数字时钟设计方案

目录：

第一章设计目的 0

第二章设计要求 (1)

第三章方案确定 (2)

第四章方案设计 (3)

第一节220V电源供电部分 (3)

第二节时钟和温度部分方案设计 (3)

第三节单片机的选择 (5)

第四节显示器件选择 (5)

第五节温度方案选择 (6)

第六节串口通讯方案选择 (7)

第五章性能测试 (9)

第六章结果分析 (12)

第七章个人工作 (13)

第八章设计体会 (14)

第一章设计目的

智能仪表课程设计是自动化专业的专业实践课程。

本课程的任务是通过设计完成一个具有完整功能的单片机系统，是学生掌握目前典型自动化仪表的一般设计要求和设计方法，掌握开发及设计工具的使用方法，通过这一设计实践过程，锻炼学生的动手能力和分析、解决问题的能力；培养对所学知识的综合应用能力。

随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。

本设计是数据采集及处理，显示系统与单片机有效结合，本设计是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识的综合应用，以及查阅资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础

第二章设计要求

带秒表/时钟计时器，万年历的显示屏设计。

基本功能要求：

1.可动态左右，上下显示“中国计量学院欢迎你”；

2.在5秒按键无操作则以24h（小时）计时方式显示时、分、秒；

3.使用按键开关可实现时分调整；

4.具有闹钟功能，声光提示。

扩展功能：

1.数字时钟/圆形时钟显示可转换；

2.显示汉字可设置；

3.可232通讯显示计算机传送字符；

4.其他扩展功能。

第三章方案确定

经过小组全体组员讨论，最终确立方案制作时钟。在时钟基本功能实现的基础上，小组成员对扩展功能进行讨论并达成共识。最终决定设计的时钟除基本功能外，还具有以下扩展功能：

1.可以显示，设置年，月，日，并且有闰年补偿功能，

2.可以上下滚动左右滑动显示字符串功能；

3.可以自定义汉字功能；

4.可以232通讯，显示出字符功能；

5.具有温度显示功能；

6.具有断电时间保护功能。

第四章方案设计

第一节220V电源供电部分

由于以前参见过电子设计大赛，所以有220V AC转9V DC的电源，我们在起基础上添加了一个7805三端稳压管，加之滤波电容，转换成单片机可以用的DC 5V电

图4-1 电源转换原理图

第二节时钟和温度部分方案设计

（1）方案设计思路

按照系统的设计功能要求，本时钟温度系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力配合DS1302 和DS18b20

来控制时钟和温度的调整显示。获得时钟温度数据信息，单片机对其进行一系列的处理，最后通过液晶显示出来。

（2）时钟系统方案论证

方案 1：

通过单片机内部的定时器/计数器，用软件实现，直接用单片机的定时器编程以实现时钟。

方案 2：

用专门的时钟芯片（DS1302）实现时钟的记时，再把时间数据送入单片机，由单片机控制显示。虽然用软件实现时钟硬件线路简单，但是程序运行的每一步都需要时间，多一步或少一步程序都会影响记时的准确度，对定时器定时也不是十分准确，时钟精度很低，对于我们实现所需要的功能造成软件编程非常复杂。用专用时钟芯片硬件成本相对较高，但它的精度很高，软件编程很简单。综上所述，选择方案2。

图4-2 DS1302管脚图

图4-3 DS1302电路原理图

第三节单片机的选择

对于单片机的选择，如果用8031 系列，由于它没有内部RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不可用；51 系列单片机的ROM 为4K，对于我们设计的系统可能有点小；52 系列单片机与51 系列的结构一样，而ROM 扩大为8K，对我们设计系统提供充足的空间进行功能的扩展。再有51 系列单片机与52 系列的单片机价格差不多。因此，我们选择STC89C52RC的单片机。

第四节显示器件选择

方案1：用数码管或点阵LED 显示。

方案2：用液晶1602 显示。

方案3：用液晶12864 显示。

时钟和温度的显示可以用数码管或LED，而且价格便宜。但是数

码管的只能显示简单的设计的系统，与我们设计要求也不相符。有很多东西需要显示，还是用显示功能更好的液晶显示器比较好，它能显示更多的数据，用1602 液晶显示数据有限，1602 不能够显示汉字，只能够显示一些基本的西文字符，显示数据的可读性不好，用可以显示汉字的12864 液晶显示器还可以增加显示信息的可读性，至于指针的转动则才用12864 加ds1302同步控制，让人看起来会很方便。虽然它们在价格上差距很大，但是1602不能够实现我们的要求，12864.是我们唯一的选择。

为了可以用键盘调节屏幕亮度，我们用了两个9014三极管，当做开关，离散式控制屏幕亮度。SDA接P2^1，SLC接P2^0，Q2的C接LCD12864的20管脚，控制两个I/O口的电压，使其Q1，Q2工作在导通与截止状态，达到开关的作用。

