基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作毕业设计.doc

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1、题 目 基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作 1绪论21.1引言21.2研究目的21.3系统基本方案选择和论证21.3.1单片机芯片的选择方案和论证：21.3.2显示模块选择方案和论证：21.3.3时钟芯片的选择方案和论证：21.3.4电路设计最终方案确定31.4 硬件系统框图32 主要元件介绍42.1 STC89C52以及最小系统介绍42.1.1 ST89C52单片机：42.1.2 计时芯片DS1302：52.1.3字符液晶显示屏LCD1602资料：62.1.4 电源模块：83. 硬件电路连接图：83.1单片机的连接图83.2 DS1302计时模块93.3 LCD1602液晶显示模块93.

2、4 按键模块94. 系统的软件设计：104.1 软件设计流程图：105. 系统的调试：116. 总结：12参考文献13附录一：14附录二：15附录三：29 嵌入式综合课程设计III（基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作） 任务提出：随着单片机技术的飞速发展，在其推动下，现代的电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高。时间就是金钱、时间就是生命、时间就是胜利，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要，时钟是我们生活中必不可少的工具。电子钟的设计方法有很多种，但是基于单片机并通过LCD显示的电子时钟具有编程灵活、

3、精确度高、便于携带、显示直观等特点。利用STC89C52单片机对DS1302时钟芯片进行读写操作并通过LCD1602字符液晶显示实时时钟信息，这样便构成了一个单片机电子时钟。 设计要求：利用单片机作为核心控制器件，制作一个数字时钟。要求其具有如下功能： 具有年、月、日、星期、时、分、秒显示功能； 具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能； 具有闹钟显示、调节设定、鸣叫功能； 计时器模块能够准确计时； 显示模块能够清晰、稳定显示，不出现乱码； 输入模块能够正确输入指令； 控制模块能够正确控制输入、输出显示； 整个系统能够正常、稳定工作。摘 要随着单片机技术的飞速发展，在其推动下，现代的电子产品几

4、乎渗透到了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高。时间就是金钱、时间就是生命、时间就是胜利，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要，时钟是我们生活中必不可少的工具。电子钟的设计方法有很多种，但是基于单片机并通过LCD显示的电子时钟具有编程灵活、精确度高、便于携带、显示直观等特点。利用STC89C52单片机对DS1302时钟芯片进行读写操作并通过LCD1602字符液晶显示实时时钟信息，这样便构成了一个单片机电子时钟。 【关键词】：单片机，电子时钟，STC89C52，蜂鸣器1绪论1.1引言时间，对人们来说是非常宝贵的，准确的掌握时

5、间和分配时间对人们来说至关重要。因此自从时钟发明的那刻起，就成为人类的好朋友。随着时间的流逝，科学技术的不断发展和提高，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好、更方便、更精确的显示时间，这就要求人们不断设计研发出新型的时钟。高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。时钟电路在计算机系统中起着非常重

6、要的作用，是保证系统正常工作的基础。在单片机的应用系统中，时钟有两个方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时器计数器来实现；二是用专门的时钟芯片实现。1.2研究目的通过利用STC89C52单片机和DS1302芯片以及外围的按键和LCD显示器等部件，设计一个基于单片机的电子时钟。设计的电子时钟通过液晶显示器显示，并能通过按键对时间以及闹钟进行置。1.3系统基本方案选择和论证1.3.1单片机芯片的选择方案和论证：方

7、案一: 采用STC89C52芯片作为硬件核心。STC89C52内部具有8KB ROM 存储空间,512字节数据存储空间，带有2K字节的EEPROM存储空间，与MCS-51系列单片机完全兼容,STC89C52可以通过串口下载。方案二: 采用AT89S52。AT89S52片内具有8K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C52相对ATS89C52价格便宜，且抗干扰能力强。考虑到成本因素，因此选STC89C52。1.3.2显示模块选择方案和论证：方案一：采用点阵式数码

8、管显示。点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且也相对较高,所以不用此种作为显示。方案二：采用LED数码管动态扫描。LED数码管价格便宜,对于显示数字最合适,但功耗较大，且显示容量不够，所以也不用此种方案。方案三：采用LCD液晶显示屏。液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字，显示多样,清晰可见,且价格适中，所以采用LCD数码管作为显示。1.3.3时钟芯片的选择方案和论证：方案一：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。所以不采用此

9、方案。方案二：采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,工作电压2.5V5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA. 1.3.4电路设计最终方案确定综上各方案所述,对此次作品的方案选定:采用STC89C52单片机作为主控制系统;采用DS1302作为时钟芯片;采用LCD1602液晶作为显示器件。1.4 硬件系统框图单片机DS1302计时模块键盘输入模块LCD1602显示模块蜂鸣器该系统采用单片机89C52作为控制芯片，把DS1302计时模块传来的信息和键盘输入的指令进行处理，控制着液晶屏LC

