基于AT89S52与C51的多功能电子时钟设计.doc

C51课程设计基于AT89S52与C51的多功能电子时钟设计学校:南京信息工程大学 学院:电子与信息工程学院 专业:信息工程 年级:2010级 学号:20121309021 姓名：杨峰宇 指导老师:夏景明 2012年12月10日 摘 要本设计采用LCD液晶屏幕显示系统，以AT89S52单片机为核心，由键盘、温度采集、时钟等功能模块组成。本系统对时间显示和温度采集系统行了重点设计。其中时钟芯片采用了有Dallas公司生产的DS1302时钟芯片,温度测控芯片采用的是由Dallas公司生产的DS18B20温度测量芯片。其中时钟可以通过按键模块来进行设置，即使掉电下一次上电时也不用再设置，温度显示和温度显示通过按键切换。本系统大部分功能由软件来实现，吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。关键词：AT89S52、DS1302、DS18B20、LCD1602、电子时钟、温度测量多功能电子时钟设计一、任务设计：1、设计任务：设计并制作一个多功能数字钟。2、设计要求：l 设计能支持年、月、日、星期、时、分、秒的时钟，时钟有时间调整功能及闹钟功能；l 时钟附带有一个温度计功能，温度检测精度高于2度，显示精度为1度；l 时钟具有装卸电池时掉电保护功能，保护时间大于5分钟；l 时钟功耗小于0.5MA/5V。二、方案论证：1.显示部分:显示部分是本次设计的重要部分，一般有以下两种方案：方案一：采用LED显示，分静态显示和动态显示。对于静态显示方式，所需的译码驱动装置很多，引线多而复杂，且可靠性也较低。而对于动态显示方式，虽可以避免静态显示的问题，但设计上如果处理不当，易造成亮度低，有闪烁等问题。方案二：采用LCD显示。LCD液晶显示具有丰富多样性、灵活性、电路简单、易于控制而且功耗小等优点，对于信息量多的系统，是比较适合的。鉴于上述原因，我们采用方案二。2.数字时钟：数字时钟是本设计的核心的部分。根据需要可采用以下两种方案实现：方案一：方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电，程序将不执行。而且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。方案二：方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS1302。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，可使系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。基于时钟芯片的上述优点，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。3.温度采集：由于现在用品追求多样化，多功能化，给系统加上温度测量显示模块，能够方便人们的生活，使该设计具有人性化。方案一：采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于1摄氏度的信号是不适用的。方案二：采用温度传感器DS18B20。DS18B20可以满足从-55摄氏度到+125摄氏度测量范围，且DS18B20测量精度高，增值量为0.5摄氏度，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。基于DS18B20的以上优点，我们决定选取DS18B20来测量温度。三、总体方案：本设计采用AT89C52单片机作为本系统的控制模块。单片机可把由DS18B20、DS1302中的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历的显示。以LCD液晶显示器为显示模块，把单片机传来的数据显示出来，并且显示多样化。在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择、设置与切换，系统框架图见图1。四、 系统硬件设计（单元电路设计及分析）：1. AT89S52单片机最小系统：最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图2为AT89S52单片机的最小系统。图22.温度测量模块:温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55125，可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率达到0.0625，采用寄生电源工作方式，CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路。接口电路如图3所示。图33.时钟模块:时钟模块采用DS1302芯片，DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线：RST复位、I/O数据线、SCLK串行时钟。时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW，其接线电路如图4所示：图44.LCD液晶显示模块:LCD液晶显示模块采用LCD1602型号，具有很低的功耗，正常工作时电流仅2.0mA/5.0V。通过编程实现自动关闭屏幕能够更有效的降低功耗。LCD1602分两行显示，每行可显示多达16个字符。LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，通过内部指令可实现对其显示多样的控制，并且还能利用空余的空间自定义字符。