基于stc单片机的多功能仪表设计【字数：9023】
随着电子技术的不断发展，智能仪器仪表应孕而生。本课题要设计的是一款以单片机为数据处理核心，并配合多种传感器采集数据的多功能仪表。该系统由STC12C5A60S2最小系统模块、按键模块、LCD12864显示模块、DHT11温湿度传感器模块和DS1302时钟模块组成。通过keil软件编写C语言程序，并将可执行文件下载至单片机使系统功能化。系统可完成时间显示及设置、测量温湿度计简单计算器等功能。该系统具有能耗低、测量准确等功能，具有一定的使用价值。
目录
1. 绪论 1
1.1研究的背景 1
1.2研究的目的与现状 1
1.3设计思路 2
1.4工作和内容安排 2
2. 硬件设计方案 3
2.1主控芯片模块 3
2.2 显示模块 6
2.3时钟模块 7
2.4温度模块 8
2.5计算器模块 9
3. 软件部分 10
3.1 LCD显示模块 10
3.2时钟模块 10
3.3温湿度模块 13
3.4计算器模块 16
4. 调试分析 19
4.1 编程与调试测试 19
5. 参考文献 21
6.致谢 22
绪论
1.1研究的背景
自20世纪四五十年代开始，以电子技术为核心的第三次科技核心革命到来了，随之而来的是人类社会进入了电子信息时代。毫无疑问，在当今时代的科技高速发展情况下，现代电子产品得到了前所未有的发展。而为了满足社会生产力的发展以及人类生活水平的提高，产品更新换代的频率也得到了飞快的提升。所以普通的仪表已经满足不了人们的需求，随之多功能仪表应运而生。多功能仪表与普通仪表不同不仅仅在于用途多变，还在性能与样式上产生了重大的革新。现如今许多电子仪表都具有电子闹钟、温湿度检测、普通电压表等功能，所以不难看出单片机在多功能电子仪表中的应用已是非常普遍的。
1.2研究的目的与现状
为了满足人类最基础的对时间的要求，所设计的多功能仪表包含了普通的时钟功能，可以以数字形式在LCD上显示出来，并且还可以通过矩阵键盘来设置闹钟 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
来满足大众对时间的基础需求。此外为了满足人们对环境的舒适程度的要求，还包含了温湿度检测的功能，以传感器检测数据并在LCD上显示基础的环境参数。与此同时为了满足部分人需要，还可以用4*4矩阵键盘输入，实现普通加减乘除运算，完成简单计算器功能。
基于发展至今的电子仪表设计，我选择和前人一样利用单片机编程来实现功能。在单片机方向我选择STC12C5A60S2作为最小系统模块，因为它是新一代高速8051单片机，在指令代码方向完全兼容传统8051，并且运行速度更快。而且由于是FLASH工艺制作的存储器，其存储容量是非常大的，十分适合多功能仪表的应用开发。而基于STC12C5A60S2单片机的多功能仪表的设计与制作，通过DHT11温湿度传感器以及DS1302时钟模块来组成外围电路并配以LCD为显示电路，同时允许矩阵键盘输入。这样的选择使得硬件电路和软件设计能够较好匹配从而可以实现其相应功能，在设计软件程序的过程中，可以利用C语言的语法知识来编程并以此来实现毕业设计所需要的功能。与此同时，当程序编写载入后经过实物装置的测试之后，可以表明该设计满足要求，可以达到所预期的目标。这种想法与实验方法在如今的课题研究中都是最普遍的。
1.3设计思路
本次设计以STC12C5A60S2为最小系统模块，辅之以各种外围电路，以杜邦线连接，以C程序为核心程序，编程烧入来实现功能。而设计出来的产品可以实现如下功能：以LCD12864 为显示电路，来显示各模块成果；以DS1302作为时钟电路配合LCD显示已达到时钟效果；以DHT11温湿度传感电路电路收集信号，通过单片机编程转换，然后在LCD上显示出来温湿度；并且外接一个矩阵键盘，设置串口，载入程序，以矩阵键盘输入，并以LCD显示结果，完成简单计算器功能。软件编程上采用Keil编写，并以载入程序下载烧入实现结果。
