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文檔簡(jiǎn)介

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析...............................................................................................................1

1.1設(shè)計(jì)背景及內(nèi)容................................................................................................1

1.2功能分析............................................................................................................2

2設(shè)計(jì)方案遴選...............................................................................................................2

2.1液晶顯示屏遴選................................................................................................2

2.2溫度模塊遴選....................................................................................................2

2.3按鍵方案的遴選................................................................................................3

2.4系統(tǒng)框圖............................................................................................................3

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)...............................................................................................................3

3.1STC89C52核心板電路設(shè)計(jì)..............................................................................3

3.2DS18B20溫度傳感器設(shè)計(jì)................................................................................4

3.3LCD_1602液晶顯示屏設(shè)計(jì)..............................................................................5

3.4蜂鳴器設(shè)計(jì)........................................................................................................6

3.5按鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì).....................................................................................................7

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)...............................................................................................................7

4.1主程序流程圖....................................................................................................8

4.2DS1302程序設(shè)計(jì)............................................................................................9

4.3編程軟件設(shè)計(jì)....................................................................................................9

5系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試...........................................................................................................9

5.1系統(tǒng)電路組裝步驟............................................................................................9

5.2系統(tǒng)仿真調(diào)試..................................................................................................10

5.3產(chǎn)品裝配圖......................................................................................................11

6產(chǎn)品使用說明.............................................................................................................11

參考資料.........................................................................................................................12

附錄1元器件清單.......................................................................................................13

附錄2電路原理圖.......................................................................................................14

附錄3PCB設(shè)計(jì)圖........................................................................................................15

I

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

附錄4作品實(shí)物照.......................................................................................................16

附錄5部分軟件主程序代碼.......................................................................................17

II

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于52單片機(jī)的液晶顯示萬年歷設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

1.1設(shè)計(jì)背景及內(nèi)容

隨著現(xiàn)在人類發(fā)展科技的進(jìn)步以及社會(huì)發(fā)展的提高增加了人們對(duì)科技的需

求和熱愛,從而出現(xiàn)了很多的新型科技技術(shù)。目前,單片機(jī)的技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)品得了

廣泛的關(guān)注,其中電子萬年歷的出現(xiàn)就使得到了人民的喜愛同時(shí)也給廣大人民

群眾帶來很多方便。伴隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展與進(jìn)步,使得單片機(jī)在國(guó)民

經(jīng)濟(jì)的個(gè)人領(lǐng)域普遍的運(yùn)用。單片機(jī)以功耗低、體積小、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、強(qiáng)大的

處理能力、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)控制、家用電器、通信設(shè)備等各種測(cè)控領(lǐng)域

的應(yīng)用中占據(jù)重要的地位,單片機(jī)的開發(fā)和利用已經(jīng)成為電子信息、電氣、通

信、自動(dòng)化等專業(yè)化技術(shù)人員要掌握的重要技術(shù)。

單片機(jī)的芯片具有微小的體積以及價(jià)格便宜,可以廣泛應(yīng)用到工業(yè)自動(dòng)化

領(lǐng)域,成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中必不可少的智能化工具,因此基于單片機(jī)的電子版

萬年歷出現(xiàn)?;?1單片機(jī)的萬年歷設(shè)計(jì)與制作,本設(shè)計(jì)基于STC89C52單片

機(jī)以及DS1302時(shí)鐘芯片、DS18B20溫度傳感器構(gòu)成了萬年歷系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)有效

結(jié)合了時(shí)鐘和日歷的功能,在顯示時(shí)間的同時(shí)可以顯示具體的日期如年、月,

主要是通過單片機(jī)的芯片來讀取時(shí)鐘芯片的時(shí)間以及日期。同時(shí)使用數(shù)字顯示

日歷鬧鐘以及還可以顯示溫度,得到了廣泛的應(yīng)用和普及,使人們更加方便使

用和利用,LED數(shù)字顯示的時(shí)間、日期等內(nèi)容可以夜視還有清晰的看到內(nèi)容提升

觀看的準(zhǔn)確性。

(1)設(shè)計(jì)的內(nèi)容:

1)系統(tǒng)方案的選擇及要求;

2)硬件電路組成以及使用方法;

3)硬、軟件之間的調(diào)試。

(2)設(shè)計(jì)的要求及預(yù)期的成果:

