单片机的多功能数字钟设计
数字时钟对人们的日常生活意义重大,多功能数字时钟不仅能够准确显示时间,还有闹钟设置,自动报时,环境温度湿度测量等其他功能。人们对于时间的精确性以及数字钟功能的需求越来越多,对多功能数字钟的研究势在必行。 本文以STC89C52单片机为核心控制芯片,DHT11为温湿度传感器,DS1302为低功耗实时时钟芯片,通过LCD12864液晶屏显示信息,通过按键可以调整时间、设置闹钟以及切换12小时制或24小时制的显示模式,还具有距离某个特定日期倒计时功能。该时钟芯片可以在系统断电情况下实现对系统的时、年、分、月、日期、秒、星期等信息的保存。本设计能够在液晶屏上实时显示当前的日历、温度、湿度、时间与节日倒计时等相关信息。关键词 数字钟，多功能，STC89C52，时钟芯片，DHT11，液晶显示屏
目 录
1 引言 1
1.1 多功能数字钟的研究背景 1
1.2 多功能数字钟的发展现状 1
1.3 多功能数字钟研究的目的及意义 2
2 多功能数字钟的总体设计 2
2.1 系统的设计思路 2
2.2 系统硬件描述 3
2.3 系统软件描述 3
2.4 系统的设计流程与预期效果 4
3 多功能数字钟的硬件设计 4
3.1 多功能数字钟的硬件原理图 4
3.2 STC89C52单片机 5
3.3 DHT11温湿度传感器模块 7
3.4 LCD12864显示模块 10
3.5 DS1302时钟模块 12
3.6 按键模块的设计 14
3.7 闹钟模块的设计 15
3.8 复位电路与晶振电路的设计 16
4 多功能数字钟的软件设计 17
4.1 多功能数字钟的主程序设计 17
4.2 LCD12864模块的软件实现 17
4.3 DHT11温湿度采集模块的软件实现 18
4.4 DS1302时钟模块的软件实现 19
4.5 按键操作模块 19
4.6 闹钟模块的软件实现 20
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/> 4.7 节日提醒的软件实现 21
5 仿真与系统调试 21
5.1 Proteus仿真 21
5.2 单片机最小系统的调试 25
5.3 闹钟模块与液晶显示模块的调试 26
5.4 整体调试与功能实现 26
结 论 31
致 谢 32 参 考 文 献 33
附录A 程序代码 34
1 引言
1.1 多功能数字钟的课题背景
20 世纪末，电子技术得到了迅速发展，各色各样的电子产品和高科技产品便在社会多个领域中得以应用；随着科技的发展与社会的进步，现代人已经不能满足于传统时钟，人们开始追求功能齐全的数字钟[1]。数字时钟是一种运用电子技术来实现计时功能的钟表，大部分市面上的传统时钟功能少、成本高、结构复杂，而数字电子时钟具有小体积、质量轻、高精度等优点，是时钟发展的主流方向[2]。数字时钟是一种利用集成电路技术实现对计时单位进行数字显示的计时装置，被大量应用于各种计时场合，每一个人都离不开这种计时工具[3]。把钟表数字化，会给人们的生产生活带来极大的便利，数字时钟与传统钟表相比具有良好的实时性和丰富的扩展性[4]。
数字时钟可以通过以下几种途径来实现：集成电路、独特时钟芯片及外围电路或者单片机，其中利用单片机实现的数字时钟拥有低成本、小体积、高精度、结构简单等优点，具有很高的实用性和辽阔的应用前景[5]。通过键盘可以进行校时与定时，还可以设定闹钟，当到达设定的时间时，闹钟还能产生音乐，而且具有检测室温功能，并在LCD上可以显示当前的温度湿度，还可以增加红外控制的功能。
1.2 多功能数字钟的发展现状
相对于传统时钟，数字时钟占据了绝对的市场占有率。从产品的创新性、新颖性来看，多功能数字时钟在外观设计和系统设计方面的整体表现都非常优越，而且由于体积小，比传统时钟便携性更强[6]。
