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1.1選題的意義和背景 單片機(jī)自問(wèn)世以來(lái)，就以其高性能、低成本的特點(diǎn)受到人們的歡迎，廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，目前單片機(jī)的應(yīng)用已滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，如手工業(yè)，建造業(yè)等。其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷得擴(kuò)展。在電子時(shí)鐘未出現(xiàn)之前，人們采用石英鐘，但這種石英鐘在夜間的時(shí)候無(wú)法看到時(shí)間，所以電子時(shí)鐘的出現(xiàn)為人們的生活提供了極大的便利，得到了社會(huì)的歡迎，在社會(huì)上占有相當(dāng)一部分市場(chǎng)。而利用單片機(jī)功能集成化高，造價(jià)便宜等相關(guān)特點(diǎn)，作為計(jì)時(shí)的工具，它要保證計(jì)時(shí)誤差在合理的范圍內(nèi)，由于該作品不需要用到精確計(jì)時(shí)等科研方面，所以可以采用簡(jiǎn)單的微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。如今，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域突飛猛進(jìn)的發(fā)展，使得一些電子元器件的應(yīng)用普遍到各個(gè)角落。綜合上述優(yōu)點(diǎn)，使用微型計(jì)算機(jī)是一種可靠方式。 我們小組在經(jīng)過(guò)討論相關(guān)文獻(xiàn)資料，反復(fù)推敲后，決定利用所學(xué)知識(shí)，制作一個(gè)單片機(jī)電子時(shí)鐘。 1.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 基于本學(xué)期所學(xué)的51單片機(jī)的定時(shí)器計(jì)時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)編程控制51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，并通過(guò)Lcd1602液晶顯示屏反饋所記錄下的時(shí)間和日期，時(shí)間和日期可以通過(guò)矩陣鍵盤(pán)進(jìn)行修改，該作品因?yàn)闆](méi)有用到外接模塊的使用所以無(wú)需涉及到外部電路的連接，沒(méi)用使用DS1302時(shí)鐘芯片，不用掉電保存。 1.3設(shè)計(jì)目的 （1）通過(guò)對(duì)keil軟件的多次應(yīng)用，編寫(xiě)程序，鞏固了本學(xué)期所學(xué)的知識(shí)，提高分析程序的能力。 （2）對(duì)STC89C52單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的相關(guān)使用方法更加熟悉。 （3）熟悉LCD1602液晶顯示屏的使用方法。 （4）學(xué)會(huì)利用Proteus仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，驗(yàn)證電路功能是否正確，使設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)便。 1.4總體設(shè)計(jì)方案 通過(guò)分析可以知道，所要得到的時(shí)間信息為時(shí)、分、秒、年、月、日。我們可以通過(guò)定時(shí)器計(jì)時(shí)的方式，秒位每秒加一，到60后歸零，分位加一，以此類推，只要規(guī)定好相關(guān)范圍，例如：分秒的最大值為60，時(shí)的最大值為12或24等，再通過(guò)液晶顯示示數(shù)，我們的電子鐘就完成了，所以如何合理的編程，保證邏輯的嚴(yán)密性是最主要的任務(wù)。 2.1硬件原理 如圖2-2中STC89C52RC的9號(hào)引腳連接復(fù)位電路，18、19號(hào)引腳連接晶振電路，10號(hào)為RXD，11號(hào)為TXD與VCC和GND可以通過(guò)TTL燒錄程序。 電子鐘系統(tǒng)由主控制器STC89C52芯片、單片機(jī)復(fù)位電路、獨(dú)立按鍵電路、時(shí)鐘振蕩、LCD1602顯示屏幕還有矩陣按鍵電路組成。 整個(gè)軟件的結(jié)構(gòu)由定時(shí)器控制計(jì)時(shí)，Lcd1602顯示時(shí)間、日期，通過(guò)外接的矩陣鍵盤(pán)修改時(shí)間，獨(dú)立按鍵k3控制電子鐘進(jìn)入修改數(shù)值狀態(tài)；定時(shí)器在單片機(jī)通電后開(kāi)始計(jì)時(shí)，液晶顯示屏幕每隔0.2秒顯示時(shí)間和日期的數(shù)值。在不修改時(shí)間時(shí)定時(shí)器正常工作。當(dāng)需要修改時(shí)間時(shí)，通過(guò)獨(dú)立按鍵k3控制單片機(jī)進(jìn)入修改狀態(tài)，通過(guò)矩陣鍵盤(pán)確定要修改的數(shù)值，通過(guò)特定的按鍵選擇確定要修改的位置，修改完成后自動(dòng)重新進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 2.1.1 STC89C52復(fù)位電路 在上電或復(fù)位過(guò)程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。 STC89C52RC工作電路論用戶使用哪種類型的單片機(jī),總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開(kāi)始執(zhí)行。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。我們小組在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本來(lái)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)代碼寫(xiě)的并沒(méi)有任何錯(cuò)誤，但在連接單片機(jī)演示時(shí)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象,經(jīng)詢問(wèn)才得知這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。 2.1.2 STC89C52時(shí)鐘電路 時(shí)鐘在單片機(jī)中非常重要，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)。時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 時(shí)鐘在單片機(jī)中非常重要，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)。