其接线如图6所示：图55. 整体电路：系统整体电路如图6所示：图6五、系统软件设计流程：1.主程序流程如图7所示:图72.时间设定程序流程如图8所示：图83. 温度测量流程图如图9所示：图9六、 系统主程序（由于篇幅关系其他驱动模块代码不再给出）#include<reg52.h>#include"DS1302_Drive.h"#include"LCD_Drive.h"#include"Key_Drive.h"#include"DS18B20_Drive.h"bit Temperature_flag; /温度正负标志，0为正，1为负volatile bit choose_again_flag;/返回主界面的标志，主函数与中断函数公用这一变量，为1表示要返回，0表示不返回volatile bit Set_Time_Flag;/时间设置标志，主函数与中断函数公用这一变量，为1表示要设置，0表示不设置code unsigned char ch="0123456789"static void delay() unsigned char i;for(i=0;i<20;i+);static void delaynms(unsigned int n)unsigned int i,j;for(i=0;i<n;i+)for(j=0;j<308;j+);void display(unsigned char uc)unsigned char i,j;i=uc/10;j=uc%10;WriteData(chi);WriteData(chj);delay();void ShowTemp() /显示温度整数部分unsigned char TH,TL,ZS,XS;ReadReady();TL=DS18B20ReadByte();TH=DS18B20ReadByte();if(TH&0xf8)!=0x00)Temperature_flag=1;TH=TH;TL=TL;if(TL=0xff)TH=TH+1;TL=TL+1;else Temperature_flag=0;ZS=(TL>>4)&0x0f)|(TH<<4)&0xf0);if(TL&0x08)XS=5;else XS=0;WriteAddr(0x44);if(Temperature_flag=1)WriteData('-');else WriteData(' ');WriteAddr(0x45);display(ZS);WriteData('.');WriteData(chXS);void ShowTempInfo()/调用函数前初始化LCDWriteAddr(0x00);WriteString("Tempera:");WriteAddr(0x4a);WriteString("Cent");void ShowTime()unsigned char second,minute,hours,date,mouth,year;unsigned char temp;WriteAddr(0x06);temp=ReadSet1302(0x8d);year=(temp>>4)*10+(temp&0x0f);display(year);WriteAddr(0x09);temp=ReadSet1302(0x89);mouth=(temp>>4)*10+(temp&0x0f);display(mouth);WriteAddr(0x0c);temp=ReadSet1302(0x87);date=(temp>>4)*10+(temp&0x0f);display(date);WriteAddr(0x46);temp=ReadSet1302(0x85);hours=(temp>>4)*10+(temp&0x0f);display(hours);WriteAddr(0x49);temp=ReadSet1302(0x83);minute=(temp>>4)*10+(temp&0x0f);display(minute);WriteAddr(0x4c);temp=ReadSet1302(0x81);second=(temp>>4)*10+(temp&0x0f);display(second);/0010 1001void ShowTimeInfo()/调用函数前初始化LCDWriteAddr(0x01);WriteString("data");WriteAddr(0x41);WriteString("time");WriteAddr(0x08);WriteData('-');WriteAddr(0x0b);WriteData('-');WriteAddr(0x48);WriteData(':');WriteAddr(0x4b);WriteData(':');unsigned char SetTime() /时间设置函数unsigned char temp,Key_Value,j=0;/数据转存变量、按键键值、计数器unsigned char Addr_LCD=0x4d,0x4c,0x4a,0x49,0x47,0x46,0x0d,0x0c,0x0a,0x09,0x07,0x06;Unsigned char