电子钟课程设计--基于单片机的电子钟设计.doc

烟 台 南 山 学 院 单片机课程设计单片机课程设计 题目 基于单片机的电子钟设计 姓 名： 吴志涛 所在学院： 计算机与电气自动化学院 所学专业： 自动化 班 级： 自动化 2 班 学 号： 201002160229 指导教师： 杨国庆 完成时间： 2013.9.20 1 目 录 一、设计任务与要求 .2 1设计的目的.2 2设计的指标.2 3设计的要求.2 二、总体方案设计 .2 1设计的思路.2 2. 电路的结构特征 .3 3. 数据输入输出(I/O) 3 三、单元电路分析与设计 .4 1. 显示部分数码管（LED）4 2. 键盘部分 .4 四、总原理图及元器件清单 .4 1. 总程序图 .4 2. 时间产生流程图 .5 3. 按键控制流程图 .6 4. 电子钟软件系统程序 .6 5. 元器件清单 .9 五、软件仿真 .9 六、结论与心得 10 七、参考文献 11 2 一、设计任务与要求 1 设计的目的 设计一个带有年月日、时分秒及星期显示的电子钟。 电子钟的主要功能是给人们提供时间和日期信息，无论其形式如何，从外 部都可分为显示和校准两部分。为使电子日历协调工作，整个系统从功能上可 分为实时时钟、显示和键盘三个模块，分别完成时间和日期的计算以及人机交 互的管理等。 2 设计的指标 电子钟是一套完整的时间显示系统，采用单片机等控制设计作为核心控制 器，并能实时显示当前的日期，能够设置时间等操作。 3 设计的要求 本电子钟能动态显示年、月、日、星期、小时、分钟、秒。 二、总体方案设计 按照系统设计功能的要求，初步确定系统由主控模块、时控模块、及显示 模块和键盘接口模块共 4 个模块组成。主控芯片使用 51 系列 STC89C52RC 单片 机，时钟芯片使用美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实 时时钟 DS1302。采用 DS1302 作为计时芯片，可以做到计时准确。更重要的是， DS1302 可以在很小电流的后备电源（2.55.5V 电源，再 2.5V 时耗电小于 300nA） ，而且 DS1302 可以编程选择多种充电电流来为后备电源进行慢速充电， 可以保证后备电源基本不耗电。显示模块采用普通的共阳极四位一体八段 LED 数码管。 1 设计的思路 单片机 显示系统 DS1302 键盘 3 图 1 电子钟的系统框图 2 电路的结构特征 1. DS1302 的结构及工作原理 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时 钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功 能，工作电压为 2.5V5.5V。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。 2. 引脚功能及结构 图 2 所示出 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；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。 图 2 DS1302 引脚图 3. 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 4 读出 DS1302 的数据，读出数据时从低位 0 位到高位 7。 三、单元电路分析与设计 1. 显示部分数码管（LED） 七段数码管一般由 8 个发光二极管组成，其中由 7 个细长的发光二极管组 成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。 当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管 导通，就能显示出各种字符，尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符数 量也有限，但其控制简单，使有也方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共 阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管。 2. 键盘部分 时钟的设置虽包含数字，但是我们不建议使用数字键盘，应为数字键盘将 增加系统的复杂程度。为使系统尽可能简化，键盘部分的设计在能够完成系统 要求的前提下，越简单越好。所以，时钟系统的键盘可以设置四个键：功能选 择键、加 1 键、减 1 键，闹钟键。 四、总原理图及元器件清单 1. 总程序图 开始 系统初始化 从DS1302 中读取时间 LED显示 初始时间 是否有键按下 LED 显示时间 否 是 返回 时间是否正确 是 否 图 3 系统主流程图 5 图 3 为单片机电子日历的主流程图。其具体的工作流程如下：系统通电后， 对系统进行复位初始化处理，然后控制主机 AT89C51 单片机从时钟芯片 DS1302 中读取时间，存储到单片机中，并显示到 LED 数码管上。显示的时间如果与实 际时间一样，则结束，如果不一样，则进行下一步操作。系统一直扫描是否有 键按下，当有按键 S1 按下后，系统进入时间设定模式，并对不准确的时间进行 设定和调整，直到设定完成后，则将设定后的时间显示在 LED 数码管上。 2. 时间产生流程图 开始 变量初始化 使DS1302不 具备写保护 复位端产 生高电平 显示数据 否 是 返回 数据是否写完 否 写地址 并延迟 写数据 地址增加 复位端产 生高电平 数据是否读完 写地址 并延迟 读数据 地址增加 是 图 4 DS1302 操作流程图 图 4 为电子日历的时间产生流程图，即 DS1302 操作流程图。