1.4工作和内容安排
由于是基于STC12C5A60S2为核心板的一个课程设计，首先要做的是对此单片机的一个了解，所以第一个任务是通过网络或者单片机的使用手册去了解这种单片机的大致结构以及使用方法和范围。然后通过查看课题介绍了解设计所需模块与单片机的联系并且购买所需最优模块的硬件。
其次在基于对单片机的了解情况下，对各模块所需的硬件部分进行分析，查看手册，知道工作原理，了解端口的作用，学会接线。通过老师或者网络学习各模块所需软件部分的编程语言，加深印象以便接下来的调试部分。
对各模块的硬件部分进行装线连接，通过原理图连接其与单片机之间的接口。查看数据手册，了解各模块所需传感器工作原理，尝试编写程序，设置端口，完成初始化，编译程序并烧入测试各模块是否奏效。
在各模块程序均已奏效情况下，尝试完成拼凑整合，使它们可以在一个程序上存在，编译完成加载烧入，与此同时测试硬件是否完成最后结果。最后稳固接线，整理成品，完成拍照。
硬件设计方案
本课题的整体结构由温湿度采集模块、单片机最小系统模块、LCD显示模块、存储模块、计算器模块、键盘输入模块、复位电路模块以及时钟模块等部分组成的。其系统框图如图2.1.1所示：
图2.1.1 多功能仪表的系统框图
2.1主控芯片模块
单片机，也叫微控制器，是计算机领域的一个重要分支，其集成了计算机作为控制核心，是计算机领域的重要分支。其中STC12C5A60S2作为新一代8051单片机，它不仅仅在性能方面远远超越之前的单片机，同时还具有运行速度快、功率消耗低、抗干扰性能强的优点。并且在操作指令方面与8051单片机是兼容的，因此学习起来比较容易，易于大学生作为课程毕业设计的使用。同样的由于其作为增强型8051CPU，也拥有单时钟/机器周期，工作电压在5.5V3.5V之间，工作频率在035MHz范围之内，与传统8051的0420MHz相同；并且由于其内部拥有R/C振荡时钟和外部晶体时钟，只需在外围电路接入时钟模块DS1302即可完成时钟显示。
目录
1. 绪论 1
1.1研究的背景 1
1.2研究的目的与现状 1
1.3设计思路 2
1.4工作和内容安排 2
2. 硬件设计方案 3
2.1主控芯片模块 3
2.2 显示模块 6
2.3时钟模块 7
2.4温度模块 8
2.5计算器模块 9
3. 软件部分 10
3.1 LCD显示模块 10
3.2时钟模块 10
3.3温湿度模块 13
3.4计算器模块 16
4. 调试分析 19
4.1 编程与调试测试 19
5. 参考文献 21
6.致谢 22
绪论
1.1研究的背景
自20世纪四五十年代开始，以电子技术为核心的第三次科技核心革命到来了，随之而来的是人类社会进入了电子信息时代。毫无疑问，在当今时代的科技高速发展情况下，现代电子产品得到了前所未有的发展。而为了满足社会生产力的发展以及人类生活水平的提高，产品更新换代的频率也得到了飞快的提升。所以普通的仪表已经满足不了人们的需求，随之多功能仪表应运而生。多功能仪表与普通仪表不同不仅仅在于用途多变，还在性能与样式上产生了重大的革新。现如今许多电子仪表都具有电子闹钟、温湿度检测、普通电压表等功能，所以不难看出单片机在多功能电子仪表中的应用已是非常普遍的。
1.2研究的目的与现状
为了满足人类最基础的对时间的要求，所设计的多功能仪表包含了普通的时钟功能，可以以数字形式在LCD上显示出来，并且还可以通过矩阵键盘来设置闹钟 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
