基于单片机的多功能数字时钟的设计

本科毕业设计基于单片机的多功能数字时钟负西弱201030580405指导教师XXX 讲师学院名称工程学院专业名称电子信息工程论文提交日期2014年4月30日论文答辩日期2014年5月10日摘要随着数字集成电路的发展和石英晶体与振荡器的广泛应用，数字时钟的精度远远超过了老式钟表，而且能够方便地扩展钟表原先的报时功能，满足人们日常应用的各种需求，数字时钟不管在性能还是功能上都远远超过了传统的钟表。

本设计中的多功能数字时钟采用基于ARM Cortex-M3核心的32 位微控制器STM32F103RCT6作为控制系统的核心，采用内置晶振、具有标准I2C接口的实时时钟芯片SD2403API计算当前的秒、分、时、日、月、年，可保证时钟精度为+5ppm（在25℃±1℃下），通过编程配合芯片内置的数字化时间精度调整电路还可以进一步提高时钟精度，通过2.2寸TFT液晶屏的友好人机界面将结果直观地呈现给用户。

为具有更高的实用价值，利用数字温湿度传感器DHT11获取温湿度，增加了温湿度显示功能；移植Fatfs文件系统读取SD卡的文件，增加了数码相框功能；通过阳历转阴历算法，实现了阴历显示；此外，还增加了红外遥控、闹钟、电子挂历、节日提醒、备忘录等功能。

关键词：Cortex-M3 STM32F103RCT6 数字时钟The Multifunctional Digital Clock Based On Single Chip MicrocomputerFu Dongqiang(College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China) Abstract: With the development and wide application of digital integrated circuits and quartz crystal oscillators , precision digital clock is far more than the old-fashioned clocks, watches and clocks, and can easily extend the original timekeeping features to meet the diverse needs of everyday applications , digital clock regardless of performance or features are far more than the traditional watches .The design of the multi-function digital clock based on ARM Cortex-M3 core, 32-bit microcontrollers STM32F103RCT6 as the core of the control system, with built-in crystal oscillator , with a standard I2C interface, real-time clock chip SD2403API calculate the current seconds , minutes, hours, day, month , year, can guarantee that the clock accuracy of +5 ppm ( at 25 ℃±1 ℃), adjustment circuit programmed with chip built-in digital time accuracy can be further improved clock accuracy , by 2.2 -inch TFT LCD screen and friendly people machine interface will result visually presented to the user . To have a higher practical value , the use of digital temperature and humidity sensor DHT11 get temperature, humidity, increased temperature and humidity display function; transplant Fatfs SD card file system reads files , increasing the digital photo frame function ; through Gregorian lunar transfer algorithm to achieve a lunar display ; addition , it has added an infrared remote control , alarm clock , electronic calendar, festival reminders, memos and other functions.Key words: Cortex-M3 STM32F103RCT6 digital clock目录1 前言 (1)1.1 设计意义 (1)1.2 设计内容 (1)2 总体方案确定 (2)2.1 主控芯片方案 (2)2.2 显示方案 (3)2.3 实时时钟方案 (3)2.4 温湿度传感器方案 (4)2.5 图片存储方案 (4)3 硬件电路设计 (5)3.1 系统总体框图 (5)3.2 STM32F103RCT6最小系统设计 (5)3.3 SD2403电路图设计 (6)3.4 DHT11电路图设计 (7)3.5 TFT显示电路设计 (8)3.6 SD存储卡电路设计 (8)3.7 红外接收电路设计 (9)4 程序设计 (9)4.1 系统初始化流程 (10)4.1.1 SD卡初始化介绍 (10)4.1.2 Fatfs文件系统介绍 (11)4.2 时间调整程序设计 (12)4.3 日期调整程序设计 (14)4.4 闹钟处理程序设计 (15)4.5 节日提醒程序设计 (16)5 调试与调试结果 (16)5.1 硬件调试 (16)5.2 调试结果 (17)6 结论 (17)参考文献 (18)附录 (19)附录A 设计主要电路图 (19)附录B 主要设计程序 (20)致谢 (77)华南农业大学本科生毕业设计成绩评定表1 前言1.1 设计意义自1975年美国德州仪器公司第一块微型计算机芯片TMS-1000问世以来，在短短的20年间，单片机技术已发展成为计算机领域一个非常有前途的分之，它有自己的技术特征、规范和应用领域。

单片机是自动控制系统的核心部件，主要用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器等机器中。

它具有体积小、性能突出可靠性高、价格低廉等优点，并且其应用领域不断扩大，除了工业控制、智能化仪表、通信、家用电器外，在智能化的高档电子玩具产品中也大量采用单片机芯片作为核心控制部件，已经渗入到人们工作和生活的每个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，前景广阔。

这多功能数字钟具备单片机最小系统的基本组成，对于我们了解单片机有很大的帮助。

当今社会是一个追求快速、高效的社会，时间就是金钱因此准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要。

在飞速发展的单片机技术的推动下，现代的电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。

时钟不仅要更好、更方便、更精确的显示时间，还要有其它的一些实用的附加功能，这就要求人们不断设计研发出新型的时钟。

所以一个能够精确计时以及有其他多种用途的时钟是对人们的生活工作是非常具有现实意义的。

由于数字集成电路的发展和石英晶体与振荡器的广泛应用，使得数字时钟的精度远远超过老式钟表，而且能够方便地扩展钟表原先的报时功能，数字时钟不管在性能还是功能上都远远超过了传统的钟表，给人们的生活带来了极大的便利。

因此，对多功能数字钟进行研究有着非常现实的意义。

而且本设计还实现了电子挂历功能，在日常生活当中，一般挂历都用纸做成的，对于现今世界的环保问题有不少坏处，虽然也有一些是用可再循环的材料，但是一般的挂历基本上都是用完就扔掉，但是电子挂历则可以一直用，既能支持环保又能跟上时代。

1.2 设计内容多功能数字时钟的基本功能就是时钟显示时分秒，年月日，闹钟。

另外还根据人们日常生活需求扩展了以下几种功能：阴历、万年历、温湿度显示、红外遥控、数码相框、节日提醒。

本设计以单片机STM32F103RCT6作为数字时钟的核心控制器；采用实时时钟芯片SD2403API计算当前的秒、分、时、日、月、年；通过数字温湿度传感器DHT11获取环境温湿度；使用SPI接口配合文件系统Fatfs读取SD卡文件实现数码相框和备忘录功能；并且通过软件编写，实现电子挂历、节日提醒等功能。

2 总体方案确定2.1 主控芯片方案方案一：STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。

在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。

另外STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

方案二：选用意法半导体公司推出的基于ARM CORTEX-M3内核的STM32F103RCT6微控制器。

STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。

按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。

增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。