second0,minute0,hours0,date0,month0,year0,second1,minute1,hours1,date1,month1,year1;/*相关硬件操作*/temp=ReadSet1302(0x81)|0x80;WriteSet1302(0x80,temp);/关闭时钟WriteSet1302(0x8e,0x00);/关闭写保护WriteCom(0x0f);/打开光标/*以下为给各个时间中转变量赋初值*/temp=ReadSet1302(0x81)&0x7f;second0=temp&0x0f;/=(temp>>4)*10+(temp&0x0f);/个位second1=(temp>>4)&0x0f; /十位temp=ReadSet1302(0x83);minute0=temp&0x0f;/(temp>>4)*10+(temp&0x0f);minute1=(temp>>4)&0x0f;temp=ReadSet1302(0x85);hours0=temp&0x0f;/(temp>>4)*10+(temp&0x0f);hours1=(temp>>4)&0x0f;temp=ReadSet1302(0x87);date0=temp&0x0f;/(temp>>4)*10+(temp&0x0f);date1=(temp>>4)&0x0f;temp=ReadSet1302(0x89);month0=temp&0x0f;/(temp>>4)*10+(temp&0x0f);month1=(temp>>4)&0x0f;temp=ReadSet1302(0x8d);year0=temp&0x0f;year1=(temp>>4)&0x0f;/*/while(1)WriteAddr(Addr_LCDj);while(1)/等待按键，有按键按下，继续，有中断INT1，硬件恢复，返回Key_Value=KeyScan();if(Key_Value!=-1)break;/有按键按下，继续if(Set_Time_Flag=1)delaynms(10);/消抖while(INT1=0);/等待释放delaynms(10); /消抖Set_Time_Flag=0;WriteSet1302(0x80,(second1<<4)|second0);WriteSet1302(0x82,(minute1<<4)|minute0);WriteSet1302(0x84,(hours1<<4)|hours0);WriteSet1302(0x86,(date1<<4)|date0);WriteSet1302(0x88,(month1<<4)|month0);WriteSet1302(0x8c,(year1<<4)|year0);WriteSet1302(0x90,0xa5);/*相关硬件恢复*/WriteCom(0x0c); /恢复光标temp=ReadSet1302(0x81)&0x7f; /打开时钟WriteSet1302(0x80,temp);WriteSet1302(0x8e,0x80); /打开写保护return 0;if(Key_Value=4)if(j=0)j=11;else j-;if(Key_Value=3) /按下3，则进入下一次循环 j+;if(j=12)j=0;/Key_Value=KeyScan();/接收此时按键键值，检测按键是否释放/while(Key_Value!=-1); /等待释放按键if(Key_Value=2)/Key_Value=KeyScan();/接收此时按键键值，检测按键是否释放/while(Key_Value!=-1); /等待释放按键switch(j)case 0:if(second0=0)second0=9;else -second0;WriteData(chsecond0);break;case 1:if(second1=0)second1=5;else -second1;WriteData(chsecond1);break;case 2:if(minute0=0)minute0=9;else -minute0;WriteData(chminute0);break;case 3:if(minute1=0)minute1=5;else -minute1;WriteData(chminute1);break;case 4:if(hours1=2)&&hours0=0)hours0=3;else if(hours1<=1)&&(hours0=0)hours0=9;else -hours0;WriteData(chhours0);break;case 5:if(hours0>3&&hours1=0)hours1=1;elseif(hours0<=3&&hours1=0)hours1=2;else -hours1;WriteData(chhours1);break;case 6:if(date1=3&&date0=0)date0=1;elseif(date1<3&&date0=0)date0=9;else -date0;WriteData(chdate0);break;case 7:if(date0>1&&date1=0)date1=2;else if(date0<=1&&date1=0)date1=3;else -date1;WriteData(chdate1);break;case 8:if(month1=0&&month0=0)month0=9;elseif(month1=1&&month0=0)month0=2;else -month0;WriteData(chmonth0);break;case 9:if(month0<=2&&month1=0)month1=1;elseif(month0>2&&month1=0)month1=0;else -month1;WriteData(chmonth1);break;case 10:if(year0=0)year0=9;else -year0;WriteData(chyear0);break;case 11:if(year1=0)year1=9;else -year1;WriteData(chyear1);break;if(Key_Value=1)/Key_Value=KeyScan();/接收此时按键键值，检测按键是否释放/while(Key_Value!