1)顯示功能:采用LCD_1602液晶顯示屏顯示具體的數(shù)據(jù),可以顯示具體

的年、月、日、時(shí)、分、秒、星期、溫度以及農(nóng)歷和鬧鐘的設(shè)定時(shí)間;

2)鬧鐘功能:當(dāng)鬧鐘打開蜂鳴器會(huì)準(zhǔn)時(shí)響起報(bào)警;

3)溫度功能:可以查看具體的溫度隨著溫度的變化而變化。

4)擴(kuò)展功能:當(dāng)?shù)綦娮邥r(shí),不需要打開之后重新調(diào)時(shí)間,按鍵按下后會(huì)背

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光亮,這樣更節(jié)約用電。

1.2功能分析

(1)當(dāng)自鎖開關(guān)按下,顯示屏顯示相關(guān)內(nèi)容,按下不同的按鍵進(jìn)行修改時(shí)

間內(nèi)容。

(2)當(dāng)按下切換按鍵時(shí),顯示界面會(huì)切換到有溫度的界面,可以查看相關(guān)

的溫度。

(3)當(dāng)按鍵切換時(shí),可以設(shè)置鬧鐘開關(guān)界面,鬧鐘打開蜂鳴器會(huì)準(zhǔn)時(shí)響起

發(fā)生警報(bào)聲音。

2方案設(shè)計(jì)

2.1液晶顯示屏遴選

方案一:

LCD1602一款數(shù)字式的液晶顯示器,可以跟單片機(jī)芯片直接接口,所示電路

也相對(duì)連接容易,而且更加方便穩(wěn)定,容納小,比較輕薄,節(jié)約用電便宜,顯

示質(zhì)量高。

方案二:

LCD12864液晶顯示器通電后會(huì)出現(xiàn)大量的信息,設(shè)計(jì)的電路跟程序相對(duì)復(fù)

雜,價(jià)格較高。

通過分析得出選擇方案一。

2.2溫度模塊的遴選

方案一

DS18B20是一種新型單線智能溫度傳感器,具有溫度測(cè)試系統(tǒng)高、設(shè)計(jì)連接

比較方便、占用口線相對(duì)較少,并且在-10℃到+85℃的溫度范圍內(nèi)測(cè)量的精確

度可以達(dá)到-0.5℃到+0.5℃之間,不需要外部元器件,多點(diǎn)通信簡(jiǎn)化分布式溫

度測(cè)量,抗干擾能力高,精確度相對(duì)較高。

方案二

MAX31825溫度傳感器,需要外部電阻器件選擇相關(guān)地址,用來對(duì)位置進(jìn)行

識(shí)別,需要用電源線進(jìn)行供電,測(cè)溫精確度為-1℃到1℃之間,精確度相對(duì)較低。

通過以上分析比較方案一更合適該設(shè)計(jì)。

2

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2.3按鍵方案的遴選

方案一

采用矩陣按鍵,由于按鍵相對(duì)較多,可以使用一個(gè)IO口這樣相對(duì)資源減少,

需要掃描檢測(cè)按鍵的具體情況,程序相對(duì)復(fù)雜,而且用時(shí)較多。

方案二

采用獨(dú)立按鍵裝置可以直接讀取數(shù)據(jù),檢測(cè)占用的時(shí)間也會(huì)相對(duì)減少,不

會(huì)受到其它相關(guān)因素的影響。

通過上述分析比較選擇方案二。

2.4系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)框圖所示如下圖。

圖1系統(tǒng)框圖

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

3.1ST89C52核心板電路設(shè)計(jì)

STC89C52是一款低功耗、性能高CMOS8位微控制器,擁有8K在系統(tǒng)上可以

編寫Flash存儲(chǔ)器。用在單芯片上,具有8位的CPU跟在系統(tǒng)可編程的Flash,

這使它為很多的嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提高了靈活性以及有效的解決辦法;它也

可以在相關(guān)程序上進(jìn)行開發(fā)環(huán)境以及編寫相關(guān)代碼,編寫的相關(guān)代碼編譯后生

成.hex文件可以上傳到電腦連接的相關(guān)硬件設(shè)備來進(jìn)行查看相關(guān)功能是否實(shí)現(xiàn),

還可以對(duì)相關(guān)軟件進(jìn)行測(cè)試以及調(diào)試,若報(bào)錯(cuò)可以根據(jù)提示進(jìn)行修改重新進(jìn)行

3

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相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)。

(1)STC89C52相關(guān)特點(diǎn)

