单片机设计论文--电子钟的设计.doc

摘要本系统的设计电路由实时时钟模块、环境温度检测模块、报警模块等部分组成。其中实时时钟采用ds1302，可实现年、月、日、时、分、秒等时间信息的采集和闹钟功能；温度检测模块由ds18b20 集成温度传感器对现场环境温度进行实时检测；可实现题目要求的时间显示、闹钟设置、温度测量；报警模块由报警蜂鸣器功能。该电路采用at89c51单片机作为核心，功耗小，能在3v的低压工作，电压可选用35v电压供电。关键词：单片机；at89c51；led数码管显示器；keil c51；ds1302；ds18b20abstractthe circuit design of the system by the real-time clock module, the ambient temperature detection module, the alarm module, and other parts. one use of real-time clock ds1302, can achieve the year, month, day, hour, minute, second time, and other information collection and alarm clock functions; temperature detected by the module ds18b20 integrated temperature sensor on the ambient temperature at the scene in real-time detection; can be the subject of the request time show, set an alarm clock, temperature measurement; alarm module from the buzzer alarm function. at89c51 single chip using the circuit as a core of small-power, low pressure in the 3v, voltage can be selected 3 5v power supply voltage.keywords single-chip; at89c51; led digital display tube; keil c51; ds1302; ds18b20目 录摘要iabstractii第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1 单片机概述11.1.2 单片机与单片机系统11.2 单片机的发展21.3 单片机应用领域2第2章 硬件设计32.1 芯片介绍32.1.1 at89c51芯片介绍32.1.2 ds1302芯片介绍42.1.3 ds18b20芯片介绍6第3章 系统应用软件83.1 软件调试工具keil c51介绍83.2 主程序流程图103.3 程序设计（如附录）10结 论11致 谢12参考文献13附 录14iii第1章 绪论1.1 课题背景在生活和生产的各领域中，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现；从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想像到的地方几乎都有使用单片的需求。现在尽管单片机的应用已经很普遍了，但仍有许多可以用单片机控制而尚未实现的项目，因此，单片机的应用大有想像和拓展空间。1.1.1 单片机概述单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，具体说就是把中央处理器cpu(central processing unit)。随机存储器ram（random access memory）。只读存储器rom（read only memory）。 中断系统、定时器计数器以及io（input/output）接口电路等主要微型机部件集成在一个芯片上。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了计算机系统的属性。为此，称它为单片微型计算机scmc（single chip micro computer），简称单片机。单片机主要应用与控制领域，用以实现各种测试和控制功能，为了强调起控制属性，也可以把单片机称为微控制器mcu（micro controller unit）。在国际上，“微控制器”的叫法似乎更通用一些，而在我国则比较习惯与“单片机”这一名称。 单片机在应用时，通常是处于控制系统的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式进行使用，为了强调其嵌入的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器emcu（embedded micro controller unit）。在单片机的电路和结构中，有许多嵌入式应用的特点。1.1.2 单片机与单片机系统单片机通常是指芯片本身，它是有芯片制造商生产的，在它上面集成的是一些做为基本组成部分的运算器电路，控制器电路，存储器，中断系统，定时器/计数器以及输入/输出口电路等。但一个单片机芯片并不能把计算机的全部电路都集成到其中，例如组成谐振电路和复位电路的石英晶体，电阻，电容等，这些元件在单片机系统中只能以散件的形式出现。此外，在实际的控制应用中，常常需要扩展外围电路和外围芯片。