来满足大众对时间的基础需求。此外为了满足人们对环境的舒适程度的要求，还包含了温湿度检测的功能，以传感器检测数据并在LCD上显示基础的环境参数。与此同时为了满足部分人需要，还可以用4*4矩阵键盘输入，实现普通加减乘除运算，完成简单计算器功能。
基于发展至今的电子仪表设计，我选择和前人一样利用单片机编程来实现功能。在单片机方向我选择STC12C5A60S2作为最小系统模块，因为它是新一代高速8051单片机，在指令代码方向完全兼容传统8051，并且运行速度更快。而且由于是FLASH工艺制作的存储器，其存储容量是非常大的，十分适合多功能仪表的应用开发。而基于STC12C5A60S2单片机的多功能仪表的设计与制作，通过DHT11温湿度传感器以及DS1302时钟模块来组成外围电路并配以LCD为显示电路，同时允许矩阵键盘输入。这样的选择使得硬件电路和软件设计能够较好匹配从而可以实现其相应功能，在设计软件程序的过程中，可以利用C语言的语法知识来编程并以此来实现毕业设计所需要的功能。与此同时，当程序编写载入后经过实物装置的测试之后，可以表明该设计满足要求，可以达到所预期的目标。这种想法与实验方法在如今的课题研究中都是最普遍的。
1.3设计思路
本次设计以STC12C5A60S2为最小系统模块，辅之以各种外围电路，以杜邦线连接，以C程序为核心程序，编程烧入来实现功能。而设计出来的产品可以实现如下功能：以LCD12864 为显示电路，来显示各模块成果；以DS1302作为时钟电路配合LCD显示已达到时钟效果；以DHT11温湿度传感电路电路收集信号，通过单片机编程转换，然后在LCD上显示出来温湿度；并且外接一个矩阵键盘，设置串口，载入程序，以矩阵键盘输入，并以LCD显示结果，完成简单计算器功能。软件编程上采用Keil编写，并以载入程序下载烧入实现结果。
1.4工作和内容安排
由于是基于STC12C5A60S2为核心板的一个课程设计，首先要做的是对此单片机的一个了解，所以第一个任务是通过网络或者单片机的使用手册去了解这种单片机的大致结构以及使用方法和范围。然后通过查看课题介绍了解设计所需模块与单片机的联系并且购买所需最优模块的硬件。
其次在基于对单片机的了解情况下，对各模块所需的硬件部分进行分析，查看手册，知道工作原理，了解端口的作用，学会接线。通过老师或者网络学习各模块所需软件部分的编程语言，加深印象以便接下来的调试部分。
对各模块的硬件部分进行装线连接，通过原理图连接其与单片机之间的接口。查看数据手册，了解各模块所需传感器工作原理，尝试编写程序，设置端口，完成初始化，编译程序并烧入测试各模块是否奏效。
在各模块程序均已奏效情况下，尝试完成拼凑整合，使它们可以在一个程序上存在，编译完成加载烧入，与此同时测试硬件是否完成最后结果。最后稳固接线，整理成品，完成拍照。
硬件设计方案
本课题的整体结构由温湿度采集模块、单片机最小系统模块、LCD显示模块、存储模块、计算器模块、键盘输入模块、复位电路模块以及时钟模块等部分组成的。其系统框图如图2.1.1所示：
图2.1.1 多功能仪表的系统框图
2.1主控芯片模块
单片机，也叫微控制器，是计算机领域的一个重要分支，其集成了计算机作为控制核心，是计算机领域的重要分支。其中STC12C5A60S2作为新一代8051单片机，它不仅仅在性能方面远远超越之前的单片机，同时还具有运行速度快、功率消耗低、抗干扰性能强的优点。并且在操作指令方面与8051单片机是兼容的，因此学习起来比较容易，易于大学生作为课程毕业设计的使用。同样的由于其作为增强型8051CPU，也拥有单时钟/机器周期，工作电压在5.5V3.5V之间，工作频率在035MHz范围之内，与传统8051的0420MHz相同；并且由于其内部拥有R/C振荡时钟和外部晶体时钟，只需在外围电路接入时钟模块DS1302即可完成时钟显示。
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