10、D1602的显示和蜂鸣器的驱动。2 主要元件介绍2.1 STC89C52以及最小系统介绍2.1.1 ST89C52单片机：1. 主要性能参数：与MCS-51产品指令和引脚完全兼容。8字节可重擦写FLASH闪速存储器1000 次擦写周期全静态操作：0HZ-24MHZ三级加密程序存储器256X8字节内部RAM32个可编程I/0口线3个16 位定时计数器8个中断源可编程串行UART通道、低功耗空闲和掉电模式。2. 功能特性： STC89C52 提供以下标准功能：8字节FLASH闪速存储器，256字节内部RAM , 32个I/O口线，3个16 位定时计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口

11、，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时计数器串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位.3. 管脚图：STC89C52引脚介绍：主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平

12、将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7 P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2

13、.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7 2.1.2 计时芯片DS1302：1.概述：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RES复位 I/O数据线 SCLK串行时钟。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

14、工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。2. DS1302功能特性：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；附加七个字节的存储器；实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力31*8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2.05.5V；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；简单3线接口；与TTL兼容（VCC=5V）；可选工业级温度范围:-40+85。3. 管脚描述：X1

15、、X232.768KHz晶振管脚GND地RST复位脚I/O数据输入/输出引脚SCLK串行时钟VCC1、VCC2电源供电管脚4. DS1302的控制字如表所示。控制字节最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果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指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始传输。DS1302控制字数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一

16、个SCLK冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。其读写时序如图示:DS1302读写时序2.1.3字符液晶显示屏LCD1602资料：1. 概述：工业字符型液晶，1602是指显示的内容为16*2，即能够同时显示两行，每行16个符。常见的1602字符液晶有两种，一种显示的是绿色背光黑色字体，另一种显示蓝色背光白色字体，目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的。本课题所用1602液晶模块，显示屏是蓝色背光白色字体。如图2.引脚功能说明：第1脚：GND为地电源。第2脚：VCC接5V正电源。第3脚：VO为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比

17、度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生重影，使用一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：DB0DB7为8位双向数据线。第1516脚：背光灯电源。DS1302读写时序3. LCD1602液晶屏的使用时序：LCD1602读时序LCD1602写时序4. LCD1602存储器RAM：1602液晶控制器芯片内部带有80个8位的RAM缓冲区，其地址和屏幕的对应关系如图示:2.1.4 电

18、源模块：系统的供电采用5V供电，具体的连接如图示：变压器采用的是：AC220AC9V，稳压芯片是LM7805。3. 硬件电路连接图：以STC89C52单片机最小系统为核心控制，时钟电路由DS1302芯片提供，采用三线与单片机进行通信，用四个独立的按键进行年、月、日、时间、星期等调整，最终的结果通过LCD1602液晶显示屏显示出来。3.1单片机的连接图其中XTAL1和XTAL2接11.0592MHZ的晶振，RST经开关接+5V,控制系统的复位。P1口与DS1302计时模块连接，进行通信与对其控制。P2口与LCD1602液晶显示模块连接，控制着LCD1602的显示。P3口与按键连接，通过P3口输入

19、控制信号。3.2 DS1302计时模块其中X1、X2接晶振32.768KHZ，VCC1、VCC2接电源I/O接单片机的P1.1,，进行数据的交换，SCLK 接单片机的P1.0，RST接单片机的P1.2引脚，进行指令的接收。3.3 LCD1602液晶显示模块其中DB0DB7分别接单片机的P2.0P2.7，进行数据的传输，VO接电阻进行背光亮度的调节，RS、RW和EN分别接单片机的P1.3P1.5，用于单片机的指令接收。3.4 按键模块开关一端接地，另一端接P3.0P3.3，单片机用检测P3.0P3.3引脚的电位判断是否有键按下。4. 系统的软件设计：4.1 软件设计流程图：首先，编写主程序，对计

20、时模块DS1302和显示模块LCD1602进行初始化，同时定义计时模块、显示模块和按键模块的控制程序，之后读取DS1302计时模块预先设定数据，显示模块LCD1602进行显示。按键检测程序一直在检测是否有键按下，如果S1键按下一次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对秒进行操作，此时秒闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下两次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对分进行操作，此时分闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下三次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对时进行操作，此时时闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下四

21、次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对年进行操作，此时年闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下五次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对月进行操作，此时月闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下六次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对日进行操作，此时日闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下七次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对周进行操作，此时周闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下八次，程序进入主函数。5. 系统的调试：将系统的电源、计时模块、按键模块、显示模块、控制模块，按照附录一的

