单片机的家庭报时系统(附件)【字数：8890】
摘 要本设计是采用单片机原理来设计的自动整点报时系统。自动报时系统以Arduino UNO单片机为核心，用DS1307时钟芯片校时，计时，LCD1602液晶显示屏从左到右第一行显示当前的年、月、日，第二行显示当前的时、分、秒，最后，用无源蜂鸣器实现整点蜂鸣报时的功能。本文首先介绍了该自动报时系统的总体框架，并附带硬件模块的设计框图和连线图，然后论述了本次设计所采用的各个模块的连线图和注意点，接着用Arduino IDE进行编译，最后从硬件和软件两方面对该自动报时系统进行了详细的系统调试。本文以硬件为基础，并结合软件，对每个模块进行设计、调试和分析。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景与研究意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3本文研究内容 1
第二章 总体方案设计 3
2.1系统框图 3
2.2单片机的选择及性能简介 3
2.3时钟芯片的选择及性能简介 8
2.4显示模块的选择及性能简介 9
2.5蜂鸣器的选择及性能简介 12
第三章 硬件系统设计 14
3.1 Arduino与DS1307模块 14
3.2 Arduino与LCD1602显示屏模块 15
3.3 Arduino与无源蜂鸣器模块 16
第四章 软件系统设计 18
4.1 Arduino IDE编译软件下载安装 18
4.2 Arduino IDE库文件的安装与使用 18
4.3 Arduino IDE编程 19
第五章 系统调试 21
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录A 27
第一章 绪论
1.1研究背景与研究意义
自从有了时间这一概念，人们就开始研究如何计算时间，从古代的日晷、到我们现在的时钟，计时方式有了很大的进步。在二十世纪末个世纪末，计时系统就已经不止只简单的用来计时，大部分都已经带自动报时的功能，来提醒人们日常生活起居。随着自动报时技术的日趋完善，自动报时系统已然成为现代社会 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
不可或缺的一项参数。而集诸多优点于一体的单片机，它集成性高、稳定性好、可靠性高、功能多样、电路结构简单、价格低廉，能实现很多控制功能，例如测温、测距、测时。当下，传统家电机械式的工作方式已经慢慢不能满足人们的需求，智能家电开始进入我们的眼帘，报时系统在智能家电的设计方面也是众多考虑因素之一。报时系统最重要的一个特性就是控制时间的准确性，精确性。用单片机设计这种自动报时系统，不仅能够实现数字电子时钟的各种功能，如校时、调时、走时，而且还能实现整点报时的功能。LED显示屏能实时显示年、月、日，时、分、秒六个参数，能自动调整每个月的天数，并且能够进行闰年补偿。本设计简单、实用、成本低、维护方便、运行方式稳定，所以具有很强的应用前景。
1.2国内外研究现状
单片机自动报时的应用技术的在各种领域已经使用的越来越广泛，比如在电力系统发电及变电、石油化工、智能机器人自动控制、计算机系统的集成等等。二十一世纪，自动报时系统已经在国内外取得了令人瞩目的研究和应用成果。随着社会生产力的发展和对时间控制的精度要求不断提高，自动报时系统得到迅猛发展，由此产生了一系列副产业，渗入了我们生活和工作中的各个角落，大到一个企业的管理系统、央视春晚的零点报时，小到家用型智能化闹钟、手机和电脑上的闹铃，并且正在从以前的简单的音调、音符，向智能语音、多样化的音乐发展。
1.3本文研究内容
本课题所研究的自动报时系统应用了单片机控制技术中的报时功能，具体研究的内容包括以下几个方面：
（1）利用单片机最小系统实现自动整点报时系统。
（2）将时钟芯片的时间通过单片机，显示在LED显示屏上。
