基于DS1302的多功能數(shù)字時鐘

1、HUBEI NORMAL UNIVERSITY綜合課程設(shè)計（一）Integrated Curriculum Design（1）所在院系教育信息與技術(shù)學(xué)院專業(yè)名稱信息工程班級1403題目基于DS1302的多功能數(shù)字時鐘指導(dǎo)教師完成時間2015年 12 月28日 基于DS1302的多功能數(shù)字時鐘設(shè)計1 設(shè)計目的（1）掌握單片機芯片STC89C51的基本功能和使用。（2）熟悉Proteus仿真軟件的使用，了解各元件的功能及作用。（3）了解時鐘芯片DS1302的基本知識，了解溫度傳感器DS18B20的基本使用。（4）提高數(shù)字電子電路的綜合應(yīng)用能力。（5）掌握Keil軟件的使用方法，以及如何創(chuàng)建文件和編

2、寫程序。（6）提高焊接能力以及實際問題分析能力。2 設(shè)計思路時間，對人們來說是非常寶貴的，準(zhǔn)確的掌握時間和分配時間對人們來說至關(guān)重要。因此自從時鐘發(fā)明的那刻起，就成為人類的好朋友。隨著時間的流逝，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，人們對時間計量的精度要求越來越高，應(yīng)用越來越廣。怎樣讓時鐘更好、更方便、更精確的顯示時間，這就要求人們不斷設(shè)計研發(fā)出新型的時鐘。高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石英表，石英鐘都采用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)校。數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替指針進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表

3、具有時，分，秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在單片機的應(yīng)用系統(tǒng)中，時鐘有兩個方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時時鐘，即定時時間，它通常有兩種實現(xiàn)方法：一是用軟件實現(xiàn)，即用單片機內(nèi)部的可編程定時器/計數(shù)器來實現(xiàn)；二是用專門的時鐘芯片實現(xiàn)。多功能數(shù)字時鐘將萬年歷、時鐘與溫度計結(jié)合，設(shè)計和制作了一款具有推廣價值的多功能數(shù)字時鐘。3方案論證3.1單片機芯片的選擇方案和論證：方案一: 采用STC89C5

4、2芯片作為硬件核心。STC89C52內(nèi)部具有8KB ROM 存儲空間,512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間，帶有2K字節(jié)的EEPROM存儲空間，與MCS-51系列單片機完全兼容,STC89C52可以通過串口下載。方案二:采用AT89S52。AT89S52片內(nèi)具有8K字節(jié)程序存儲空間，256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲空間沒有EEPROM存儲空間，也與MCS-51系列單片機完全兼容，具有在線編程可擦除技術(shù)。兩種單片機都完全能夠滿足設(shè)計需要，STC89C52相對ATS89C52價格便宜，且抗干擾能力強?？紤]到成本因素，因此選用STC89C52。 3.2 顯示模塊選擇方案和論證：方案一：采用點陣式數(shù)碼管顯示。點陣式數(shù)碼管是由八

5、行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費,且也相對較高,所以不用此種作為顯示。方案二：采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描。LED數(shù)碼管價格便宜,對于顯示數(shù)字最合適,但功耗較大，且顯示容量不夠，所以也不用此種方案。方案三：采用LCD液晶顯示屏。液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字，顯示多樣,清晰可見,且價格適中，所以采用了LCD數(shù)碼管作為顯示。3.3 時鐘芯片的選擇方案和論證：方案一：直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大。所以不采用此方案。方案二：采用DS13

6、02時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，而且精度高,工作電壓2.5V5.5V范圍內(nèi)，2.5V時耗電小于300nA。 3.4 電路設(shè)計最終方案決定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用STC89C52單片機作為主控制系統(tǒng);采用DS1302作為時鐘芯片;采用1602 LCD液晶作為顯示器件，擴展模塊為DS18B20溫度模塊。4 設(shè)計過程4.1硬件設(shè)計電路以STC89C52單片機最小系統(tǒng)為控制核心，時鐘電路由高精度低功耗的DS1302提供，采用三線接口與CPU進行同步通信，輸入部分采用四個獨立式按鍵S1、S2、S

