单片机电子钟课程设计论文

单片机电子钟课程设计1单片机电子钟课程设计一、设计内容要求1.电子钟显示时、分、秒。2.具有定时报警功能；每天可设置4个报警时间(时、分)。3.能借助键盘，设置时钟及报警时间。4.报警时，蜂鸣器鸣响1秒，然后停止。5.停电后所有设定的数据不丢失。6.重新开机可以重新设定时钟。二、硬件设计要求根据项目的要求，去选择相应的电路，比如MCU系统，输入输出驱动电路，电源供电电路。使用电子CAD，设计原理图，印刷电路板图。原理图中元件电气图形符号，必须符合国家标准。整体布局合理，标注规范、明确、美观，不产生歧义。列出完整的元件清单(标号、型号及大小、封装形式、数量)。估算电路板的功耗，并对供电形式提出要求。根据设计好的原理图，焊接实物（可用万用板）三、软件设计要求简单的用户使用说明书。根据项目要求，设计软件整体规划，人机对话，各模块的关联，底层驱动模块。单片机电子钟课程设计2程序在必要的地方进行注释。每个函数的出入口要有输入输出参数的说明。程序必须具有良好的可读性，可重用，容易调试和维护。使用C语言进行编程，允许中间加插汇编。四、设计内容（一）、硬件设计4.1.1.晶振电路及XTAL1,XTAL2的连接如右图1X1,X2分别是系统时钟信号Fosc的输入、输出端。一般的晶振的负载电容为15p或12.5p，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。本课程设计使用的开发板是电子科技协会制作8051C单片机开发系统，该开发板的使用的是石英晶体振荡器，晶振频率为fo=11.0592MHz,而振荡电容C1、C2的典型值取值范围为20—33pF，所以这里取22pF的瓷介电容。注意：为减少寄生电容对振荡频率的影响，在印制板上的电容C1和C2应尽可能靠近CPU芯片的X1和X2引脚。图1晶振电路模块单片机电子钟课程设计34.1.2、复位电路及复位引脚RST的连接入作图2所示，开发板采用的是RC分立元件构成的外部复位电路。掉电复位。当正常工作时，二极管D801反偏，断电后，VCC下降，当VCC=0时，VCC与地GND等电位，电容C801通过D801放电，保证再上电时，RST引脚为高电平，CPU可靠复位。D801的作用是给电容C801提供放电通路。按键复位。但按下按钮PB801时，电容C801通过R802放电，当电容C801放电结束后，RET引脚电位由R802和R803分压比决定，由于R802R803,因此RST引脚为高电平，CPU进入复位状态，松开复位按钮后，电容C801充电，RST引脚电位下降，CPU脱离复位状态，R802的作用是限制复位按钮按下瞬间电容C801的放大电流，避免产生火花，以保护按钮的触点，其中R802=100Ω，R803=10k.C801=10u.4.1.3、数码管显示电路如图3所示，开发板数码管显示所用的是两只4位LED数码管，每一段由四只LED发光二极管以串联的方式连接而成，为共阳LED数码管,P1.0~P1.2送字位码，P0.0~P0.7送笔段码。LED数码显示驱动电路使用动态显示方式，开发板使用74HC138译码器进行按位扫描选通，如电路图3所示，其中A，B，C图2复位电路单片机电子钟课程设计4是输入端，分别连接P1.0—P1.2，Y0—Y7是输出端，与PNP三极管8550的基极连接，控制端E3置1，E1，E2置为0，输出低电平有效，如当ABC=000时，A,B,C为0V，这时只有Y0输出低电平，其余均为高电平。开发板采用的是PNP三极管8550驱动，以138输出口Y0为例分析，当Y0不被选通时，输出为高电平，由于三极管发射级与VCC连接，这时，三极管不导通，处于截至状态；当Y0被选通时，输出为低电平，b，c端的电压0.7V,PN结导通，三极管饱和导通，从而驱动数码管DB0。图3数码管显示电路设计单片机电子钟课程设计5数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压较大，正向电阻也大，在一定范围内，其正向电流也发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电流只有1--2mA,最大极限电流也只有10--30mA,最大不超过50mA,所以它的输入端在5V电源的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏元件。基极的限流电阻Rb:本设计使用的开发板，基极的限流电阻Rb=4.7K,则基极电流Ib=(VCC-Veb)/4.7K≈1mA,三极管8550的放大倍数β≈100，则集电极的最大电流为100mA,每一位数码管有8段LED发光二极管，流过每一段发光二极管的电流为100/8=12.5mA,所以Rb=4.7k可以驱动数码管。集极的限流电阻Rc:以单个发光二级管分析，如图4所示，限流电阻Rc和LED内阻构成集电极的等效电阻R，其大小由LED二极管工作电流If决定，一般控制在3~20mA之间，根据电路图4分析可知，Ic=If=(VCC-Vf-Vces)/Rc,①其中Ic为集电极电流，If为LED工作电流，VCC为电源电压，Vces为三极管饱和压降，一般在0.1~0.2之间，Vf为LED导通电压，一般在1.2~2.5V之间。取Vf=2V,VCC=5V,Vces=0.2V,If=15mA时，求得限流电阻Rc大致为200Ω。而在该开发板中，集级的限流电阻Rc=1K，取Vf=2v,则有上式①可求得Ic=2.8mA,达到数码管的最小起辉电流1~2mA,因此可以使LED图4单个发光二级管单片机电子钟课程设计6发亮，但发光效果不是很好，亮度比较小。4.1.4、蜂鸣器模块如图所示，三极管的基极接单片机的P3.2口，当P3.2口输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器可以发出声音。其基极的限流电阻R1401=10K，当VCC=5V时，Ib=（VCC-0.7）/10K≈0.43mA,PNP三极管8550的放大系数约为100，则最大集电极电流Ic大约43mA,足以驱动蜂鸣器工作。