22、电路做成PCB电路板，把元器件焊接在板子上。进行硬件的搭建。搭建好硬件之后，将编译好的软件程序下载到STC89C52中。检查无误后，接通电源，看是否能够实现预期的功能。在单个的模块调试中，各个模块均能够正常稳定的工作，但是在将它们装配在一块，进行整体的调试时，就出现了其他一些问题，不能实现预期的功能。经过仔细的检查和查阅资料、询问老师同学等方式，进行解决。现在系统能够稳定、正常的工作。调试过程：检查各个器件完好，连接正常之后，接通电源，此时电源指示灯亮，液晶显示屏LCD1602同时亮，依次出现开机画面；数秒之后，显示初始的年、月、日、星期、时、分、秒。通过模式选择键可以在时间显示模式和闹钟模式

23、之间切换，通过移位键可以使液晶屏上的光标依次移位，将光标移位在想要的调节的位置，按加、减键可以进行该位置的数字的调整。加、减键可以在按下移位键之后，调节光标闪烁位置的数字。将模式切换到闹钟模式，依次调整时、分，当时间到预设的时间，蜂鸣器发出”滴滴” 声。 6. 总结：通过本次课程设计，使我加深了对单片机的认识，并且掌握了单片机系统的设计、制作流程，收获丰硕。功能上基本达标：时钟与闹钟的显示，调时间和闹钟功能以及闹钟鸣叫功能。时钟与闹钟显示功能，精确度完全可以满足日常生活显示时间的需要；调时间与闹钟功能，方便快捷。硬件设施基本合乎要求，软件设计可以配合硬件实现其功能。技术在不断进步，机械式时钟已

24、经被淘汰，取而代之的是具有高度准确性和直观性且无机械装置，具有更长的使用寿命等优点的电子时钟。电子时钟更具人性化，更能提高人们的生活质量，更受人们欢迎。机械时代已经远去，电子时代已经到来。做为新时代的我们，更应该提高自身能力，适应新时代的发展。知识来自实践，多从生活中探寻所需要的。从这次的课程设计中，我真正的体会到，知识的重要性，特别是要理论联系实际，把我们所学的理论知识运用到实际生活当中，学以致用。参考文献1李广第，朱月秀，冷租祁.单片机基础第三版.北京:北京航空航天大学出版社（1259）。2李庆亮.C语言程序设计实用教程.北京:机械工业出版社,2005.3（1100）。3康华光.电子技术基

25、础数字部分.北京:高等教育出版社,2008（1560）。3康华光.电子技术基础模拟部分.北京:高等教育出版社,2008（1560）。4杨志忠.数字电子技术.北京:高等教育出版社,2003.12（30100）。5及力.Protel 99 SE原理图与PCB设计教程.北京:电子工业出版社,2007.8（48100）。6杨欣电子设计从零开始.北京:清华大学出版社,2005（10200）。12邢小杰.单片机电子时钟设计.中国科技博览,2009。附录一：整体电路连接图:附录二：源程序代码：#include#include#define uchar unsigned char#define uint un

26、signed intbit flag;uchar s1num;char nian,yue,ri,shi,fen,miao,week;char a_fen=10,a_shi=10;/初始值年周月时分秒uchar kaiji=-Welcome!-;/开机画面显示uchar kaiji1=*Good Luck!*; /123456789abcdefguchar alarm_table= Alarm:; uchar write_add7=0x8c,0x8a,0x88,0x86,0x84,0x82,0x80;uchar read_add7=0x8d,0x8b,0x89,0x87,0x85,0x83,0x

27、81;sbit rs=P15; /1602定义sbit rw=P14;sbit e=P13;sbit sck=P10;/1302定义sbit io=P11;sbit rst=P12;sbit s1=P32; /调整按键sbit s2=P31;/加1sbit s3=P30;/减1sbit s4=P33;/模式选择 sbit dd=P34;/蜂鸣器void delay_1ms(uchar m) /延时函数 uchar i,j; for(j=0;jm;j+) for(i=0;i110;i+);void beep()/蜂鸣器发声dd=0;delay_1ms(50);dd=1;void write_co

28、m(uchar com) /lcd1602写指令 e=0; rs=0; rw=0; P2=com; delay_1ms(1); e=1; delay_1ms(1); e=0;void write_data(uchar dat) /lcd1602写数据 e=0; rs=1; rw=0; P2=dat; delay_1ms(1); e=1; delay_1ms(1); e=0;void write_sfm(uchar add,uchar dat) /时分秒刷新显示函数uchar shi,ge;shi=dat/10;ge=dat%10;write_com(0xc0+add);write_data(0