对于多功能数字时钟，目前的技术发展趋势是：在完善数字时钟的各项功能的基础上开发出更多的适合各种消费者与工作场合的新功能[7]。人们的生活质量在21世纪有了大幅度地提升，只有计时功能的数字时钟已经远远满足不了人们的期望，因此市场上逐步出现了各种功能的数字钟。使用单片机作为数字时钟的控制核心可以使硬件电路简单稳定，降低因元器件精度不够而造成的误差，充分发挥软件编程的优势，减小电磁干扰和其他环境干扰[8]。单片机方面从8位、16位到32位，有基本C51系列的，也有时下流行的AVR系列的系统，各具特色，为数字时钟系统的发展与应用提供广阔的天地。
当前体积较大、成本较高是市场上以单片机为核心的多功能数字时钟的主要问题，而且产生时间大多采用软件延时或定时器等不精确的方式，每当出现断电的情况，系统时间就会消失[9]。国内外对数字时钟的研究如今不仅仅基于时间的显示功能，更多的是对钟表数字化在其他领域的延伸，例如定时启闭电路、定时自动报警、定时广播、按时自动打铃、时间程序自动控制等等，给钟表加上额外功能也是当今数字时钟的发展趋势[10]。
1.3 多功能数字钟研究的目的及意义
顺应时代的潮流，人们对时间的要求精准到纳秒。自从1283年以来，首次在英国的修道院出现了史上以砝码带动的机械钟，到现在的各种小巧玲珑的数字时钟，时钟的普及率基本上已经到达了100%。我们追溯历史就会看到钟表发展的历程，这将对数字时钟更新换代提供技术依据，为整个产业的发展起了积极推动作用。当今社会生活节奏日益加快，精良的数字钟是企业安全生产和人们有序生活规划的重要保障[11]。数字时钟内部的单片机通用定时接口技术，它能同时提供一致的时间和频率同步，还可以很好地兼容现有的频率同步网络和时间同步网络，并能兼容现有通信网中所需同步的系统与设备[12]。随着电子技术的蓬勃发展，设计出一款功能较全的由单片机控制实现的数字时钟很有发展前景。
2 多功能数字钟的总体设计
2.1 系统的设计思路
本系统利用单片机STC89C52的控制来实现数字时钟的功能，采用模块组合法设计并完成多功能数字时钟的设计。采用LCD12864液晶屏幕能够同时显示当前年、星期、月、日、时、分钟、秒、温度和湿度，以串行时钟日历芯片DS1302记录日历和时间，用软件编程来实现对时间的控制及调整，及实现12小时显示模式与24小时显示模式的切换，并在此基础上通过按键模块设置时间及闹钟。DS1302时钟芯片可以外接一个电池电源，一旦出现断电，它可以在不遗失数据的情况下运行十年以上。
目 录
1 引言 1
1.1 多功能数字钟的研究背景 1
1.2 多功能数字钟的发展现状 1
1.3 多功能数字钟研究的目的及意义 2
2 多功能数字钟的总体设计 2
2.1 系统的设计思路 2
2.2 系统硬件描述 3
2.3 系统软件描述 3
2.4 系统的设计流程与预期效果 4
3 多功能数字钟的硬件设计 4
3.1 多功能数字钟的硬件原理图 4
3.2 STC89C52单片机 5
3.3 DHT11温湿度传感器模块 7
3.4 LCD12864显示模块 10
3.5 DS1302时钟模块 12
3.6 按键模块的设计 14
3.7 闹钟模块的设计 15
3.8 复位电路与晶振电路的设计 16
4 多功能数字钟的软件设计 17
4.1 多功能数字钟的主程序设计 17
4.2 LCD12864模块的软件实现 17
4.3 DHT11温湿度采集模块的软件实现 18
4.4 DS1302时钟模块的软件实现 19
4.5 按键操作模块 19
4.6 闹钟模块的软件实现 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
/> 4.7 节日提醒的软件实现 21
5 仿真与系统调试 21
5.1 Proteus仿真 21
5.2 单片机最小系统的调试 25
5.3 闹钟模块与液晶显示模块的调试 26
5.4 整体调试与功能实现 26
结 论 31
致 谢 32 参 考 文 献 33
附录A 程序代码 34
1 引言
1.1 多功能数字钟的课题背景