時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。時(shí)鐘電路就是一個(gè)振蕩器，給單片機(jī)提供一個(gè)節(jié)拍，單片機(jī)執(zhí)行各種操作必須在這個(gè)節(jié)拍的控制下才能進(jìn)行。因此單片機(jī)沒(méi)有時(shí)鐘電路是不會(huì)正常工作的。 2.1.3 STC89C52顯示電路 1602字符型LCD模塊的應(yīng)用非常廣泛,而各種液晶廠家均有提供幾乎都是同樣規(guī)格的1602模塊或兼容模塊，盡管各廠家的對(duì)其各自的產(chǎn)品命名不盡相同；1602字符型LCD 模塊最初采用的LCD控制器采用的是HD44780，在各廠家生產(chǎn)的1602模塊當(dāng)中，基本上也都采用了與之兼容的控制IC，所以從特性上基本上是一樣的；當(dāng)然，很多廠商提供了不同的字符顏色、背光色之類的顯示模塊。 3.1系統(tǒng)的軟件程序流程圖 該溫度檢測(cè)的軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程。系統(tǒng)程序由主程序、定時(shí)器0程序、液晶顯示程序和獨(dú)立按鍵子程序、矩陣按鍵子程序等部分組成 3.2主程序流程 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)Lcd1602初始化、其他函數(shù)初始化、定時(shí)器初始化、顯示基本數(shù)值、獨(dú)立按鍵和矩陣按鍵初始化和檢測(cè)，其程序流程見(jiàn)圖3-2所示: 3.3相關(guān)程序分析 3.3.1 定時(shí)器計(jì)時(shí) ： 定時(shí)器通過(guò)時(shí)鐘電路實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)每秒加一并完成對(duì)應(yīng)數(shù)值位的遞增操作，如秒鐘滿六十歸零然后分鐘加一，分鐘滿六十歸零然后小時(shí)加一等等。 程序如下： 3.3.2 獨(dú)立按鍵與矩陣按鍵 獨(dú)立按鍵與矩陣按鍵的作用是修改顯示的時(shí)間和日期數(shù)值。獨(dú)立按鍵用于控制進(jìn)入修改狀態(tài)，矩陣按鍵用于修改需要的數(shù)值；當(dāng)獨(dú)立按鍵按下k3，進(jìn)入修改狀態(tài)，根據(jù)所需要的時(shí)間按下矩陣鍵盤(pán)對(duì)應(yīng)的按鍵，按下后再按下k3，進(jìn)入第二位數(shù)字的選擇模式，在矩陣鍵盤(pán)選擇個(gè)位的數(shù)值后生成所需的兩位數(shù)，通過(guò)特定按鍵將數(shù)值修改到所需位置。 程序如下： 圖3.3.2（1） 圖3.3.2（2） 圖3.3.2（3） 圖3.3.2（4） 圖3.3.2（5） 3.3.3 Lcd1602顯示 Lcd1602是一款使用廣泛的液晶顯示屏，它顯示穩(wěn)定，功耗小，使用簡(jiǎn)單。是電子鐘的顯示模塊。 程序如下： 圖3.3.3（1） 圖3.3.3（2） 4.1總結(jié) 本文系統(tǒng)的闡述了基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘系統(tǒng)從理論到功能的實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，操作簡(jiǎn)單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)，能夠顯示字符、時(shí)間，走時(shí)精準(zhǔn)，還可以根據(jù)需要任意調(diào)整時(shí)間，很好的實(shí)現(xiàn)了其功能，滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枰Ｍㄟ^(guò)該設(shè)計(jì)也能夠很好的復(fù)習(xí)本學(xué)期學(xué)習(xí)的51型單片機(jī)的相關(guān)應(yīng)用技術(shù)知識(shí)，滿足教學(xué)需要，也能對(duì)Proteus軟件的使用進(jìn)行良好的鞏固，該設(shè)計(jì)與本學(xué)期學(xué)習(xí)的內(nèi)容息息相關(guān)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中也體會(huì)到了一定的樂(lè)趣，也讓我們明白了知識(shí)的來(lái)之不易，明明是一個(gè)很簡(jiǎn)單的電子時(shí)鐘，也對(duì)我們的所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一定的考驗(yàn)，是一個(gè)理想的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)，同時(shí)也讓我們明白了單片機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域之廣。 4.1.1優(yōu)點(diǎn)： 因?yàn)樗褂玫氖?1型單片機(jī)，因此電路設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，又能滿足設(shè)計(jì)目的。實(shí)現(xiàn)效果明顯，能直觀的看出設(shè)計(jì)效果。時(shí)間計(jì)時(shí)具有實(shí)用性，在平時(shí)日常生活中也不失為一件好的小設(shè)計(jì)。可以通過(guò)按鍵修改時(shí)間。與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，電子鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、等優(yōu)點(diǎn)。 4.1.2缺點(diǎn)： 由于使用的軟硬件過(guò)于簡(jiǎn)單，在時(shí)間的推移下可能出現(xiàn)一定的誤差，無(wú)法完成測(cè)量時(shí)間的基本功能，按鍵修改方面也過(guò)于繁瑣，Lcd1602液晶顯示屏所顯示的范圍也過(guò)于狹小，因而可以在相關(guān)方面得到改進(jìn)。 4.1.3可擴(kuò)展功能： 在達(dá)到要求的基礎(chǔ)上外觀可以設(shè)計(jì)的更加美觀；可以增加鬧鐘功能，倒計(jì)時(shí)功能，計(jì)時(shí)器功能等現(xiàn)代電子鐘及手機(jī)時(shí)鐘常用的基本功能等。電子鐘用于定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域，可以擴(kuò)展紅外修改，通過(guò)紅外遙控修改時(shí)間，外加檢測(cè)環(huán)境溫度、濕度，空氣質(zhì)量，光線強(qiáng)度等家庭環(huán)境檢測(cè)功能，亦可通過(guò)增添智能芯片，使其成為一個(gè)智能時(shí)鐘。使其更為現(xiàn)代化，更具科技感，滿足日益劇增的日常生活需求。
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