从中可以看到单片机和单片机系统的差别，即：单片机只是一块芯片，而单片机系统则是在单片机芯片的基础上扩展其它电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。 通常所说的单片机系统都是为实现某一控制应用需要由用户设计的，是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统。在单片机系统中，单片机处于核心地位，是构成单片机系统的硬件和软件基础。1.2 单片机的发展继1971年微处理器的研制成功不久，就出现了单片的微型计算机即单片机，但最早出现的单片机是一位的，1976年intel公司推出了8位的mcs-48系列单片机，它以体积小、控制功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应用和好评，为单片机的发展奠定了坚实的基础，成为单片机发展史上一个重要阶段，其后，在mcs-48成功的刺激下，许多半导体芯片在生产厂商竞相研制和发展自己的单片机系列。到80年代末，世界各地已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片机产品，其中包括motorola公司的6801，6802，zilog公司的z-8系列，rockwell公司的6501，6502等，此外，日本的nec公司，日立公司等也不甘落后，相继推出了各自的单片机品种。尽管目前单片机的品种很多，但是我过使用最多的是intel公司的mcs-51单片机系列。mcs-51系列是在mcs-48的基础上于20世纪80年代初发展起来的，虽然它是8位的单片机，但其功能较mcs-48有很大的增强。此外，它还具有品种全，兼容性强，软硬件资料丰富等特点，因此应用愈加广泛，成为比mcs-48更重要的单片机品种，直到现在，mcs-51仍不失为单片机的主流系列。今后的单片机将是功能更强，集成度和可靠性更高而功耗更低，以及使用更方便等特点。此外，专用化也是单片机的一个发展方向，针对单一用途的专用单片机将会越来越多。1.3 单片机应用领域现在单片机的应用已经很广泛，下面我们就一些典型方面进行介绍。1工业自动化方面：自动化技术广泛应用于机械、电子、电力、石油、化工、纺织、食品等轻重工业领域中，而在工业自动化技术中，无论是过程控制技术，数据采集和测控技术，还是生产线上的机器人技术，都需要要有单片机的参与。 2仪器仪表方面：现在仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高，对此最好使用单片机来实现，而单片机的使用又将加速仪器仪表向数字化，智能化，多功能化和柔性化方向发展。 3家用电器方面：洗衣机，电冰箱，空调机，微波炉，电视机和音像视频设备等，这里说的电脑实际上就是单片机。4信息和通信产品方面：计算机的外部设备和自动化办公设备中，都有单片机在其中发挥着作用。 5军事装备方面：科技强军、国防现代化离不开计算机，在现代化的飞机、军舰、坦克、导弹火箭和雷达等各种军用装备上，都有单片机深入其中。第2章 硬件设计2.1 芯片介绍2.1.1 at89c51芯片介绍at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。at89c2051是一种带2k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，at89c2051是它的一种精简版本。at89c51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。下面是at89c51芯片：at89c51芯片图at89c51的主要特性：与mcs-51 兼容 4k字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0hz-24hz三级程序存储器锁定128*8位内部ram32可编程i/o线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 最小系统就是单片机在发挥具体测控功能时所必须的组成部分，最小系统由晶振电路和复位电路组成。下图是晶振和复位电路：晶振电路图复位电路图2.1.2 ds1302芯片介绍美国dallas公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路ds1302的结构、工作原理及其在实时显示时间中的应用。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。工作电压为2.5v5.5v。采用三线接口与cpu进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或ram数据。ds1302内部有一个318的用于临时性存放数据的ram寄存器。ds1302是ds1202的升级产品，与ds1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。如下图给出ds1302的引脚排列,其中vcc1为后备电源，vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。ds1302由vcc1或vcc2两者中的较大者供电。当vcc2大于vcc10.2v时，vcc2给ds1302供电。当vcc2小于vcc1时，ds1302由vcc1供电。x1和x2是振荡源，外接32.768khz晶振。rst是复位/片选线，通过把rst输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。