其具体的 工作流程为：系统通电后，开始初始化操作，使得 DS1302 不具备写保护的模式， 同时当复位端产生一个高电平时，对 DS1302 进行写地址，并延迟一段时间，向 该地址写数据，同时地址增加，如果数据写完没有写完，则继续对 DS1302 进行 写地址操作，否则进行下一步操作，当给复位端一个高电平后，对 DS1302 写地 6 址，同时延迟一段时间后，将该地址的数据读出来，同时地址增加，如果数据 没有读完，则继续对 DS1302 进行写地址操作，否则即数据已经读完，则将读取 出来的数据显示出来，并进行返回操作。 3. 按键控制流程图 开始 按键S3 按键S1 时间大 S2移位调整 按键S1 返回 是 否 是 否 完成设定 是 否 时间小 按键S4 S2移位调整 完成设定 否 是 图 5 按键控制流程图 图 5 为系统按键控制电路流程图。其具体的工作流程如下：系统一直扫描， 当按键 S1 按下后，系统进入时间设定界面，否则系统没反应，即使按下其他 的按键也没有反应。按下 S1 后，开始进行时间设置，当显示的时间比实际的 时间小时，按下按键 S3，进行时间的加操作，当显示时间比实际时间大时，则 按下按键 S4，进行时间的减操作，如果显示的时间与实际的一样，则按下按键 S2 进行移位，对下一个时间进行设定，如果与实际时间不相同，则重复操作按 键 S3、S4，对时间进行加减操作，直到设定的时间也实际时间相同为止，如果 完成了设定，则通过按键 S1 的操作对修改和设定的时间进行保存，最后退出 时间设定。 伪指令定义。 4. 电子钟软件系统程序 SEC EQU 30H 7 MINEQU 31H HOUREQU 32H SECGEEQU 7FH SECSHIEQU 7EH MINGEEQU 7CH MINSHIEQU 7BH HOURGE EQU 79H HOURSHIEQU 78H ;系统起始程序区 ORG 0000H START: LJMP MAIN ORG 000BH LJMP TC0 ;显示子程序 ;入口: 77H,78H,79H,7AH,7BH,7CH,7DH,7EH,7FH, DISP: PUSHDPH PUSHDPL PUSHACC PUSHPSW CLR RS1 ;改变当前寄存器组为组 1 SETB RS0 MOV R1, #78H ;显示缓冲存储单元首地址 MOV R2, #0FEH ;从右至左显示，共阳极 DISP1:MOVA, R1 MOVDPTR, #TAB MOVC A, A+DPTR MOV P0, A ;送段控 MOV P2, R2 ;送位控 LCALL DL ;延时 2 毫秒 为什么这里要延时 MOV A, R2 JNB ACC.7, DISP2 ;为 0 转移; RL A INC R1 MOV R2, A LJMP DISP1 8 DISP2: POP PSW ;恢复当前寄存器组的组号 POP ACC POP DPL POP DPH RET 加 1 子程序 SEC_:INCSEC MOV A,SEC MOV B,#10 DIV AB MOV SECSHI, A MOV SECGE,B MOV A, SEC CJNE A, #60,EXI MOV SEC, #0 MOV SECGE,#0 MOV SECSHI, #0 LJMP EXI MIN_:INC MIN MOV A,MIN MOV B,#10 DIV AB MOV MINSHI, A MOV MINGE,B MOV A,MIN CJNE A,#60,EXI MOV MIN, #0 MOV MINGE,#0 MOV MINSHI, #0 LJMP EXI HOUR_: INC HOUR MOV A,HOUR MOV B,#10 DIV AB MOV HOURSHI, A 9 MOV HOURGE, B MOV A,HOUR CJNE A,#24,EXI MOV HOUR, #0 MOV HOURGE, #0 MOV HOURSHI, #0 EXI:RET 5. 元器件清单 表 1 元器件清单 五、软件仿真 基本显示原理：时钟开始显示为 0 时 0 分 0 秒，也就是数码管显示 000000，然后每秒秒位加 1 ，到 9 后，10 秒位加 1，秒位回 0。10 秒位到 5 后， 即 59 秒 ，分钟加 1，10 秒位回 0。依次类推，时钟最大的显示值为 23 小时 59 分 59 秒。这里只要确定了 1 秒的定时时间， 其他位均以此为基准往上累加。 同时时钟达到最大值的时候天数也增加一位，知道显示了 7 后再变为 1，同时 阴历和阳历的天数也加 1，根据不同的月份显示的天数阳历有 28，29，30，31 天，阴历就要经过计算得到，到了 12 个月后，年数自动增加 1，以此类推，显 示万年历的现实。 元器件名称型号数量（个） 单片机STC89C511 时钟芯片DS12C8871 液晶显示器LCD16021 晶振11.0596MHZ1 电阻1K1 电阻4.7K1 电位器10K1 瓷片电容22pF2 瓷片电容0.1uF2 电源接口5V1 杜邦线30 排针5 按键4 总计24 10 图 6 仿真图 六、结论与心得 在整个设计过程中，发挥团队精神，分工合作，自主学习，通过对以前知 识的补充和学习。较好的完成了作品，完成了本次课程设计的要求。在最初的 设计中， ，对于 52 单片机进行了充分的了解，并与 51 相比较，了解了两种单片 机的不同，并相互学习、相互讨论、最终决定使用 89C52 单片机制作。电路的 布局在软件中进行了期间排布，使得期间在板子上尽可能合理分配。程序编写 中，由于思路不清晰，开始时遇到了很多的问题，通过和同组员的讨论，以及 对大量书籍资料和论坛中成功的品进行借鉴，明白了编程中的的主要算法和实 现，从而解决的大部分问题在本次单片机课程设计中对于单片机功能及应用有 了充分了认识。充分了解了单片机的应用。并对只是进行了补充学习在大量阅 读文献资料后，感觉对单片机的了解还很少。以后将及时补充相关知识，对单 11 片机进行系统学习。 七、参考文献 1.李建忠 .单片机原理及应用 .西安电子科技大学出版2006.02 2.张俊谟 .单片机中级教程 .北京航空航天大学出版2006.03 3.余发山