基于STC89C52单片机的数字时钟设计.doc

第九届长通杯电子设计大赛论文基于STC89C52单片机的数字时钟设计目 录1、系统方案- 2 -1.1、方案比较与选择- 2 -1.1.1、单片机选择与论证- 2 -1.1.2、稳压电源选择与论证- 2 -1.1.3、时钟芯片选择与论证- 2 -1.1.4、感温器件选择与论证- 3 -1.1.5、显示器件选择与论证- 3 -1.1.6、键盘形式选择与论证- 3 -2、电路与程序设计- 3 -2.1、电路的设计- 3 -2.1.1、总体框图设计- 3 -2.1.2、单片机最小系统电路- 4 -2.1.3、稳压电源电路- 4 -2.1.4、时钟芯片电路- 5 -2.1.5、按键电路- 5 -2.1.6、蜂鸣器电路- 6 -2.1.7、感温电路- 6 -2.1.8、显示电路- 7 -2.2、程序设计- 7 -2.2.1、DS1302程序流程图- 7 -2.2.2、液晶显示子程序流程图- 8 -附录- 9 -附录1：电路原理图- 9 -附录2：源程序- 10 -1、系统方案1.1、方案比较与选择1.1.1、单片机选择与论证方案一：SST单片机。SST单片机省去了开发用的编程器和仿真器。省去了外部EEPROM、电压监控芯片、上电复位电路和5个UART的扩展芯片。它自带在线下载和在线仿真功能，带有5路PCA模块(主成分分析)，PCA功能比普通单片机有更强的计时性。利用PCA的脉冲宽度调制（PWM）模式可产生一个8位PWM。方案二：STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。基于以上比较，本设计选用方案二。1.1.2、稳压电源选择与论证方案一：采用集成多路输出电源模块。集成多路输出电源模块具有制作简单，使用方便等特点，但临时短时间内要购买比较困难，而且价格较贵，电源组合方式固定不易选择。方案二：采用LM7805稳压电路。LM7805是我们最常用到的稳压芯片，它的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源，而且它的输出电压恰好为5V，是51系列单片机运行所需的电压。考虑到设计成本，本设计选用方案二。1.1.3、时钟芯片选择与论证方案一：是一款低功耗，具有56字节非失性RAM的全BCD码时钟日历实时时钟芯片，地址和数据通过两线双向的串行总线的传输，芯片可以提供秒，分，小时等信息，每一个月的天数能自动调整。并且有闰年补偿功能。AM/PM 标志位决定时钟工作于24小时或12小时模式，芯片有一个内置的电源感应电路，具有掉电检测和电池切换功能。方案二：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。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/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。 考虑到时钟应该具有掉电保护功能，因此本设计选用方案二。1.1.4、感温器件选择与论证采用DS18B20数字温度传感器。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。封装后的DS18B20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。故本设计采用DS18B20数字温度传感器作为感温模块。1.1.5、显示器件选择与论证方案一：数码管。数码管显示能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。发光响应时间极短(01s)，高频特性好，单色性好，亮度高。体积小，重量轻，抗冲击性能好。寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。但显示功能有限，只能显示数字和个别字母。方案二：液晶显示器。液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，显示质量高。其接口都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。基于对显示器功能的稳定性和齐全性考虑，我们采用方案二。1.1.6、键盘形式选择与论证方案一：独立式按键。独立按键的输入线较多，结构复杂，一般适用于按键较少，操作速度较高的场合。方案二：行列式键盘。行列式键盘由行和列线交叉组成，一般适用于按键较多的场合。使用44矩形键盘，这样键盘模块仅使用8根线与处理器相连，节省了系统资源。由于我们功能比较少，矩形键盘占用电路板位置较大，因此选择方案一。2、电路与程序设计2.1、电路的设计2.1.1、总体框图设计系统总体框图如图1所示。图1 系统总体框图2.1.2、单片机最小系统电路宏晶公司的STC82C52是51内核的单片机。完全兼容51系列的单片机，具有丰富的I/O口资源。并且支持在系统下载，不用烧写器就可以给单片机下载程序，给调试带来了很大的方便。因此控制模块是以STC89C52单片机为核心的一块最小系统板，如下图2所示。图2 控制模块原理图2.1.3、稳压电源电路电源模块采用LM7805稳压电路，如下图3所示。