常工作的话，我们就得保证晶振可以起振并且使用恰当的晶振电容。在本次设计中，我采用的是 11.0592MHz 的晶振，和两个大小为 33pF 的电容。其中，一个的作用是通过 XTAL1接口提供谐振频率。另一个则是为了能在 XTAL2 口输出波形为正弦波的高频信号。晶振电路如图 3.2 所示。图 3.2 STC89C51 晶振电路图 2.复位电路 除了要保证晶振电路的对的以外，我们还应当关注复位电路的设计是否得当。复位操作就相称于是初始化。在许多的意外情况导致系统犯错时，复位操作通常都可以帮我们解决问题。外部复位电路的复位方式分为两种，一种是手动复位，另一种是上电复位。在本次的设计中，我采用的是手动复位的方式。手动复位电路的设计原理和思绪比较简朴易懂，我们只需要通过按下在 VCC 和复位端之间的按键来将 VCC 的正 5 伏的高电平传入到复位端。只要两边电路保持连通的时间超过 10ms，那么单片机就会进入到复位状态。复位电路如图 3.3 所示。图 3.3 STC89C51 复位电路 复位后，PC=0000H。所以，程序一般会从 0000H 开始执行。单片机复位时各寄存器的状态如表 3.2 所示。表 3.2 单片机复位时的状态表 3.2 时钟模块时钟模块 本次设计中采用的是由美国 DALLAS 推出的 DS1302 时钟芯片。3.2.1 DS1302 介绍介绍 DS1302 是由美国一家公司推出的一款可以对时间进行设计的软件，它存储着时间、年月日、闰年读取等功能。和我们平常生活中所使用的电子表差不多。在设计中采用此芯片的重要因素是它的能耗低，且满足实时性。工作电压宽为 2.5V5.5V。与主控进行通信时采用三线同步式，数据传送方式独特，可以同时传送多个数据字节。内部存在很多的 RAM 寄存器，在通信时只需要读取寄存器就可以知道时间等数据信息。因其具有价格便宜，使用简朴的特点，所以 DS1302是现在在教学中的使用较为流行。在本次设计中，我们使用 STC89C51 往 DS1302 里面写入时间来进行时间设立，也从 DS1302 里面读取出时间，所读取出的时间通过LCD1602 显示出来。实现了时钟系统的一个基本功能，我们所使用到的 DS1302 的功能涉及了对年、月、日以及时、分、秒的计时。接下来，我们对 DS1302 的各个引脚进行具体的说明。引脚如图3.4 所示。图 3.4 DS1302 引脚 DS1302 的各个引脚的具体功能如表 3.3 所示。表 3.3 DS1302 各个引脚的功能 3.2.2 DS1302 电路原理电路原理 时钟模块的电路如图 3.5 所示。图 3.5 DS1302 电路原理图 3.3 液晶显示模块液晶显示模块 设计中通过液晶显示屏将时钟的年月日及时间显示出来。3.3.1 LCD1602 引脚及说明引脚及说明 LCD1602 的使用方法较为简朴方便。我们在画 PCB 的时候，只需要留一排插针就好了，在焊接实物的时候，只需要将液晶显示器插上去就行了。这一部分，需要我们做的最重要的事就是将驱动程序编写好，可以在显示屏上显示我们想要的内容。由于 LCD1602 液晶显示器的开发应用简朴，所以在本次设计中选择它来作为显示屏是最为合适但是了的。而我们具体采用的是字符型的两行 16 字的液晶显示器。LCD1602 液晶显示器采用了标准的 16 脚接口。其中引脚如图 3.6 所示。引脚功能如表 3.4 所示：图 3.6 LCD1602 引脚 表 3.4 LCD 引脚功能 3.3.2 LCD1602 电路原理电路原理 LCD 1602 与微解决器的连接电路如图 3.7 所示。图 3.7 LCD1602 与微解决器的连接电路 其中，在这部分电路设计的时候，我设计了一个滑动变阻器和一个电阻。滑动变阻器的作用是调整 LCD1602 背光的亮度。电阻则是起到保护整个电路的作用，防止电流过大，导致元器件的损坏。3.4 蜂鸣器报警模块蜂鸣器报警模块 多功能智能时钟系统设计中，添加了整点报时的功能，采用蜂鸣器作声音报警。报警电路如图 3.8 所示：图 3.8 蜂鸣器报警电路 3.5 矩形按键电路模块矩形按键电路模块 人机界面是智能化设计中必不可少的部分，本设计有两部分的人机界面。LCD1602 液晶显示界面，另一部分则是键盘输入采集。本设计中采用矩阵键盘按键对时间值和日期值进行设立。在设计中我们采用单片机来对矩阵按键进行扫描，然后得到相应的值，来加减时间值和日期值。液晶上同时可以看届时间值和日期值的改变。