图4-4 LCD12864背景光控制原理图

第五节温度方案选择

方案1：

用热敏电阻等测温元件测出电压，再转换成对应的温度。需要比较多的外部元件（A/D 转换）支持，且硬件电路复杂，制作成本相对

较高。

方案2：

用DS18B20 直接测温。DS18B20 温度传感器是美国DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12 位的数字值读数方式。经比较，我们选择方案2。

温度实现只能通过外部的温度传感器来实现。经上网查阅及市场考察，DS18b20 体积小，只有3 只脚，电路接法简单。精度为

0.5°C，也符合我们设计的要求。DS18B20 也是我们通常使用的

型号，因此温度传感器用DS18B20。

图4-5 DS18B20电路原理图

第六节串口通讯方案选择

根据设计要求，要用RS232串口通讯计算机显示计算机传送地

字符，因为我们团队的计算机都是比较新的，没有RS232这样的串口，所以我们用USB转RS232连接线完成电脑与单片机的链接，单片机方面我们用MAX232这个芯片与计算机链接，串口通讯方面，MAX232有着得天独厚的优势，首先不用写驱动程序，只要设置好定时器的工作方式和初值，就可以进行通讯，其次，它的外围硬件电路很简单，使用方便，而且，它的传送准确度很好，不易出错。

图4-6 RS232通讯电路原理图

第五章性能测试

图5-1 实际焊接好的电路板图

实际的电路板焊接好以后，我们用万用表测量每一条线路是否短路和短路，改正了一些错误后终于，实现了预期效果，在无插芯片的条件下，测量各个脚的电压，看起是否正常。

尔后插入单片机,DS1302,DS18b20和MAX232测量其数据口，看其是否正常工作，结果工作正常。

图5-2 数字显示时间界面图

按下做下角的模式选择键，进入时间设置状态，连按或者按左上角的功能选择键进入闹钟和自定义汉字设置界面

图5-3 闹钟和自定义汉字设置界面图

假若五秒按键无操作，系统会自动跳入24小时显示的时间显示和汉字滚动界面

图5-4 时间显示界面和汉字滚动界面图

至此，可以判断出，DS1302，DB18b20和LCD16824部分没有问题，在进行串行口通讯试验，重启单片机和掉电测试后，确认整个电路板正常工作，软件正常工作。

第六章结果分析

经过各个阶段的测试后，我们的圆满完成了设计方案，完成了这个项目，期间代码一千五百余行，优化的时间就可以再写一次数字钟的程序了，硬件方面从最初的设计，到方案确定，直至调试成功，与软件匹配的很好。

实现的功能有:

1）可以显示，设置年，月，日，并且有闰年补偿功能。

2）可以上下滚动,左右滑动显示字符串功能。

3）可以自定义汉字功能。

4）在5秒按键无操作则以24h（小时）计时方式显示时、分、秒。

5）具有温度显示功能。

6）具有断电时间保护功能。

7）使用按键开关可实现年月日时分秒调整。

8）具有闹钟功能，声光提示。

9）显示汉字可设置。

10）可232通讯显示计算机传送字符。

11）屏幕亮度可调。

12）可以直接用220V交流电供电。

13）具有秒表功能。

第七章个人工作

个人工作：

在此次的课程设计中，我的任务是以下几部分：

1.硬件部分：修改电路图，参与硬件调试工作。

2.软件部分：编写，调试和优化除MAX232所有程序。

3.设计调试方案并进行调试。

第八章设计体会

通过此次课程设计，单片机系统的设计能力有了很大的提高。

因为以前参见过学校的电子设计大赛，我负责的是硬件，本着全面发展的原则，我这次负责软件，工训的张科曾说过，“数字钟就是软件编程，如果把数字钟的程序变好，以后就没有编不出的程序了”，虽然因为伙伴们的选择，最终没能才加成次培训，但是我还是深深地记住了这句话，在这次课程设计里，我从一开始负责的就是软件，看数据手册，写驱动，调试，优化，每个白天，每个夜晚，我都在全身心的投入其中，终于在开发板上实现了全部功能，先于硬件做出结果，然后由于硬件有错误，我有参与了硬件的调试，和与软件的整合，在这半个月里，我获得了很大的提高，以前一些不熟悉的知识，方法，现在掌握了，不知道的知识，现在熟悉了，希望以后又更多的机会。

在这次课程设计中，我们团队配合的很好，在开始分工明确，并且经常讨论。虽然遇到过分歧，但大家各抒己见，进行思想风暴，发现问题，讨论问题，解决问题，我们一次又一次的进行这个工作，终于在我们三名同学的配合下完成了这个课程设计，锻炼了我的团队合作能力

参考文献：

[1]万福君，潘松峰，刘芳，吴贺荣，王秀梅. MCS-51单片机原理、

系统设计与应用. 北京：清华大学出版社，2008

[2]刘莉，董渊，张瑞丰. C++语言程序设计（第3版）. 北京：清华

大学出版社，2009

[3]陆蓓. C语言程序设计. 北京：科技出版社，2004

[4]李青. 电路与电子技术基础. 杭州：浙江科学技术出版社，2005/

成都：西南交通大学出版社，2005