此时集极的限流电阻Rc的经典值为10Ω。（注意，负载必须串联在集电极，而不是发射极，否则PNP驱动管不可能进入饱和状态，功耗大，而且负载的压降也小，蜂鸣器不能正常驱动）4.1.5、键盘设计模块本设计使用的开发板，原来的设计4x4矩阵键盘，如图5所示。P2.0~P2.3为行线，P2.4~P2.7为列线。由于设计的问题，导致该矩阵图4蜂鸣器模块电路图5键盘模块电路设计单片机电子钟课程设计7键盘的P2.7列键无法正常使用，又因为P2.5，P2.6资源分别被I2C占据了，从而导致P2.5，P2.6列键无法使用。因此只能使用P2.4列键,即只有四个按键可以使用，其等效电路图如图5右图所示。4.1.6、I2C总线I2C总线是一种串行数据总线，只有二根信号线，一根是双向的数据线SDA如图所示，SDA连接单片机的P2.5，另一根是时钟线SCL，连接单片机的P2.6。I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。延时时间必须大于4.7us.结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。延时时间大于4us。应答信号：接收数据的IIC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发图6I2C硬件设计单片机电子钟课程设计8出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。如果一段时间内没有收到从机的应答信号，则自动认为从机已正确接收到数据。I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。如下图所示控制字节在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符一般固定为1010，接着三位为片选，A0，A1，A2正好与芯片的1，2，3引角对应，为当前电路中的地址选择线，开发板上三根地址线都为0。因此高七位是从机的地址，而第八位则是传送方向位，0表示主机发送数据(写)，1表示主机接收数据(读)，如右图任一地址写入数据格式任一地址读取数据格式AT24C02的芯片地址（0xa0为写，0xa1为读）单片机电子钟课程设计94.1.7、USB转串口芯片（提供供电源，下载）主要芯片PL2303用于实现USB和标准RS-232串行端口之间的转换，完全遵从USB1.1协议，支持远程唤醒和电源管理，发送和接收拥有独立的256Bytes缓冲，支持内部ROM和外部EEPROM配置器件，内建晶体震荡器支持运行频率12Mhz，内建USB收发器。如下图7所示。4.1.8、电路板功耗估算供电功耗估算：LED发光二极管的发光电流4mA,则一个放光数码管通过的最大总电流为:ILED8*4mA=32mALED放光二极管的管压降为1.2V,则一个LED功率为:WLED=1.2*32≈31mW图7USB转串口单片机电子钟课程设计10整个电路板有8个数码管,但不是八个数码管都使用到，主要用到六个，而且每一个数码管也不是八段全亮，因此可大概取5个数码管计算Wsum=5*31=155mW单片机平均功率约为100Mw，再加上AT24C02EEROM芯片及74HC138芯片的功耗约为50mW。整块电路板运行情况下功耗为：W总=155+100+50=300mW测得W总=I总*VCC=56mA*5V=280mW≈300mW供电要求：由于单片机正常工作电压为5V,电路板功耗为300W左右.由此要求供电电路为恒压电路,输出电压为5V,输出功耗不小于300mW。4.1.9、相关电路元器件材料清单大小名称封装备注大小名称封装备注20R704AXIAL0.4RES8550Q604TO-92APNPBJT20R705AXIAL0.4RES8550Q606TO-92APNPBJT100R802AXIAL0.4RES8550Q603TO-92APNPBJT104C705RAD0.2Capacitor8550Q605TO-92APNPBJT104C704RAD0.2Capacitor8550Q601TO-92APNPBJT104C703RAD0.2Capacitor8550Q607TO-92APNPBJT104C101RAD0.2Capacitor8550Q608TO-92APNPBJT104C104RAD0.2Capacitor8550Q602TO-92APNPBJT104C105RAD0.2Capacitor8550Q1401TO-92APNPBJT104C102RAD0.2Capacitor11.0592MY801AXIAL0.4CrystalOscillator104C103RAD0.2Capacitor12MY701AXIAL0.4CrystalOscillator104C107RAD0.2Capacitor10ufC801RB.2/.4Capacitor104C106RAD0.2Capacitor22pC805RAD0.2Capacitor104C108RAD0.2Capacitor22pC701RAD0.2Capacitor104C1601RAD0.2Capacitor22pC702RAD0.2Capacitor10KR804AXIAL0.4RES22pC802RAD0.2Capacitor10KR1602AXIAL0.4RES4LEDDP6024位数码管单片机电子钟课程设计1110KR803AXIAL0.4RES4LEDDP6014位数码管10KR1601AXIAL0.4RES74HC138U601DIP-1610KR1401AXIAL0.4RES80C52U801DIP-40CPU10ΩR107AXIAL0.4RES8RESR801SIP9排阻1KR613AXIAL0.4RESAT24C02U1601DIP-8I2C1KR612AXIAL0.4RESCON2J1401SIP2Connector1KR611AXIAL0.4RESCON2J805SIP2C