设计中采用一个矩阵键盘，相对来说是十分的简朴的，且价格十分的便宜，主控芯片的解决压力不大，满足设计的同时又能合理的运用资源。设计电路图如图 3.9 所示。图 3.9 按键电路 4 4 系统软件设计系统软件设计 4.1 软件设计流程软件设计流程 本次设计的内容是一个多功能的智能系统。这是一个基于单片机的设计。在编写程序的时候，我们采用的是总分结构。先将主程序编写出来。再根据不同的功能模块进行程序的编写。这样的方式有助于我们后期调试的时候，可以更加快速准确的定位到问题的所在。编写程序之前，应当先画出流程图。理清楚每个功能是如何通过程序一步一步来实现的。所以流程图对于编程来说是至关重要的。有了流程图，我们的程序该怎么去写都已经一目了然了，大大的提高了我们编程的效率。下面一一来介绍时钟系统中重要模块的程序流程图。图 4.1 主程序流程图 图 4.2 DS1302 实时控制芯片流程图 图 4.3 LCD1602 液晶显示控制流程图 4.2 系统设计程序系统设计程序 本次的时钟系统设计中，编程语言我采用的是 C 语言。由于之前在课堂上我们专门学习过 C 语言，对 C 语言也有一定的了解。再加上C 语言相比汇编语言可读性更高，更加利于我们理解。所以，我最终选择 C 语言作为本次程序的编程语言。在程序设计的时候，由于之前已经将主程序和各个模块的流程图画出来了。所以我们在编写程序的时候为我们带来了很大的便利。有了流程图，加上老师给我的程序模块，再根据需要实现的功能，自己再对程序进行编写。通过 Keil 软件将我编写的代码编译为机器可以辨认的机器码，再运用 Protues 软件将程序导入到仿真电路图，根据得到的结果来对电路和程序进行修改调整，通过反反复复的修改，最终实现其功能。我们在进行设计的时候也有一定的技巧，比如说，我们先将单片机配置好，再把编写好的 LCD 驱动程序导进去，看功能是否可以实现。然后再将时钟模块以及其他模块的程序分别导入进去，一一来检查，程序是否可以准确的运营。4.2.1 主程序主程序 具体程序参见附录 1。4.2.2 LCD1602 驱动程序驱动程序 具体程序参见附录 2。4.2.3 DS1302 驱动程序驱动程序 具体程序参见附录 3。5 5 系统仿真结果及说明系统仿真结果及说明 5.1 仿真软件介绍仿真软件介绍 在本次设计中，重要采用的是 Protues 以及 Keil 这两款软件，下面会分别来介绍这两款软件。5.1.1 Protues 软件介绍软件介绍 Protues 是一款由一家英国电子公司开发的，在 Windows 操作系统上运营的可以对电路进行分析以及对实物进行仿真的软件。这款软件优于其他 EDA 工具，尚有一个更加重要的因素，就是 Protues 还可以仿真单片机和外围的器件。所以不管是在单片机的开发应用中，还是单片机的教学中，Protues 已经成为了仿真的首选软件。Protues 除了具有简朴且实用性强的 ISIS 原理布图，ARES PCB 布线和 SPICE 仿真的基本功能外，还可以通过键盘，LED 灯等外设让使用者进行与电路的实时交互仿真，以及通过仿真单片机，直接在原理图上导入程序，并且可以得到输出的结果。Protues 也为我们提供了大量的使用资源。其中仿真的元件就包含数字，模拟，直流，交流等等，且其数量就上千种。除了丰富的仿真元器件资源，并且还蕴藏了丰富的仿真仪表资源。其中就涉及了电压表，电流表，示波器，信号发生器等等。不仅仅是存在了这么多的仿真仪器，并且还具有一个图像显示功能，可以让我们更加直观的看到线路上的信号的变化情况。甚至比实际的示波器具有更多的功能。同时，这些仪器还能提供参数的一个抱负状态下的指标，这样我们在使用这款软件时，会更加的便捷。Protues 也可以在电路上使用模拟信号和数字信号进行测试。Protues 除了强大的功能外，还因其能直观的看见模拟的实物运营的过程和结果，所以不管是在生产应用还是在教学工作中，Protues 这款软件使用的情况相称的广泛。并且，这款软件也为使用者们提供了一个十分便利的平台。这让我们在学习的过程中，可以更好地去实践，去发明。在本次设计中，我们便采用了 Protues 软件对时钟系统进行了仿真。在使用过程中，操作简朴易学。并且电路中所需要的元器件在软件的元件库中都能顺利找到。这款软件对我们的原理图的对的性，合理性都进行了检查。导入之前通过 Keil 编译后的程序，再运用仿真的实验仪器对时间和日历显示，LED 闪烁，以及蜂鸣器的整点报时进行了测试。