图3 稳压电路原理图2.1.4、时钟芯片电路 DS1302时钟芯片是美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时芯片，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，其引脚图如下图4所示。图4 DS1302时钟芯片2.1.5、按键电路此电路实现四种不同功能的转换。按键一实现菜单功能，按键二实现加一功能，按键三实现减一功能，按键四实现始确定功能。电路图如图5。图5 按键电路2.1.6、蜂鸣器电路当整点及闹钟到点时，蜂鸣器响。电路图如图6。图6 蜂鸣器连接电路2.1.7、感温电路DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合。如下图7所示：图7 感温原理图2.1.8、显示电路显示模块采用的是LCD1602液晶显示，硬件原理实现如图8所示。图8 显示模块原理图2.2、程序设计2.2.1、DS1302程序流程图图9 DS1302流程图2.2.2、液晶显示子程序流程图开始初始化LCD显示内容写入缓存LCD控制器启动延时置DISP为高电平液晶屏正常显示置DISP为低电平延时LCD控制器关闭液晶屏无显示图11 液晶显示流程图附录附录1：电路原理图附录2：源程序#include #include typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;#define LCD1602_DATA P0 /1602液晶数据口sbit LCD1602_RS=P11; sbit LCD1602_RW=P12; sbit LCD1602_EN=P13; /1602液晶使能控制sbit DS1302_CLK = P14; /实时时钟时钟线引脚 sbit DS1302_IO = P15; /实时时钟数据线引脚 sbit DS1302_RST = P16; /实时时钟复位线引脚sbit DQ = P10 ; /18B20接口sbit BeepIO = P23 ; /蜂鸣器sbit esc=P21; /取消播放音乐sbit mode = P34 ; /模式键sbit inc = P35 ; /增加键sbit dec = P36 ; /减少键sbit ok = P37 ; /OK键sbit light=P32; /背光控制sbit ACC0 = ACC0; /累加器位定义sbit ACC7 = ACC7;bit first_flag=1, /一级主界面显示标志 second_flag, /二级菜单显示标志 third_flag, /三级菜单显示标志 playmusic, /播放音乐的标志 light_flag1=1, /背光第一次计时标志 light_flag=1 ; / 二三级界面开背光标志uint temp1,temp2,temp2t,temp3,temp4,ser;uchar count1,sec1,min1,hour1;/定时器2使用的变量 停表用uchar count,sec,min;/定时器1使用的变量 贪睡用uint temp; /温度暂存/以下为播放音乐的设置#define SYSTEM_OSC 12000000#define SOUND_SPACE 4/5uint code FreTab12 = 262,277,294,311,330,349,369,392,415,440,466,494 ; /原始频率表uchar code SignTab7 = 0,2,4,5,7,9,11 ; /17在频率表中的位置uchar code LengthTab7= 1,2,4,8,16,32,64 ; uchar Sound_Temp_TH0,Sound_Temp_TL0; /音符定时器初值暂存 uchar Sound_Temp_TH1,Sound_Temp_TL1; /音长定时器初值暂存bit stop;char menu_num;/菜单号char num;/按键加减调整暂存数char position1,position2,position3,position4,position5,position6,position7; /菜单1-7的光标位置标志char code menu16=1.Time Setting ,2.Alarm Setting,3.Alarm Music ,4.Snooze , 5.Back Light ,6.Stop Watch ,7.LowPower Mode,8.Exit ;char code on_off_flag4=OFF,ON ;char code alarm_times7=Once ,Repeat;char code week4=MON,TUE,WED,THU,FRI,SAT,SUN;uchar code self_table=0x08,0x0f,0x12,0x0f,0x0a,0x1f,0x02,0x02,/年 0 0x0F,0x09,0x0F,0x09,0x0F,0x09,0x13,0x00,/月 1 0x1f,0x11,0x11,0x1f,0x11,0x11,0x1f,0x00,/日 2 0x01,0x0c,0x17,0x14,0x17,0x0c,0x01,0x00,/闹钟标志3 0x17,0x04,0x04,0x07,0x00,0x00,0x00,0x00,/摄氏度标志 4 0x1f,0x15,0x0a,0x04,0x0a,0x15,0x1f,0x00;/贪睡标志 5/*延时函数(单位ms)*/ void