通用異步串行口也就是uart,也可以用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)uart;

ISP/IAP,不用專用的編程器,也不用仿真,就可以在串口中直接下載用戶

程序;

通用的i/o口,復(fù)位后,p1、p2、p3、p4是準(zhǔn)雙向口,p0口是漏極開路輸

出,作為總線擴(kuò)展使用,上拉電阻也就不需要了,作為i/o口使用的時(shí)候上拉

電阻就要加上。

擁有10位的精確度ADC功能,一共有8路;

共三個(gè)16位定時(shí)器、計(jì)時(shí)器,也就是定時(shí)器T0、T1、T2;

(2)STC89C52相關(guān)參數(shù)

擁有8K字節(jié)Flash、256字節(jié)、32位I/O口線,看門狗定時(shí)器,內(nèi)置4KBEEPR

OM,MAX810復(fù)位電路,三個(gè)16位定時(shí)器,全雙工串行口。

圖2STC89C52RC電路原理圖

3.2DS18B20溫度傳感器設(shè)計(jì)

DS18B20是一款數(shù)字溫度傳感器提供9-bit到12-bit的攝氏度測(cè)量精確度

和一個(gè)可以讓用戶編程的非易失性且具有過溫和低溫觸發(fā)報(bào)警的報(bào)警功能。它

采用的1-Wire通信也只是用一根數(shù)據(jù)線與微控制器進(jìn)行通信。它也具備當(dāng)監(jiān)測(cè)

溫度時(shí)可以檢測(cè)到-55℃到+125℃的溫度,也可在當(dāng)要檢測(cè)的溫度大于-10℃跟8

5℃之間的時(shí)候同樣擁有+-0.5℃的精確度。另外,它更可以直接由相關(guān)的數(shù)據(jù)

線提供電而不需要外部的電源提供電。對(duì)于我們普通的電子初學(xué)的人說,DS18B2

0的優(yōu)勢(shì)特征更是我們學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)和開發(fā)相關(guān)溫度產(chǎn)品的不二之選。

(1)模塊特點(diǎn)

4

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全數(shù)字式溫度轉(zhuǎn)換及輸出

超低的硬件開銷

抗干擾能力強(qiáng),精確度強(qiáng),附加功能強(qiáng)

可以選擇寄生工作方式

先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信

(2)產(chǎn)品應(yīng)用范圍

電纜溝測(cè)溫

鍋爐測(cè)溫

機(jī)房測(cè)溫

清潔室測(cè)溫

DS18B20原理圖如下圖所示。

圖3DS18B20溫度傳感器原理圖

3.3LCD_1602液晶顯示屏設(shè)計(jì)

LCD_1602是一款工業(yè)字符型液晶顯示器,可以同時(shí)顯示16*2也就是32個(gè)

字符。并且這款是由LCD、控制驅(qū)動(dòng)主電路HD44780跟其中的擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電路hd44

4100,以及少量的電阻、電容元器件以及結(jié)構(gòu)元件等配置再PCB板上組成。該

顯示屏具有背光功能,通電顯示數(shù)據(jù)與背光顯示數(shù)據(jù)時(shí)屏幕顯示的顏色不一樣,

易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)也節(jié)約用電。

(1)模塊優(yōu)點(diǎn):

該款液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在接收到信號(hào)之后會(huì)一直保持相同的色彩和亮也

就是會(huì)恒定發(fā)亮,發(fā)光亮度強(qiáng),在陽光直射到可視距離內(nèi)的屏幕表面時(shí),肉眼

可見顯示屏內(nèi)容,色彩清晰逼真,立體感強(qiáng)。并不像陰極射線管顯示器還需要

不斷地刷新兩點(diǎn)。所以,LCD1602顯示器畫質(zhì)高而且不會(huì)閃爍,可以大大地增加

用戶的體驗(yàn)。

液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶的分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的,

所以,該款顯示器會(huì)比同類產(chǎn)品的重量要輕很多。

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相對(duì)而言,因?yàn)閘cd1602顯示器的功耗重點(diǎn)耗能在它內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC

中,這一款的耗電量會(huì)更少,節(jié)約電能。

(2)主要參數(shù):

模塊最佳的工作狀態(tài)電壓:5.0V

字符尺寸:2.95mm*4.35mm(寬*高)

芯片的工作狀態(tài)電壓:4.5~5.5V

LCD1602的具體工作狀態(tài)的電路原理圖如圖4所示。

圖4LCD1602液晶顯示屏圖

3.4蜂鳴器設(shè)計(jì)