有了这款软件，对元器件的采购又有了新的选择。5.1.2 Keil 软件介绍软件介绍 Keil 是由美国一家公司研发的 MCU 软件开发系统。Keil 现在是一款主流的集成开发调试工具，它的库函数十分的丰富，功能也很强大。它重要的功能还是我们输入的源程序代码变成机器可以辨认的机器码。Keil 运用 uVision 将 C 编译器，库管理，宏汇编和仿真调试器组合的一个完整的开发方案。我们本次设计使用 Keil 软件是在 Windows XP 的环境下运营的。在设计中，我选择的是 C 语言来进行编写程序。由于在大一的时候专门学习过 C 语言的课程，所以自己有一定的基础。再加上 C 语言相较汇编语言，更加简朴易懂，便于我们编写。以下是 Keil 软件具体的操作环节：（一）新建工程：打开 Keil 软件，在屏幕上面的菜单选项中点击“工程”，然后在下拉菜单中点击“新建工程”选项。在弹出的文本框内，先选择保存的途径并输入工程文献的名字，点击“保存”。（二）选择单片机型号：在弹出的页面内选择我们本次所采用的型号为“STC89C51”的单片机。然后点击“拟定”。（三）新建文献：在屏幕上方的菜单栏点击“新建”，在下拉菜单中点击“新建项目”。再点击“保存”按钮，选择文献名右侧的文本输入框内输入文献并填写对的的扩展名。点击“保存”。（四）将文献添加进工程：在屏幕左侧的文本框内，右键点击工程下的文献夹，在弹出的下拉菜单选项中选择添加文献到*，然后在弹出的文本框内选择之前新建的文献。（五）运营：输入我们之前编好的 C 语言程序，在屏幕上面的菜单选项中点击“工程”，然后在下拉菜单中点击“建造目的选项”，编译成功后，再点击“调试菜单”，在下拉菜单中点击“开始/停止调试”。（六）调试：点击“调试”按钮，在下拉菜单中点击“运营”，然后再次点击“调试”按钮，在下拉菜单中点击“停止运营”选项，通过寄存器窗口、存储器窗口以及外围设备窗口等就可以看到程序运营后的结果。5.2 时钟系统的仿真时钟系统的仿真 一方面，使用 Altium Designer 软件，完毕了时钟系统的完整电路图。在老师的指导和帮助下，把电路图修改好。然后在使用 Protues 软件重新将电路原理图画出来。由于之前已经画过电路图，所以再次画的时候，效率也很高，并且对的性也达成规定。完整电路图如图 5.1所示。图5.1 时钟系统电路原理图 在完毕了电路原理图后，就开始着手准备程序。由于考虑到易用，我们选择的是 Keil 软件来进行编程。由于这个系统分为几大模块。所以我们的程序也是按照所划分的这些模块来一一进行编写。我们的思绪是一方面编写主程序，然后再编写 LCD 程序，时钟程序，报警程序等。将 LCD 程序编好后，在主程序中调用 LCD 程序。再将主程序加载到 Protues 里面的仿真电路里面。观测 LCD 液晶显示器是否开始工作，再根据实际碰到的一些问题，修改程序，并进行调试。最终，将其功能实现。接下来的时钟程序，报警程序等等也采用同样的方法对其进行仿真和修改。在调试的过程中，我们采用的是一部分一部分的去实现功能。这样做有一个最明显的好处，就是便于我们发现问题。假如我们一开始就将所有程序都写在一起，那么出现问题后，我们很难定位到出现问题的程序具体在哪一部分。程序分开来写也便于我们学习和理解，毕竟在之前的学习中，我们接触的代码量少，对代码理解起来也较为困难。所以我们在编写程序的时候，采用这种方法，能大大的提高我们的效率。在设计中我们碰到了许多的问题。其中有几点很值得我们的注意，就是不要漏掉单片机的复位电路和晶振电路。不然单片机无法正常的工作。尚有就是，注意其他模块电路的正负极不能接反了。在 proteus 软件中进行智能时钟电路原理图的绘制，绘制结果如图5.2 所示。图中采用的主控芯片是STC公司出品的STC89C51，加上LCD1602液晶显示电路和一个矩阵键盘组成，加上一些外围的蜂鸣器和LED提醒电路，图中的左下部的那个芯片为时钟芯片DS1302，时钟芯片右部为蜂鸣器，原理图中尚有单片机的晶振电路和单片机的复位电路。在本次设计中，重要实现的功能有：上电后，蜂鸣器鸣叫，LED灯亮，再进入到初始化页面后，LED灯以500ms的频率闪烁，通过按键的操作在液晶屏上显示时间和日期。显示数字的格式为比如2023年5月2日的显示格式为02-05-12；12点25分30秒的显示格式为12-25-30。最后扩展了一个整点报时的功能。