（3）当时间参数到达整点时，蜂鸣器鸣响。
（4）断电后，继续工作。断电重连后，时间参数不丢失。
（5）选用的时钟芯片，要选用使用便捷、功能多样实用、性价比高、断电走时、单片存储、功耗低的时钟芯片。
（6）要根据选用的时钟芯片设计程序编程。
（7）硬件设计结构尽量要简单。
（8）根据硬件电路图，完成器件的连接。
（9）根据设计的硬件电路，编写单片机程序。
（10）通过编程、编译和调试，把程序下载到单片机内，实现设计的功能。
（11）软件设计要有清晰的思路，做到程序从简，使得调试方便。
第二章 总体方案设计
2.1系统框图
我设计的自动报时系统，需要准确的走时、调时、自动整点报时（蜂鸣器响）等功能，总体结构框图如图2.1所示。
图2.1
图2.1说明：
单片机通过USB数据线连接至电脑端，5V电流给其供电。时钟芯片、显示屏、蜂鸣器通过杜邦线和面包板，与单片机相连。时钟芯片自动走时，计时（需手动调时）。显示屏每秒更新一次数据，当显示屏上（时钟芯片内）时间到达整点时，通过单片机传送高电平至蜂鸣器高电平引脚，蜂鸣器自动鸣响三秒。
2.2单片机的选择及性能简介
本设计里用到的是Arduino UNO单片机控制板。Arduino是一个开源型的单片机控制板。在2005年冬季，由一个欧洲团队开发。但是Arduino最初的设计目的是能够让人更方便的控制机器人。但是开发完成后，无心插柳柳成荫，Arduino在更多别的领域发挥了它的使用价值。它拥有几乎任何单片机都无法比拟的函数库，并且在Arduino的体系下，几乎每种控制器都能很好兼容。程序开源使得在没有任何个人利益的驱动下，仍然会有许许多多研究人员，通过自己的开发调试，贡献力量，所以这个控制板日益完善。
因为Arduino不仅能读取各种传感器和很多开关信号，所以它常常被用来开发各种交互产品。它还可以可以测试时间、温度、距离、经纬度。Arduino单片机控制板的项目可以是单独的，同时也可以在运行时和电脑中运行的程序（例如：Flash，Processing，MaxMSP）进行相互通讯。Arduino单片机开发板可以选择自己买散件进行手动拼接，也可以购买已经组装调试好的开发板；Arduino单片机开发板开源的IDE编译软件可以从官网免费下载得到。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景与研究意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3本文研究内容 1
第二章 总体方案设计 3
2.1系统框图 3
2.2单片机的选择及性能简介 3
2.3时钟芯片的选择及性能简介 8
2.4显示模块的选择及性能简介 9
2.5蜂鸣器的选择及性能简介 12
第三章 硬件系统设计 14
3.1 Arduino与DS1307模块 14
3.2 Arduino与LCD1602显示屏模块 15
3.3 Arduino与无源蜂鸣器模块 16
第四章 软件系统设计 18
4.1 Arduino IDE编译软件下载安装 18
4.2 Arduino IDE库文件的安装与使用 18
4.3 Arduino IDE编程 19
第五章 系统调试 21
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录A 27
第一章 绪论
1.1研究背景与研究意义
自从有了时间这一概念，人们就开始研究如何计算时间，从古代的日晷、到我们现在的时钟，计时方式有了很大的进步。在二十世纪末个世纪末，计时系统就已经不止只简单的用来计时，大部分都已经带自动报时的功能，来提醒人们日常生活起居。随着自动报时技术的日趋完善，自动报时系统已然成为现代社会 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
