基于电子闹时钟的单片机课程设计论文.doc

目 录1 选题背景11.1 设计背景11.2 设计要求11.3 指导思想12 基本方案选择与论证12.1 单片机芯片的选择方案及论证12.2 显示模块选择方案及论证22.3 时钟芯片选择方案及论证23 系统硬件设计与实现23.1 电路设计框图23.2 系统硬件概述33.3 单元电路分析及设计33.3.1 主控制模块的设计33.3.2 时钟电路模块的设计43.3.3 键盘模块的设计53.3.4 显示模块的设计53.3.5 蜂鸣器模块的设计73.3.6 时钟仿真图73.4 晶振电路和复位电路设计73.4.1 晶振电路73.4.2 复位电路73.5 电源电路83.6 时钟仿真图84 系统的软件设计84.1 程序流程框图84.2 程序的设计105 总结及心得体会10附录:源程序11参考文献资料1 选题背景1.1 设计背景 现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力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，产品更新换代的节奏也越来越快。时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人们忘记时间，甚至错过一些重要的时刻。所以电子闹钟的出现，显得十分必要，在重要的时间进行必要的提醒，给人们的生活带来了极大的方便。通过课程设计的设计与制作，更加熟练地掌握ds1302的读写操作以及lcd1602的写操作，为以后运用这类芯片打下基础，增加了对spi的总线的认识。1.2 设计要求(1)用单片机设计基于at89c51，ds1302，lcd1602的电子钟，显示时间和日期。(2)具有时间和日期的校准。(3)熟练掌握相关软件的使用方法，以及各个器件的基本工作原理。(4)编写程序，实现要求的功能。1.3 指导思想单片机在电子产品中的应用越来越广泛，特别是51系列的单片机，由于其使用方便、价格低廉等优势，在市场上占有很大的份额。at89c52就是51系列中的一个比较成熟的型号。本设计是一个多功能的实时时钟，带秒表、整点报时、闹铃、调整时间等功能。可按键直接设置闹铃时间。由at89c51单片机、ds1302、lcd1602等模块组成。现代社会，时间就是金钱，时钟是每个人的必备品。本设计实现了所需功能，给大家带来方便，整体性好、人性化强、可靠性高，实现了时钟的多功能应用。2 基本方案选择与论证2.1 单片机芯片的选择方案和论证方案一: 采用89c51芯片作为硬件核心，采用flash rom，内部具有4kb rom 存储空间,能于3v的超低压工作,而且与mcs-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备isp在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二: 采用at89s52,片内rom全都采用flash rom；能以3v的超底压工作；同时也与mcs-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8kb rom 存储空间，同样具有89c51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。 相比之下，我们在实验箱实际仿真时选择采用at89s52作为主控制系统，由于proteus库中没有at89s52，在原理图仿真时采用了at89c51.2.2 显示模块选择方案和论证方案一：采用点阵式数码管显示，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,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示.方案二：采用lcd液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,显示多样,清晰可见.所以本设计采用lcd1602.2.3 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、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,位的ram做为数据暂存区，工作电压2.5v5.5v范围内，2.5v时耗电小于300na.综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用at89c52作为主控制系统， ds1302提供时钟计时，lcd1602屏幕显示.3 系统硬件设计与实现3.1 电路设计框图图3-1 电路设计框图3.2 系统硬件概述本电路是由at89c51单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3v超低压工作，时钟电路由ds1302提供，它是一种高性能、低功耗、带ram的实时时钟电路，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，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31*8的用于临时性存放数据的ram寄存器。可产生年、月、日、周日、时、分、秒，具有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能；显示部份由lcd1602构成.3.3 单元电路分析及设计3.3.1 主控制模块的设计 采用at89c51作为主控制器。at89c51单片机是一款低功耗，高性能的单片机，片内含4kb在线可编程（isp）的可反复擦写只读存储器，器件采用高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准mcs-51指令系统及80c51引脚结构。这样，既能做到经济合理又能实现预期的功能。主要引脚功能介绍如下：(1)i/o接口：p0.0p0.7，p0口是8位准双向i/o口；p1.0p1.7，p1口是8位准双向i/o口；p2.0p2.7，p2口是8位准双向i/o口；p3.0p3.7，p3口是8位准双向i/o口；其中，p0口有两种工作方式:一是作为普通i/o端口使用，需要输出高电平时要接上拉电阻;二是在访问片外存储器时，它是标准的双向i/o接口。分时复用作为低8位地址线和8位双向数据总线使用。p1口只做i/o口使用，内部有上拉电阻。p2口有两个功能：扩展外部存储器时，当地址总线使用；做一般i/o口使用时，内部有上拉电阻。p3口除了作为i/o使用外，还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。(2)ale/prog 地址锁存控制信号：在系统扩展时，ale用于控制把p0口的输出低8位地址送锁存器存起来，以实现地位地址和数据的隔离。当ale是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器时，ale信号负跳变将p0口上低8位地址信号送入锁存器。当ale为低电平时，p0口上的内容和锁存器输出一致。(3)prog为编程脉冲的输入端。(4)pesn为外部程序存储器读选通信号：在读外部rom时psen低电平有效，以实现外部rom单元的操作。(5)rst复位信号：当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即有效，用以完成单片机复位初始化操作，当复位后程序计数器pc=0000h。(6)xtal1和xtal2：外接晶振引脚，当使用芯片内部时钟时，此引脚用于接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。(7)vcc: 电源+5v输入。(8)vss: gnd接地。mcs-51是标准的40引脚双列直插式电路芯片,引脚见图3-2。图3-2 at89c51引脚图时钟电路： 8051单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。 