20 世纪末，电子技术得到了迅速发展，各色各样的电子产品和高科技产品便在社会多个领域中得以应用；随着科技的发展与社会的进步，现代人已经不能满足于传统时钟，人们开始追求功能齐全的数字钟[1]。数字时钟是一种运用电子技术来实现计时功能的钟表，大部分市面上的传统时钟功能少、成本高、结构复杂，而数字电子时钟具有小体积、质量轻、高精度等优点，是时钟发展的主流方向[2]。数字时钟是一种利用集成电路技术实现对计时单位进行数字显示的计时装置，被大量应用于各种计时场合，每一个人都离不开这种计时工具[3]。把钟表数字化，会给人们的生产生活带来极大的便利，数字时钟与传统钟表相比具有良好的实时性和丰富的扩展性[4]。
数字时钟可以通过以下几种途径来实现：集成电路、独特时钟芯片及外围电路或者单片机，其中利用单片机实现的数字时钟拥有低成本、小体积、高精度、结构简单等优点，具有很高的实用性和辽阔的应用前景[5]。通过键盘可以进行校时与定时，还可以设定闹钟，当到达设定的时间时，闹钟还能产生音乐，而且具有检测室温功能，并在LCD上可以显示当前的温度湿度，还可以增加红外控制的功能。
1.2 多功能数字钟的发展现状
相对于传统时钟，数字时钟占据了绝对的市场占有率。从产品的创新性、新颖性来看，多功能数字时钟在外观设计和系统设计方面的整体表现都非常优越，而且由于体积小，比传统时钟便携性更强[6]。
对于多功能数字时钟，目前的技术发展趋势是：在完善数字时钟的各项功能的基础上开发出更多的适合各种消费者与工作场合的新功能[7]。人们的生活质量在21世纪有了大幅度地提升，只有计时功能的数字时钟已经远远满足不了人们的期望，因此市场上逐步出现了各种功能的数字钟。使用单片机作为数字时钟的控制核心可以使硬件电路简单稳定，降低因元器件精度不够而造成的误差，充分发挥软件编程的优势，减小电磁干扰和其他环境干扰[8]。单片机方面从8位、16位到32位，有基本C51系列的，也有时下流行的AVR系列的系统，各具特色，为数字时钟系统的发展与应用提供广阔的天地。
当前体积较大、成本较高是市场上以单片机为核心的多功能数字时钟的主要问题，而且产生时间大多采用软件延时或定时器等不精确的方式，每当出现断电的情况，系统时间就会消失[9]。国内外对数字时钟的研究如今不仅仅基于时间的显示功能，更多的是对钟表数字化在其他领域的延伸，例如定时启闭电路、定时自动报警、定时广播、按时自动打铃、时间程序自动控制等等，给钟表加上额外功能也是当今数字时钟的发展趋势[10]。
1.3 多功能数字钟研究的目的及意义
顺应时代的潮流，人们对时间的要求精准到纳秒。自从1283年以来，首次在英国的修道院出现了史上以砝码带动的机械钟，到现在的各种小巧玲珑的数字时钟，时钟的普及率基本上已经到达了100%。我们追溯历史就会看到钟表发展的历程，这将对数字时钟更新换代提供技术依据，为整个产业的发展起了积极推动作用。当今社会生活节奏日益加快，精良的数字钟是企业安全生产和人们有序生活规划的重要保障[11]。数字时钟内部的单片机通用定时接口技术，它能同时提供一致的时间和频率同步，还可以很好地兼容现有的频率同步网络和时间同步网络，并能兼容现有通信网中所需同步的系统与设备[12]。随着电子技术的蓬勃发展，设计出一款功能较全的由单片机控制实现的数字时钟很有发展前景。
2 多功能数字钟的总体设计
2.1 系统的设计思路
本系统利用单片机STC89C52的控制来实现数字时钟的功能，采用模块组合法设计并完成多功能数字时钟的设计。采用LCD12864液晶屏幕能够同时显示当前年、星期、月、日、时、分钟、秒、温度和湿度，以串行时钟日历芯片DS1302记录日历和时间，用软件编程来实现对时间的控制及调整，及实现12小时显示模式与24小时显示模式的切换，并在此基础上通过按键模块设置时间及闹钟。DS1302时钟芯片可以外接一个电池电源，一旦出现断电，它可以在不遗失数据的情况下运行十年以上。
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