7、3、S4。1602液晶顯示部分，D0D7口與單片機P0口相連,溫度模塊主要由DS18B20溫度傳感器構(gòu)成。具體框圖如圖1所示。LCD液晶顯示鍵盤DS1302時鐘芯片DS18B20溫度采集STC89C52控制器圖1 系統(tǒng)框圖（1）單片機控制模塊采用STC89C52芯片作為硬件核心。STC89C52內(nèi)部具有8KB ROM 存儲空間,512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間，帶有2K字節(jié)的EEPROM存儲空間，與MCS-51系列單片機完全兼容,STC89C52可以通過串口下載，實現(xiàn)功能完全，性價比較高，更適合本設(shè)計。具體電路如圖2所示。圖2STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有

8、 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。內(nèi)含8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式

9、下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。最小系統(tǒng)是指能進行正常工作的最簡單電路。它包含五個電路部分：電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、片內(nèi)外程序存儲器選擇電路、輸入/輸出接口電路。其中電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路是 保證單片機系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的三部分電路，缺一不可。電源電路 芯片引腳VCC一般接上直流穩(wěn)壓電源+5V，引腳GND接電源+5V的負(fù)極，電源電壓范圍在45.5之間，可保證單片機系統(tǒng)能正常工作。時鐘電路 單片機引腳1

10、8和引腳19外接晶振及電容，STC89C 52芯片的工作頻率可在233MHz范圍之間選，單片機工作頻率取決于晶振XT的頻率，通常選用11.0592MHz晶振。兩個小電容通常取值30pF，以保證振蕩器電路的穩(wěn)定性及快速性。復(fù)位電路 一般若在引腳RST上保持24個工作主頻周期的高電平，單片機就可以完成復(fù)位，但為了保證系統(tǒng)可靠地復(fù)位，復(fù)位電路應(yīng)使引腳RST保持10ms以上的高電平。如圖復(fù)位電路帶有上電自動復(fù)位功能，當(dāng)電路上電時，由于C1電容兩端電壓值不能突變，電源+5V會通過電容向RST提供充電電流，因此在RST引腳上產(chǎn)生一高電平，使單片機進入復(fù)位狀態(tài)。隨著電容C1充電，它兩端電壓上升使得RST電位

11、下降，最終使單片機退出復(fù)位狀態(tài)。正常運行時，可按復(fù)位按鈕對單片機復(fù)位。圖3 單片機控制模塊（2）時鐘電路采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，而且精度高,工作電壓2.5V5.5V范圍內(nèi)，2.5V時耗電小于300nA。圖4 時鐘電路（3）復(fù)位電路單片機小系統(tǒng)常采用上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。手動復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機復(fù)位。其結(jié)構(gòu)如下圖4所示。上電自動復(fù)位通過電容C5充電來實現(xiàn)。手動按鍵復(fù)位

12、是通過按鍵將電阻R5與VCC接通來實現(xiàn)。圖5 復(fù)位電路（4）顯示部分設(shè)計用液晶屏 LCD1602 分兩行顯示“ 年、月、日、周日、時、分、秒 ”，如圖5所示。圖6 1602顯示模塊（5）按鍵控制部分設(shè)計共4個獨立按鍵：S1：功能鍵。用來選擇要更改的項目（年、月、日、周日、時、分、秒）。S2：加數(shù)鍵。按1下則數(shù)值加1。S3：減數(shù)鍵。按1下則數(shù)值減1。S4：鬧鐘鍵。進入鬧鐘模式。下圖為鍵盤電路圖6所示。圖7 鍵盤模塊溫度模塊設(shè)計 圖8 溫度模塊4.2系統(tǒng)軟件程序設(shè)計（1）主程序：LCD1602初始化，鬧鈴響應(yīng)，檢測是否有按鍵按下，有按鍵按下則記錄按下鍵的鍵值，并跳轉(zhuǎn)至功能轉(zhuǎn)移程序；無按鍵按下，則返