delay(uint z) uint x; uchar y; for(x=z;x0;x-) for(y=112;y0;y-);/*LCD1602驱动程序*/*忙检测*/ void LCD1602_check_busy() LCD1602_DATA = 0xff; LCD1602_RS = 0 ; LCD1602_RW = 1 ; LCD1602_EN = 1 ; while(LCD1602_DATA & 0x80) ; LCD1602_EN = 0 ;/*写指令*/ void LCD1602_write_cmd(uchar cmd) LCD1602_check_busy(); LCD1602_RS = 0 ; LCD1602_RW = 0 ; LCD1602_DATA = cmd ; LCD1602_EN = 1 ; _nop_(); LCD1602_EN = 0 ;/*写数据*/ void LCD1602_write_data(uchar dat) LCD1602_check_busy(); LCD1602_RS = 1 ; LCD1602_RW = 0 ; LCD1602_DATA = dat ; LCD1602_EN = 1 ; _nop_(); LCD1602_EN = 0 ;/*1602初始化*/ void LCD1602_init() /*写入自定义字符*/ uchar i ; LCD1602_write_cmd(0x40);/CGRAM起始地址 for(i=0;i0; i-) DS1302_IO = ACC0; /相当于汇编中的 RRC DS1302_CLK = 1; DS1302_CLK = 0; ACC = ACC 1; unsigned char DS1302OutputByte(void) /实时时钟读取一字节(内部函数) unsigned char i; for(i=8; i0; i-) ACC = ACC 1; /相当于汇编中的 RRC ACC7 = DS1302_IO; DS1302_CLK = 1; DS1302_CLK = 0; return(ACC); void Write1302(unsigned char ucAddr, unsigned char ucDa) /ucAddr: DS1302地址, ucData: 要写的数据 DS1302_RST = 0; DS1302_CLK = 0; DS1302_RST = 1; DS1302InputByte(ucAddr); / 地址，命令 DS1302InputByte(ucDa); / 写1Byte数据 DS1302_CLK = 1; DS1302_RST = 0; unsigned char Read1302(unsigned char ucAddr) /读取DS1302某地址的数据 unsigned char ucData; DS1302_RST = 0; DS1302_CLK = 0; DS1302_RST = 1; DS1302InputByte(ucAddr|0x01); / 地址，命令 ucData = DS1302OutputByte(); / 读1Byte数据 DS1302_CLK = 1; DS1302_RST = 0; return(ucData); void DS1302_init() if(Read1302(0xc1) != 0xf0) Write1302(0x8e,0x00) ;/允许写操作 Write1302(0xc0,0xf0) ; /写入初始化标志 ，系统上电后检测此标志，即此子函数只会在第一次初始化一次。 /*时间初始值*/ Write1302(0x8c,0x10) ;/年 Write1302(0x8a,0x03) ;/星期 Write1302(0x88,0x05) ;/月 Write1302(0x86,0x26) ;/日 Write1302(0x84,0x22) ;/时 Write1302(0x82,0x59) ;/分 Write1302(0x80,0x55) ;/秒 Write1302(0xd2,0); /歌曲选择初始 Write1302(0xd4,5); / 贪睡初始延时时间 5分钟 Write1302(0xd6,0); /贪睡初始值 关闭 /*闹钟初始值*/ Write1302(0xc2,0) ;/十时 Write1302(0xc4,0) ;/时 Write1302(0xc6,0) ;/闹钟标志 Write1302(0xc8,0) ;/闹钟次数标志 /第二个闹钟 Write1302(0xca,0) ;/十时 Write1302(0xcc,0) ;/时 Write1302(0xce,0) ;/闹钟标志 Write1302(0xd0,0) ;/闹钟次数标志 Write1302(0xd8,0) ;/ 背光控制开关 Write1302(0xda,0x10) ;/ 背光延时时间 Write1302(0x90,0xa4) ;/涓流充电 Write1302(0x8e,0x80) ;/禁止写操作 /*DS18B20驱动程序*/ void delay_18b20(unsigned int i)/延时函数 while(i-);/18b20初始化函数void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ复位 delay_18b20(8); /稍做延时 DQ = 