基于单片机的多功能数字时钟论文1.doc
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1、数 字 时 钟 论 文论文题目: 基于单片机的多功能数字时钟 学生姓名 李勋贵(1010940419 ) 王华 (1010940412) 张金婉 (1010940428) 学院: 电子信息与工程学院 专业班级: 电科1004 起止时间: 2012年11月 2013年1月 摘要电子钟已成为人们日常生活中的必需品,广泛应用于各种场所。电子钟在使用时通常挂在高处,不便于时间的设置。本设计利用按键手动对时间的修改和定时功能进行操作,使用更为便捷,应用前景更加广阔。系统电路由时钟模块、主控模块、键盘及显示模块、电源模块组成。实时时钟采用DS1302实现年、月、日、时、分、秒、星期等时间信息的采集及闹钟功
2、能。这样设计的结果使电路结构十分简洁,各种要求能完全保证,使系统电路的稳定性得到提高。同时,它采用C语言对系统的各功能模块进行编程实现,并且系统具有键盘控制功能,方便校对时间。关键词:单片机STC89C52、电子闹钟、DS1302Abstract Electric clock has become necessary in peoples daily life, it has been widely used in various places. Electric clock was usually hanged in high places. This design has intruduc
3、ed infrared remote control technology which make the time modification and timing function more convenient, so it has a better prospect to put into practice. The system is made up of the clock circuit module, control module, temperature sample module, keyboard and display module, and the power suppl
4、y module. In order to achieve the function of time information collection such as minutes, seconds and years, the real-time clock use DS1302 technology which makes the circuit structure very concise. It can ensure to achieve various requirements and make the system circuit stability improved. At the
5、 same time, it uses C language on the functional modules of the system programming, and it has the keyboard control function Keywords: single-chip microcomputer-STC89C52 ,clock,DS1302目 录1 引言12 概述12.1 系统设计任务12.2 系统设计23 系统硬件设计43.1系统硬件电路芯片选型介绍43.11 STC89C52单片机介绍43.12 DS1302时钟芯片介绍73.2系统硬件电路设计103.2.1单片机最
6、小系统电路设计103.2.2系统供电系统电路设计123.2.3按键调整电路设计123.2.4时钟电路设计133.2.5 LCD1602显示电路设计143.2.6 系统闹钟电路设计153.3 系统整体电路及PCB线路板绘制153.3.1 Protel99SE软件介绍153.3.2 系统原理图与PCB绘制164 系统软件设计184.1 C语言介绍184.2 系统整体及各部分程序流程184.21 系统整体程序流程184.22 DS1302时钟读写程序流程194.23 按键扫描子程序流程204.24 闹铃部分程序流程215 系统焊接与调试225.1 电路焊接调试225.2 系统功能测试225.3 系统
7、误差分析235.4 设计总结23致 谢24参考文献25附录1系统元器件清单27附录2 系统源程序281 引言传统在信息高速发展的今天,几乎每个行业都实现了机械自动化,单片机(又称为微控制器)的出现是计算机发展史上的一个重要里程碑,它以体积小、功能全、性价比高等诸多优点而独具特色,在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。51系列单片机是国内目前应用最广泛的8位单片机之一,单片机的使用使得仪器的智能化、小型化、可靠化方面都得到了很大的改善,让很多仪器的原理与设计都发生了很大变化。目前,单片机得到了越来越多爱好者的推广,可谓是“众人拾柴火焰高”,特别是近些年来,
8、基于51单片机电子产品的层出不穷,表明单片机在电子产品行业起着举足轻重的作用,各大城市公共场所出现大屏幕电子时钟已是很常见的现象,下面我们就电子时钟的原理及设计做些详细的介绍。电子钟已成为人们日常生活中的必需品,广泛应用于各种场所,给人们的生活、学习和工作带来极大的方便。目前市场上所售的数字电子钟其主要功能都是依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现的。这些数字钟的芯片组合和电路连接都比较难,而且焊接的过程也比较复杂,相对成本比较高,为了克服这些缺点,且能适合多种场合使用,选择了以单片机编程为主的数字电子钟以满足更多人的需求。这次主要是通过软件编程来完成的,这样就降低了硬件电路的复杂性,而且其成
9、本也有所降低,摆脱了数字电路设计所带来的电路复杂,焊接过程复杂,成本高等的劣势。所要设计的数字电子钟充分挖掘了单片机的资源和运算控制能力,具有功能多,显示全的优点。本设计应用按键控制技术,时间的修改和定时功能更为便捷,应用前景更加广阔。2 概述2.1 系统设计任务本课题主要任务是设计一个基于单片机多功能电子闹钟,采用常用的STC89C52芯片作为主控芯片,采用价格低廉的DS1302时钟芯片作为时间控制芯片,采用锂电池为DS1302供电,掉电保护,保证时间数据不会丢失。显示应用的是LCD1602液晶屏,显示字体清晰,显示效果如图2.1所示。 图2.1 电子闹钟显示效果示意图本课题研究的基本内容是
10、利用STC89S52单片机控制时钟芯片DS1302,在此过程中主要实现的功能有:1) 显示年、月、日;2) 显示星期;3) 显示当前的时间;4) 可设置闹钟;5) 通过按键可以调整时间,校正时间,闹钟设定;在此过程中,需要完成的任务有:1) 设计出系统总体硬件电路图。2) 完成程序的编写与系统的仿真。3) 完成元器件的布局、PCB板的绘制、电路的焊接和调试。2.2 系统设计本系统是利用STC89C52芯片为核心,控制DS1302时钟芯片及LCD1602液晶,实现年、月、日、星期、时间的准确显示。STC89S52接受并处理DS1302数据的处理显示及键盘输入的控制信息的处理,输出时间、日期、温度
11、的显示并具有校正功能。系统模块组成框图如图2.2所示。LCD1602液晶显示51单片机最小系统单元电源电路按键调整电 路DS1302时钟电路2.2 系统硬件电路方框图系统软件流程图如图2.3所示。系统初始化读取DS1302数据数据显示(时间日期)键盘扫描,是否有键按下?否时间日期闹钟调整调整结束?否是是2.3 系统软件程序流程图3 系统硬件设计3.1系统硬件电路芯片选型介绍3.11 STC89C52单片机介绍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。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼
12、容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。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,STC89S52引脚图如图3.1所示。图3.1 STC89C52引脚图STC89C52主要功能及特性:STC89C52具有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,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,片内晶振及时钟电路。另外,STC89C52 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
13、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。l 与MCS-51单片机产品兼容l 8K字节在系统可编程Flash存储器l 1000次擦写周期l 全静态操作:0Hz33Hzl 三级加密程序存储器l 32个可编程I/O口线l 三个16位定时器/计数器l 八个中断源l 全双工UART串行通道l 低功耗空闲和掉电模式l 掉电后中断可唤醒l 看门狗定时器l 双数据指针l 掉电标识符STC89C52单片机的四个I/O口作用分别如下: P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为
14、输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数
15、输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如表3-1所示。在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。表3-1 P1口的第二功能引脚号第二功能P1.0T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出P1.1T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)P1.5MOSI(在系统编程用)P1.6MISO(在系统编程用)P1.7SCK(在系统编程用)P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8 位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的 管脚被外部拉
16、低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给 出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高 八位地址信号和控制信号。 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3口作为STC89C52的一些特殊功能口,如表3-2所示:表3-2 P3的
17、特殊功能口管脚备选功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器1外部输入)P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)3.12 DS1302时钟芯片介绍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、周、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
18、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:(1)RES复位(2)I/O数据线(3)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1mWDS1302是由DS1202改进而来增加了以下的特性:双电源管脚用于主电源和备份电源供应,Vcc1为可编程涓流充电电源,附加七个字节存储器。它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域下面。将主要的性能指标作一综合:实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、星期、月、年的能力,还有闰年调整的
19、能力;318位暂存数据存储RAM串行I/O口方式使得管脚数量最少宽范围工作电压2.0-5.5V工作电流2.0V时,小于300nA读/写时钟或RAM数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式8脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装根据表面装配与TTL兼容Vcc=5V可选工业级温度范围-40+85双电源管用于主电源和备份电源供应上是DS1302的一些全面的预览,DS1302芯片外形及引脚定义图分别如图3.2与图3.3所示。 图3.2 DS1302外形图图3.3 DS1302引脚图VCC2:主用电源引脚;X1、X2:DS1302外部晶振引脚;GND:地;RST:复位引脚;I/O:串行数据引脚
20、,数据输出或者输入都从这个引脚;SCLK:串行时钟引脚;VCC1:备用电源;DS1302的内部结构如图3.4所示: 图3.4 DS1302的内部结构图DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字,还需要读取相应寄存器的数据。要想与DS1302通信,首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如图3.5所示。图3.5 DS1302的控制字控制字的最高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入到DS1302中。位6:如果为0,则表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据;位5至位1(A4A0):指示操作单元的地址;位0(最低有效位):如为0,表示要进行写操
21、作,为1表示进行读操作。控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入从最低位(0位)开始。同样,在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿,读出DS1302的数据,读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图3.6 。 图3.6 DS1302的读写时序图DS1302是DALLAS公司的涓流充电时钟芯片, DS1302工作时功耗很低、保持数据和时钟信息功耗小于1mW,仅用一节电池就能唱时间保持数据。所以总的来说DS1302的操作分2步(显示部分属于液晶显示的内容,不属于DS1302本身的内容),但是在讲述操作时序之前
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