不可或缺的一项参数。而集诸多优点于一体的单片机，它集成性高、稳定性好、可靠性高、功能多样、电路结构简单、价格低廉，能实现很多控制功能，例如测温、测距、测时。当下，传统家电机械式的工作方式已经慢慢不能满足人们的需求，智能家电开始进入我们的眼帘，报时系统在智能家电的设计方面也是众多考虑因素之一。报时系统最重要的一个特性就是控制时间的准确性，精确性。用单片机设计这种自动报时系统，不仅能够实现数字电子时钟的各种功能，如校时、调时、走时，而且还能实现整点报时的功能。LED显示屏能实时显示年、月、日，时、分、秒六个参数，能自动调整每个月的天数，并且能够进行闰年补偿。本设计简单、实用、成本低、维护方便、运行方式稳定，所以具有很强的应用前景。
1.2国内外研究现状
单片机自动报时的应用技术的在各种领域已经使用的越来越广泛，比如在电力系统发电及变电、石油化工、智能机器人自动控制、计算机系统的集成等等。二十一世纪，自动报时系统已经在国内外取得了令人瞩目的研究和应用成果。随着社会生产力的发展和对时间控制的精度要求不断提高，自动报时系统得到迅猛发展，由此产生了一系列副产业，渗入了我们生活和工作中的各个角落，大到一个企业的管理系统、央视春晚的零点报时，小到家用型智能化闹钟、手机和电脑上的闹铃，并且正在从以前的简单的音调、音符，向智能语音、多样化的音乐发展。
1.3本文研究内容
本课题所研究的自动报时系统应用了单片机控制技术中的报时功能，具体研究的内容包括以下几个方面：
（1）利用单片机最小系统实现自动整点报时系统。
（2）将时钟芯片的时间通过单片机，显示在LED显示屏上。
（3）当时间参数到达整点时，蜂鸣器鸣响。
（4）断电后，继续工作。断电重连后，时间参数不丢失。
（5）选用的时钟芯片，要选用使用便捷、功能多样实用、性价比高、断电走时、单片存储、功耗低的时钟芯片。
（6）要根据选用的时钟芯片设计程序编程。
（7）硬件设计结构尽量要简单。
（8）根据硬件电路图，完成器件的连接。
（9）根据设计的硬件电路，编写单片机程序。
（10）通过编程、编译和调试，把程序下载到单片机内，实现设计的功能。
（11）软件设计要有清晰的思路，做到程序从简，使得调试方便。
第二章 总体方案设计
2.1系统框图
我设计的自动报时系统，需要准确的走时、调时、自动整点报时（蜂鸣器响）等功能，总体结构框图如图2.1所示。
图2.1
图2.1说明：
单片机通过USB数据线连接至电脑端，5V电流给其供电。时钟芯片、显示屏、蜂鸣器通过杜邦线和面包板，与单片机相连。时钟芯片自动走时，计时（需手动调时）。显示屏每秒更新一次数据，当显示屏上（时钟芯片内）时间到达整点时，通过单片机传送高电平至蜂鸣器高电平引脚，蜂鸣器自动鸣响三秒。
2.2单片机的选择及性能简介
本设计里用到的是Arduino UNO单片机控制板。Arduino是一个开源型的单片机控制板。在2005年冬季，由一个欧洲团队开发。但是Arduino最初的设计目的是能够让人更方便的控制机器人。但是开发完成后，无心插柳柳成荫，Arduino在更多别的领域发挥了它的使用价值。它拥有几乎任何单片机都无法比拟的函数库，并且在Arduino的体系下，几乎每种控制器都能很好兼容。程序开源使得在没有任何个人利益的驱动下，仍然会有许许多多研究人员，通过自己的开发调试，贡献力量，所以这个控制板日益完善。
因为Arduino不仅能读取各种传感器和很多开关信号，所以它常常被用来开发各种交互产品。它还可以可以测试时间、温度、距离、经纬度。Arduino单片机控制板的项目可以是单独的，同时也可以在运行时和电脑中运行的程序（例如：Flash，Processing，MaxMSP）进行相互通讯。Arduino单片机开发板可以选择自己买散件进行手动拼接，也可以购买已经组装调试好的开发板；Arduino单片机开发板开源的IDE编译软件可以从官网免费下载得到。
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