在59分57秒时，蜂鸣器开始报警，报警时间连续3秒，报警在00分00秒停止。6 6 系统实物调试及结果系统实物调试及结果 6.1 系统实物系统实物 系统实物如图6.1所示：图6.1 智能时钟实物 6.1 系统实物调试结果及说明系统实物调试结果及说明 1.插上电源，进入初始界面。在液晶显示屏上显示：WelcomeRTC，LED 灯亮，如图 6.2 所示。图6.2 进入系统初始界面 2.LCD液晶显示器显示时间和日期。如图6.3所示。图6.3 时间和日历显示 3.LED灯按照500ms的频率闪烁。如图6.4所示。图6.4 LED闪烁 总结总结 本次设计我做的是一个基于 LCD 的多功能智能时钟系统。虽然在以前的课程中学习过怎么画电路图，PCB，仿真，也学习过编程，焊过板子。但是我却没有将这些事情联系起来完完整整的做过一个项目。通过这次自己独立的完毕设计，我收获到了很多。不仅对以前学习的知识有了一个巩固，并且也更加了解做一个单片机系统的实物应当注意哪些问题。在这个时钟系统设计中，采用什么型号的单片机，显示器和时钟芯片。通过几番思考，在考虑了价格，效率，实用性等因素后，最终决定。在选择方案时，通过在网上查找资料，征询黄老师后，我对这几款芯片又有了更进一步的了解。在系统模块电路和软件的设计中，通过查找书本上的资料以及黄老师的指导下，还算进行的顺利。对各个模块电路的功能，程序实现的功能都有了一定的了解。虽然在之前的课程中使用过 Keil 和 Protues 这两款软件，但是对这两款软件的使用也很不熟悉。所以在后面仿真的时候，自己也下了很大的功夫，查阅资料，征询老师。然后在电脑上实际操作软件，慢慢的，对这两款软件的使用纯熟起来。最终也顺利完毕仿真。在本次设计中，我得到了很多收获。不仅仅是对单片机，电路，程序这些知识的掌握，更多的是让我懂得了碰到问题后，不逃避，积极解决的道理。虽然在这次的设计中，不是一帆风顺，碰到了很多问题，但是最后在我的不懈努力下这些问题也被一一的解决了。参考文献参考文献 1 王昌平.电子时钟设计M.电大理工学报,2023.2 李军.单片机技术基础M.电子科技大学出版社,2023.3 王同洲，郭云华.基于单片机的电子时钟系统 M.中国传媒大学学报，2023.4 李宇忠,徐宏飞.电子时钟系统M.西安电子科技大学出版社,2023.5 彭小军,周功海.C 语言编程技巧M.浙江电工高专学报,2023.6 翟小文,刘儒南.多功能时钟M.西安理工电子学院学报,2023.7 徐林波,李云英.基于单片机的多功能智能时钟M.自然与科学,2023.8 戴勇凌.时钟的设计M.国外电子元器件,2023.9 何萍萍.可调控的时钟系统M.中国电子现代化,2023.致谢致谢 毕业设计已经完毕了，这意味着我的大学四年的学习生活即将画上一个圆满的句号。不管是在学习还是生活中，感谢这四年来，所有帮助过的老师和同学。正是由于你们的帮助，我才干快速的成长起来。从一个刚进大学懵懵懂懂，稚气未脱的小孩变成了知道自己要积极学习，做事也不再莽撞，为人也应当谦虚低调的大人。虽然即将离开学校，但是这并不意味着不用再学习了。反而，在以后的工作中，尚有更多的东西需要我们去认真学习，更应当努力的去奋斗。通过实际的工作来累积自己的经验，通过大量的学习来提高自己的能力。并且，还要去学习新的东西，跟上社会发展的脚步。这样才不会被社会淘汰。感谢这四年来，班里的每一位同学。是你们让我在学校感受到了家的温暖，感受到了同学和同学之间的深厚的友谊。更要感谢每一位教过我的老师。你们不仅专家了我们知识，更多的是教会了我们做人的道理。在这里，我要郑重的感谢一个人，就是我的指导老师 XX 老师。不仅教会了我学习的方法，还教会了我碰到困难的时候，如何去解决问题，而不是去逃避困难。感谢黄宇老师，正是由于他一丝不苟的教学态度，丰富的教学经验，全面悉心的指导下，我才干顺利的完毕本次的设计。附件附件 1 主程序主程序 /*文献名:main.c*Copyright 成都理工大学工程技术学院电计系*创建人:xx*日 期:2023.02.01*修改人:xx*日 期:2023.05.01 *描 述:系统主函数*全局变量：待显示十进制数组*/#include common.h#include uart.h#include timer.h#include lcd1602.h#include ds18b20.h#include button.h#include display.h#i