rst输入有两种功能：首先，rst接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当rst为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对ds1302进行操作。如果在传送过程中rst置为低电平，则会终止此次数据传送，i/o引脚变为高阻态。上电运行时，在vcc2.5v之前，rst必须保持低电平。只有在sclk为低电平时，才能将rst置为高电平。i/o为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。sclk始终是输入端。ds1302引脚图ds1302 的控制字如下图图所示。控制字节的最高有效位(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输出。 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个sclk脉冲的下降沿读出ds1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。下图为ds1302的最小电路：其中i/o口、rst、sclk分别接单片机的p1.1、p1.2、p1.3口。ds1302最小电路图2.1.3 ds18b20芯片介绍美国dallas公司生产的 ds18b20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。技术性能描述：独特的单线接口方式，ds18b20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与ds18b20的双向通讯；支持多点组网功能，多个ds18b20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；工作电源: 35v/dc；在使用中不需要任何外围元件；测量结果以912位数字量方式串行传送；不锈钢保护管直径 6 ；适用于dn1525, dn40dn250各种介质工业管道和狭小空间设备测温；标准安装螺纹 m10x1, m12x1.5, g1/2”任选；pvc电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。独特的一线接口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为3.0 v至5.5 v 无需备用电源 测量温度范围为-55 c至+125 。华氏相当于是-67 f到257华氏度 -10 c至+85 c范围内精度为0.5 c温度传感器可编程的分辨率为912位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统。ds18b20的管脚排列如下图所示，dq为数字信号输入输出端；gnd为电源地；vdd为外接供电电源输入端。ds18b20芯片图下图为ds18b20在单片机中的接口电路：ds18b20接线图第3章 系统应用软件3.1 软件调试工具keil c51介绍keil c51仿真器是一款利用keil c51 的ide集成开发环境作为仿真环境的廉价仿真器，是利用sst公司具有iap功能的单片机sst89c58制作而成，主要是利用了sst89c58的iap功能，所谓iap功能是in application program 的英文缩写，是在应用编程的意思，通俗一点讲就是：它可以通过串口将用户的程序下载到单片机中，可以通过串口对单片机进行编程。它之所以具有这种功能，实际上它有两块程序flash区，其中一块flash中运行的程序可以更改另外的一块程序flash区中的程序，正是利用这一特性才用它作成了仿真器，我们把仿真器的监控程序事先烧入sst89c58，监控程序通过sst89c58的串口和pc通讯，当使用keil c51的ide环境仿真时，用户的程序通过串口被监控程序写入flash程序区中，当用户设置断点等操作仿真程序时，flash程序中的用户程序也在相应的更改，从而实现了仿真功能 。启动时图像下面的步骤是建立第一个项目：（1）点击project 菜单，选择弹出的下拉式菜单中的new project，如图12。接着弹出一个标准windows 文件对话窗口，如图13，这个东东想必大家是见了n 次的了，用法技巧也不是这里要说的，以后的章节中出现类似情况将不再说明。在“文件名”中输入您的第一个c 程序项目名称，这里我们用“test”，这是笔者惯用的名称，大家不必照搬就是了，只要符合windows 文件规则的文件名都行。“保存”后的文件扩展名为uv2，这是keiluvision2 项目文件扩展名，以后我们可以直接点击此文件以打开先前做的项目。如图13 new project 菜单如图12 文件窗口（2）选择所要的单片机，这里我们选择常用的ateml 公司的at89c51。此时屏幕如图14 所示。at89c51 有什么功能、特点呢？看图中右边有简单的介绍，稍后的章节会作较详细的介绍。完成上面步骤后，我们就可以进行程序的编写了。（3）首先我们要在项目中创建新的程序文件或加入旧程序文件。如果您没有现成的程序，那么就要新建一个程序文件。在keil 中有一些程序的demo，在这里我们还是以一个c 程序为例介绍如何新建一个c 程序和如何加到您的第一个项目中吧。点击图15 中1 的新建文件的快捷按钮，在2 中出现一个新的文字编辑窗口，这个操作也可以通过菜单filenew 或快捷键ctrl+n 来实现。3.2 主程序流程图开始初始化读、写日期、时间和温度分离日期时间温度显示值显示子程序农历自动更新子程序日期、时间修改子程序闰月子程返回定时闹