當(dāng)設(shè)置鬧鐘時(shí)并打開時(shí)蜂鳴器會(huì)準(zhǔn)時(shí)響起鬧鐘警報(bào)發(fā)聲裝置,本裝置采用

的有源自激型蜂鳴器,當(dāng)蜂鳴器在工作狀態(tài)是的時(shí)候電流普遍會(huì)比較大,就會(huì)

導(dǎo)致單片機(jī)的I/接口不會(huì)直接驅(qū)動(dòng),這時(shí)需要三極管來進(jìn)行開關(guān)電路的驅(qū)動(dòng),

如圖5所示該三極管是一個(gè)PNP型,當(dāng)基極通低電平的時(shí)候三極管導(dǎo)通,蜂鳴

器發(fā)聲,相反通高電平的時(shí)候,三極管關(guān)閉,分明其不會(huì)發(fā)聲。

圖5蜂鳴器報(bào)警電路原理圖

6

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3.5按鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)使用了4個(gè)獨(dú)立按鍵裝置實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的功能,該方法對(duì)程序處理方

便,很好的節(jié)省了CPU的資源,四個(gè)按鍵分別是K1、K2、K3、K4,功能分別為

設(shè)置、加、減、切換。K1按鍵:當(dāng)按下按鍵時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)狀態(tài),按鍵按一次秒閃

爍,按鍵按兩次分閃爍,一次往下類推修改時(shí)間;K2按鍵:當(dāng)按下時(shí)對(duì)其進(jìn)行

時(shí)間的加處理;K3按鍵:跟K2按鍵相反對(duì)要修改的地方進(jìn)行減處理;K4:按鍵

按下時(shí),可以推出修改界面,進(jìn)入下一個(gè)界面,這時(shí)顯示屏?xí)@示溫度數(shù)據(jù)以

及上下限的溫度值,對(duì)鬧鐘的修改以及開關(guān)。

按鍵電路原理圖如圖6所示:

圖6按鍵電路原理圖

4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是由多種元件構(gòu)成,所以根據(jù)不同的軟件提供不同的程序設(shè)計(jì)來分

別進(jìn)行設(shè)計(jì)、編程跟調(diào)試,最終通過主程序?qū)⒏鞑糠值某绦蜻B接起來,便于對(duì)

程序進(jìn)行修改以及測(cè)試,同樣增加了程序的可移植性。該系統(tǒng)的軟件裝置部分

會(huì)進(jìn)行公歷計(jì)算程序設(shè)計(jì),對(duì)溫度測(cè)量,對(duì)按鍵的掃描等。編寫程序時(shí)要先初

始化函數(shù),之后要進(jìn)行溫度測(cè)量程序,讀取相應(yīng)額溫度數(shù)據(jù),再進(jìn)行公歷計(jì)算

的程序,會(huì)顯示出具體的時(shí)間日期等信息,之后再運(yùn)行按鍵掃描的程序,檢測(cè)

有關(guān)按鍵是否按下,如若沒有就會(huì)直接進(jìn)行節(jié)日計(jì)算程序,最后會(huì)依據(jù)得到的

公歷數(shù)據(jù)計(jì)算節(jié)日,相反就會(huì)更新按鍵修改后的變量給節(jié)日計(jì)算程序,會(huì)運(yùn)行

最終的相關(guān)結(jié)果顯示出相關(guān)信息。程序編譯無誤后,燒錄到相應(yīng)的硬件裝置上

也就是對(duì)應(yīng)的開發(fā)板,進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試以及調(diào)試完成要達(dá)到的功能顯示。

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4.1主程序流程圖

主程序流程圖如圖7所示:

圖7主程序設(shè)計(jì)流程圖

4.2DS1302程序設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)讀取時(shí)間主要來源于單片機(jī)對(duì)DS1302的操作,DS1302的電路圖如圖