29、x30+shi);write_data(0x30+ge);void write_nyr(uchar add,uchar dat) /年月日刷新显示函数uchar shi,ge;shi=dat/10;ge=dat%10;write_com(0x80+add);write_data(0x30+shi);write_data(0x30+ge);void write_ds1302_byte(uchar add) /ds1302 uchar i;for(i=0;i1;sck=1;void write_ds1302(uchar add,uchar dat)rst=0;_nop_();sck=0;_nop_

30、();rst=1;_nop_();write_ds1302_byte(add);write_ds1302_byte(dat);rst=0;_nop_();io=1;sck=1;void write_tran_data(uchar add,uchar dat) /十进制转换成BCD码uchar t;t=dat/10;dat=dat%10;dat=t4|dat;write_ds1302(0x8e,0x00); /去除写保护write_ds1302(add,dat); /给指定的地址写数据write_ds1302(0x8e,0x80); /加写保护uchar read_ds1302(uchar ad

31、d) /读ds1302数据uchar vulue,i; rst=0;_nop_();sck=0;_nop_();rst=1;_nop_();write_ds1302_byte(add);for(i=0;i1;if(io)vulue=vulue|0x80; sck=1;rst=0;_nop_();sck=0;io=1;sck=1;vulue=(vulue4)*10+(vulue&0x0f); /BCD码转换成十进制return vulue; void tran_week(uchar dat) /星期转化函数 switch(dat)case 1:write_com(0x80+13); write_

32、data(M); write_data(o); write_data(n); break; case 2:write_com(0x80+13); write_data(T); write_data(u); write_data(e); break; case 3:write_com(0x80+13); write_data(W); write_data(e); write_data(d); break;case 4:write_com(0x80+13); write_data(T); write_data(h); write_data(u); break; case 5:write_com(0

33、x80+13); write_data(F); write_data(r); write_data(i); break;case 6:write_com(0x80+13); write_data(S); write_data(a); write_data(t); break; case 7:write_com(0x80+13); write_data(S); write_data(u); write_data(n); break; void init() uchar t; write_com(0x38);/1602初始化 write_com(0x0c); write_com(0x06); wr

34、ite_com(0x01);/ds1302初始化 write_tran_data(0x8c,13); write_tran_data(0x8a,1); write_tran_data(0x88,03);/0x8c,0x8a,0x88,0x86,0x84,0x82,0x80 write_tran_data(0x86,01);/ 年 、周、 月、 日、 时、 分、 秒 write_tran_data(0x84,00); write_tran_data(0x82,00); write_tran_data(0x80,00); write_com(0x80); for(t=0;t16;t+) write

35、_data(kaijit);delay_1ms(1); write_com(0x80+0x40); for(t=0;t16;t+) write_data(kaiji1t);delay_1ms(1); for(t=0;t50;t+) delay_1ms(100); write_com(0x01);/清屏void scan_key() /按键判别函数 if(s4=0) /选择模式：时间/闹钟delay_1ms(10);if(s4=0)while(!s4);beep();flag=flag; if(flag=0)/选择时间模式if(s1=0)delay_1ms(10);if(s1=0) while(

36、!s1);beep();s1num+;switch(s1num)/光标闪烁定位case 7: write_com(0xc0+11);/秒write_com(0x0f);break;case 6: write_com(0xc0+8);/分write_com(0x0f);break;case 5: write_com(0xc0+5);/时write_com(0x0f);break;case 4: write_com(0x80+13);/周write_com(0x0f);break;case 3: write_com(0x80+10);/日write_com(0x0f);break;case 2:

37、write_com(0x80+7);/月write_com(0x0f);break;case 1: write_com(0x80+4);/年write_com(0x0f);break;default:s1num=0;write_com(0x0c); /取消闪烁break; if(s1num!=0) /加1按键if(s2=0)delay_1ms(10);if(s2=0) while(!s2);beep();switch(s1num)case 7: miao+;if(miao=60)miao=0;write_tran_data(0x80,miao);/调整后的值送入ds1302中break;cas

38、e 6: fen+;if(fen=60)fen=0;write_tran_data(0x82,fen);break;case 5: shi+;if(shi=24)shi=0;write_tran_data(0x84,shi);break;case 4: week+;if(week=8)week=1;write_tran_data(0x8a,week);tran_week(week);break;case 3: ri+;if(ri=32)ri=1;write_tran_data(0x86,ri);break;case 2: yue+;if(yue=13)yue=1;write_tran_data(0x88,yue);break;case 1: nian+;if(nian=100)nian=1;write_tran_data(0x8c,nian);break;