在引脚xtal1和xtal2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。电容器col，co2起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在5-30pf。晶振频率的典型值为12mh2，采用6mhz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟情号比较稳定，实用电路中使用较多。本设计采用内部震荡方式。3.3.2 时钟电路模块的设计ds1302是美国dallas公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟日历芯片，附加31字节静态ram，采用spi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和ram数据。实时时钟提供秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿功能，工作电压在2.5v5.5v范围内，2.5v时耗电小于300na。采用双电源供电，可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。有主电源和备份电源双引脚，而且备份电源可由大容量电容来代替，ds1302需要使用32.768khz晶振，并在任何数据传送时必须先初始化，把rst脚置为高电平。ds1302包含以下一些功能部件：(1)实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数。 (2)用于高速数据暂存的318位ram。(3)slk：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出。(4)i/o：三线接口时的双向数据线。(5)用于时钟或ram数据读/写的单子节数据传送方式。ds1302的引脚图，如图3-3：图3-3 ds1302的引脚图图3-4 ds1302的模块设计其引脚功能如下表：引脚号名称功能1vcc1备份电源输入2x132.768khz晶振输入3x232.768khz晶振输出4gnd接地5rst控制移位寄存器/复位6i/o数据输入/输出7sclk串行时钟8vcc2主电源输入表3-13.3.3 键盘模块的设计本部分采用独立式键盘通过键盘对时钟预置时间、星期，如图3-5所示。独立式键盘是一键一线，各键相互独立，每个按键各接一条i/o口线，通过检测线独立，识别按下的按键。它适用于键盘按键数目较少的场合，故此处选用独立式键盘。 图3-5 at89c513.3.4 显示模块的设计lcd1602是一种用57点阵图形来显示字符的液晶显示器模块，它显示的容量为2行16个字共32个字符。它由若干个57或者511点阵字符组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。模块采用数字式接口，能够方便地与单片机等控制类芯片进行通信。由于体积小、重量轻、显示质量高、功耗低等诸多优点而被广泛使用。lcd1602引脚及功能：(1)gnd:接地。 (2)vcc:接+5v电源。 (3)vl:液晶显示器对比度调整端。接+5v电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，使用时可以通过一个10k的精密电位器调整对比度。(4)rs:寄存器选择。 高电平时选择数据寄存器，否则选择指令寄存器。(5)rw:读写信号。(6)e: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。(7)d1-d8:8位双向数据线。(8)blk:背光源正极。(9)blk:背光源负极。lcd1602采用标准的14或16脚接口，各个引脚如图3-6所示。图3-6 lcd16023.3.5 蜂鸣器的设计蜂鸣器使得时钟具有整点报时功能，如下图：图 3-7 时钟整点报时3.4 晶振电路和复位电路设计单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。3.4.1 晶振电路晶振电路两端分别接单片机的xtal1和xtal2两端口。 图 3-8 晶振电路3.4.2 复位电路当mcs-5l系列单片机的复位引脚rst(全称reset)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果rst持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。 根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。图 3-9 复位电路上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。常用开关复位电路如图3-9所示。上电后，由于电容c2的充电作用，使rst持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键k后松开，也能使rst为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。3.5 电源电路电源电路设计如图：图 3-10 电源电路3.6 时钟仿真图图3-11 时钟仿真图4 系统的软件设计4.1 程序流程框图蜂鸣器发出声音闹钟时间?用lcd1602显示时间读ds1302的时间等于40ms ?初始化ds1302初始化lcd1602开始开始初始化lcd1602初始化ds1302等于40ms ?读ds1302的时间用lcd1602显示时间开始蜂鸣器发出声音初始化ds1302闹钟时间?初始化lcd1602y等于40ms ?nn用lcd1602显示时间y读ds1302的时间图4-1 主流程图4.3 程序的设计：见附录。5 体会及改进意见这次课程设计我们选择的是电子定闹时钟设计。实习任务包括理论设计、时钟的仿真、写设计报告等。其中理论设计又包括选择总体方案，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路，选择元器件等；软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图。程序设计是课程设计的关键环节，开始以为时钟会很简单，就算遇到问题应该也很好解决，但当自己真正去做的时候，发现了好多困难，于是查资料，问同学，经过和同学的探讨，通过进一步完善程序设计，基本达到课题所要求的指标。完成了实习任务。这次实习我更加了解了单片机的应用，更加牢牢的掌握了书本知识与现实应用的结合，总之这次课程设计试一次很好的锻炼，让我有了全方位的提高，受益匪浅，基本掌握了单片机，为我以后的工作学习打下了很好的基础，而且积累了丰富的经验。课程设计结束了，但从中学到的知识会让我受益终身。发现问题、提出问题、分析问题、解决问题和实践能力的提高都会使我在以后的学习、工作和生活中受益。设计过程中，常有一些顽固的问题不好解决，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。我在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，不能灵活运用。在今后的课程学习与实践中，要不断的学习，尤其是对于掌握不够的知识，同时要养成自我学习的习惯，与别人合作汲取知识，虚心向别人请教，做到互帮互助，共同进步。10附录:源程序ds1302_wrb:mov 40h,#8mov a,brrc amov b,amov ds1302_io,csetb ds1302_clkclr ds1302_clkdjnz 40h,lpwretds1302_rdb:mov 40h,#8lpr:mov c,ds1302_iorrc asetb ds1302_clkclr ds1302_clkdjnz 40h,lprret ds1302_readsec:clr ds1302_rstclr ds1302_clksetb ds1302_rstmov b,#81hcall ds1302_wrbcall ds1302_rdbmov 30h,asetb ds1302_clkc