8所示,vcc1的主要功能為后備電源,vcc2為主電源,并且vcc1在單電源與電

池供電時(shí)系統(tǒng)提供低電源、電功率的電池備份,主電源在vcc2雙電源系統(tǒng)中提

供,在工作狀態(tài)時(shí)vcc1連接到備份電源,方便在沒有工作的時(shí)候也可以保存所

設(shè)置的顯示數(shù)據(jù)。DS1302是由vcc1、vcc2其中較大的來提供電能。當(dāng)

vcc2>vcc1,vcc2提供電,相反則vcc1供電。DS1302在每次讀寫程序時(shí)都要先

進(jìn)行初始化,首先要對(duì)SCLK端置“0”,其次對(duì)RST端置“1”,最后要給予SCLK

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脈沖。

圖8ds1302原理圖

4.3編程軟件介紹

本次設(shè)計(jì)需要用到的編程軟件是keil4編寫軟件,需要新建一個(gè)工程,在

該工程中進(jìn)行編寫所需要的程序?qū)ζ溥M(jìn)行下載、編譯測(cè)試,如果產(chǎn)生編譯錯(cuò)誤

要查看錯(cuò)誤的出處進(jìn)行修改,再次進(jìn)行相關(guān)的編譯測(cè)試,直到編譯成功沒有錯(cuò)

誤,效果圖如圖9所示:

圖9程序編譯圖

5系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試

5.1系統(tǒng)電路組裝步驟

(1)檢查元器件清單。

(2)使用萬用表測(cè)試元器件的電阻的數(shù)據(jù)以及其它元器件正負(fù)極。

(3)保證金屬表面清潔,用砂紙磨擦拭烙鐵頭。

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(4)按照相關(guān)電路圖焊接元器件。

(5)打開焊接使用的硬件設(shè)備,加熱到三百多左右即可使用。

(6)焊接時(shí),一手拿焊錫絲,一手拿電烙鐵使其傾斜,使用適量的焊錫,

之后將烙鐵頭和焊錫絲同時(shí)對(duì)準(zhǔn)焊接點(diǎn),開始熔化焊錫,當(dāng)焊錫浸潤(rùn)整個(gè)焊接

點(diǎn)后,同時(shí)移開烙鐵頭和焊錫絲。同樣的方法焊接其余的元件。

(7)當(dāng)所有的元件焊接好以后,檢查電路是否有誤,焊接點(diǎn)是否牢固,是

否接好線,是否有脫落的器件,正負(fù)極是否接反,如若有錯(cuò)誤產(chǎn)生應(yīng)及時(shí)修改。

(8)測(cè)試相關(guān)的軟硬件調(diào)試功能,顯示沒有出錯(cuò)則電路組裝調(diào)試完成。

5.2系統(tǒng)仿真調(diào)試

通過軟件的調(diào)試,在proteus仿真軟件中進(jìn)行仿真。畫仿真圖連接好各個(gè)元

器件,在STC單片機(jī)芯片中加入.hex文件,然后單擊最下欄中的運(yùn)行按鍵,這

樣最后的運(yùn)行效果就會(huì)出現(xiàn),其中呢,運(yùn)行顯示的紅色方塊代表的是高電平,

藍(lán)色方塊就是低電平。如圖10所示:

圖10系統(tǒng)測(cè)試圖

5.3產(chǎn)品裝配圖

如下圖11所示。

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圖11裝配圖

6產(chǎn)品使用方法

(1)調(diào)試該產(chǎn)品前應(yīng)檢查相關(guān)的數(shù)據(jù)線接口是否連接完好防止出錯(cuò)。

(2)將軟件程序燒錄到硬件設(shè)備上,燒錄成功之后顯示屏?xí)@示相關(guān)數(shù)據(jù)。

硬件設(shè)備上有四個(gè)按鍵裝置,分別時(shí)設(shè)置、加、減、切換功能,當(dāng)按下設(shè)置按

鍵的時(shí)候秒會(huì)閃,這時(shí)可以對(duì)其進(jìn)行加減調(diào)節(jié),如果再按一下設(shè)置時(shí)是設(shè)置分

鐘的,這樣一次設(shè)置時(shí)分秒,設(shè)置完成以后按一下設(shè)置就會(huì)保存設(shè)置的數(shù)據(jù),

當(dāng)按下切換鍵時(shí)顯示屏?xí)@示陰歷(ping就是平年,run是閏年),再按一下

切換按鍵顯示屏幕顯示鬧鐘界面,這個(gè)時(shí)候就可以設(shè)置調(diào)整鬧鐘的時(shí)間。

(3)完成測(cè)試以后,整理好設(shè)備。

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

參考資料

[1]楊立民.單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1997

[2]郭天祥.新概念51單片機(jī)c語言教程.北京:電子工業(yè)出版社,2009.

[3]馬忠梅.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì).北京:北京航空航天

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