13、回鍵盤掃描程序繼續(xù)檢測。（2）LCD1602顯示子程序：LCD1602初始化函數(shù)，LCD讀寫操作子程序，接受MCU的指令與數(shù)據(jù)，完成顯示功能。（3）DS1302讀寫子程序：根據(jù)檢測到的相應(yīng)按鍵值對DS1302進行讀寫操作，完成年、月、日、星期、時、分、秒等數(shù)據(jù)的更改和傳輸。（4）鍵盤掃描子程序：將MCU的I/O口與按鍵相連，通過不斷的檢測該I/O口是否變?yōu)榈碗娖?，?dāng)檢測到低電平時說明按鍵被按下，執(zhí)行相應(yīng)的指令。（5）溫度檢測子程序：接受溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)，4.2.2主程序模塊圖9 主程序流程圖4.2.3按鍵子程序模塊s1 圖10 按鍵子程序流程圖（以S2為例）5電路仿真與結(jié)果分析5

14、.1電路仿真圖11 這是正常顯示狀態(tài)（未設(shè)定鬧鐘）圖12 鬧鐘設(shè)置狀態(tài)圖13 鬧鈴設(shè)置成功5.2結(jié)果分析 由于是第一次做課程設(shè)計，同時也是第一次寫這么綜合的程序，所以在調(diào)試過程中遇到很多問題，一部分是關(guān)于DS1302與1602的硬件特點以及在硬件的基礎(chǔ)之上驅(qū)動程序的調(diào)用，這里主要是網(wǎng)上找資料去學(xué)會調(diào)用與編寫，主要是通過網(wǎng)上視頻教學(xué)；另一部分是自己做的硬件存在很多誤差。在仿真與實物圖之間還是存在一定差距，需要細(xì)心的焊接和調(diào)試等操作。6設(shè)計體會通過本次課程設(shè)計，使我加深了對單片機的認(rèn)識，并且熟悉了單片機系統(tǒng)的設(shè)計流程，收獲豐碩。功能上基本達標(biāo)：時鐘與鬧鐘的顯示，調(diào)時間和鬧鐘功能以及鬧鐘鳴叫功能。時

15、鐘與鬧鐘顯示功能，精確度完全可以滿足日常生活顯示時間的需要；調(diào)時間與鬧鐘功能，方便快捷。硬件設(shè)施基本合乎要求，軟件設(shè)計可以配合硬件實現(xiàn)其功能。技術(shù)在不斷進步，機械式時鐘已經(jīng)被淘汰，取而代之的是具有高度準(zhǔn)確性和直觀性且無機械裝置，具有更長的使用壽命等優(yōu)點的電子時鐘。電子時鐘更具人性化，更能提高人們的生活質(zhì)量，更受人們歡迎。機械時代已經(jīng)遠(yuǎn)去，電子時代已經(jīng)到來。做為新時代的我們，更應(yīng)該提高自身能力，適應(yīng)新時代的發(fā)展。知識來自實踐，多從生活中探尋所需要的。從這次的論文設(shè)計中，我真正的體會到，知識的重要性，特別是要理論聯(lián)系實際，把我們所學(xué)的理論知識運用到實際生活當(dāng)中，要用知識改變一切。參考文獻1程國鋼、

16、陳躍琴、崔荔蒙. 51單片機典型模塊開發(fā)查詢手冊. 電子工業(yè)出版社.2012年5月第1 版。2郭天祥.51單片機C語言教程，電子工業(yè)出版社2009年12月第一版。3康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社.第五版。附件完整電路部分程序：#include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit rs=P23; /寄存器選擇sbit rw=P21; /讀寫信號線sbit lcden=P21; /led使能端sbit scl=P15; /時鐘線sbi

17、t rst=P17; /復(fù)位線sbit io=P16; /數(shù)據(jù)口sbit key_set_time=P30; /設(shè)置時間鍵sbit key_add=P31; /加鍵sbit key_minus=P32; /減鍵sbit key_set_alarm=P33; /設(shè)置鬧鐘鍵sbit bee=P24; /蜂鳴器接口sbit dq=P25; /ds18b20測溫uchar getTimebuf8;/存放時間數(shù)據(jù)uchar time=" : : "/時間格式字符串uchar date="20 - - "/日期格式字符串uchar weeklist="SunMonTueWedThuFriSat"/星期字符列表uchar week=" "/星期格式字符串int count;/設(shè)定秒分時日月星期年的時候count的值分別為1235647int alarm;/是否進入鬧鐘設(shè)置界面 123分別代表開關(guān) 分 小時的設(shè)置int isOpen;/鬧鐘是否開啟