=-1); /等待释放按键switch(j)case 0:+second0;if(second0=10)second0=0;WriteData(chsecond0);break;case 1:+second1;if(second1=6)second1=0;WriteData(chsecond1);break;case 2:+minute0;if(minute0=10)minute0=0;WriteData(chminute0);break;case 3:+minute1;if(minute1=6)minute1=0;WriteData(chminute1);break;case 4:+hours0;待添加的隐藏文字内容2if(hours0=4&&hours1=2)|(hours0=10)&&(hours1<=1)hours0=0;WriteData(chhours0);break;case 5:+hours1;if(hours1=2)&&(hours0>3)hours1=0;if(hours1=3)hours1=0;WriteData(chhours1);break;case 6:+date0;if(date0=10)&&(date1<=2)|(date0=2)&&(date1=3)date0=0;WriteData(chdate0);break;case 7:+date1;if(date1=3)&&(date0>1)date1=0;if(date1=4)date1=0;WriteData(chdate1);break;case 8:+month0;if(month0=10)&&(month1=0)|(month0=3)&&(month1=1)month0=0;WriteData(chmonth0);break;case 9:+month1;if(month1=1)&&(month0>2)month1=0;if(month1=2)month1=0;WriteData(chmonth1);break;case 10:+year0;if(year0=10)year0=0;WriteData(chyear0);break;case 11:+year1;if(year1=10)year1=0;WriteData(chyear1);break; /*/*以下为中断相关函数*/void INT0_ON()/打开外部中断EX0=1;IT0=0;/触发类型为电平触发void INT0_OFF()/关闭外部中断EX0=0;void INT_0(void) interrupt 0 choose_again_flag=1;/把返回界面标志置位/*/void INT1_ON()/打开外部中断EX1=1;IT1=0;/触发类型为电平触发void INT1_OFF()/关闭外部中断EX1=0;void INT_1(void) interrupt 2Set_Time_Flag=1;/时间设置标志置位/*/void main()/*相关设备初始化*/unsigned char KeyValue;LCDInit();Init1302();KeyInit();DS18B20Init();EA=1;/使能总中断while(1)WriteAddr(0x00);WriteString(" 1:Time ");WriteAddr(0x40);WriteString(" 2:Temperature ");while(1) /按键等待，有按键按下则退出，否则一直等待KeyValue=KeyScan(); if(KeyValue!=-1)break;/*/if(KeyValue=1)/进入时间显示choose_again_flag=0;/每次显示前都把标志清零Set_Time_Flag=0;/时间设置标志清零INT0_ON();INT1_ON();LCDInit();ShowTimeInfo();while(1) ShowTime();if(choose_again_flag=1)break;if(Set_Time_Flag=1)delaynms(10);/消抖while(INT1=0);/等待释放delaynms(10);/消抖Set_Time_Flag=0;/恢复标志，准备下一次中断SetTime();INT0_OFF();INT1_OFF(); /*/if(KeyValue=2) /进入温度显示INT0_ON();choose_again_flag=0;/每次显示前都把标志清零LCDInit();ShowTempInfo();/choose_again_flag=0;while(1) ShowTemp();if(choose_again_flag=1)break;INT0_OFF();参考文献 1付家才单片机控制工程实践技术.北京化学工业出版社2004 2刘湘涛江世明.单片机原理与应用M.北京:电子工业出版社2006 3张一斌余建坤.单片机原理课程序设计.中南大学出版社2009 4张迎新单片机初级教程单片机基础M北京航空航天出版社2006519662 单片机应用系统开发/张萌，和湘等/北京：清华大学出版社，2007，7.-332-351.6355441单片机原理及其接口技术第2版M/ 胡汉才/北京清华大学出版社2004.-220-311. 7155532单片机原理与应用M/ 姜志海/北京电子工业出版社2005,7.-115-220