0; /单片机将DQ拉低 delay_18b20(80); /精确延时 大于 480us DQ = 1; /拉高总线 delay_18b20(10); x=DQ; /稍做延时后 如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败 delay_18b20(5);/读一个字节unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i0;i-) DQ = 0; / 给脉冲信号 dat=1; DQ = 1; / 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay_18b20(5); return(dat);/写一个字节void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay_18b20(5); DQ = 1; dat=1; delay_18b20(5);/读取温度unsigned int ReadTemperature(void)unsigned int a=0;unsigned int b=0;unsigned int t=0;float tt;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44); / 启动温度转换delay_18b20(200);Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器等（共可读9个寄存器） 前两个就是温度a=ReadOneChar();b=ReadOneChar();t=b;t=8;t=t|a;tt=t*0.0625;t=tt*10+0.5;return(t);/*一级主界面显示函数*/void first_interface() LCD1602_write_string(0,0,20); LCD1602_write_data(Read1302(0x8d)/16+0x30); / 十年 LCD1602_write_data(Read1302(0x8d)%16+0x30); / 年 LCD1602_write_data(0); /显示自定义字符“年” LCD1602_write_data(Read1302(0x89)/16+0x30); / 十月 LCD1602_write_data(Read1302(0x89)%16+0x30); / 月 LCD1602_write_data(1); /显示自定义字符“月” LCD1602_write_data(Read1302(0x87)/16+0x30); / 十日 LCD1602_write_data(Read1302(0x87)%16+0x30); / 日 LCD1602_write_data(2); /显示自定义字符“日” if(Read1302(0xd7) LCD1602_write_char(9,1,5); /显示自定义字符贪睡标志 else LCD1602_write_char(9,1, ); LCD1602_write_string(12,0,weekRead1302(0x8b)-1); /显示星期 if(Read1302(0xc7)|Read1302(0xcf) LCD1602_write_char(10,1,3); /显示自定义字符闹钟标志 else LCD1602_write_char(10,1, ); LCD1602_write_char(0,1,Read1302(0x85)/16+0x30); / 十时 LCD1602_write_data(Read1302(0x85)%16+0x30); / 时 LCD1602_write_data(:); LCD1602_write_char(3,1,Read1302(0x83)/16+0x30); / 十分 LCD1602_write_data(Read1302(0x83)%16+0x30); / 分 LCD1602_write_data(:); LCD1602_write_char(6,1,Read1302(0x81)/16+0x30); /十秒 LCD1602_write_data(Read1302(0x81)%16+0x30); /秒 temp=ReadTemperature(); temp=temp; temp1=temp/100; temp2t=temp%100; temp2=temp2t/10; temp3=temp2t%10; temp4=temp3%100/10; LCD1602_write_char(11,1,temp1+0x30); /温度显示 LCD1602_write_data(temp2+0x30); LCD1602_write_data(0x2E); LCD1602_write_data(temp3+0x30); LCD1602_write_data(4);/*定时器2初始化函数*停表用*/void init_timer2() T2CON=0; T2MOD=0; RCAP2H=(65536-10000)/256; /10ms RCAP2L=(65536-10000)%256; TH2=(65536-10000)/256; /10ms TL2=(65536-10000)%256; EA = 1; ET2 = 1; TR2 = 1;/*定时器1初始化函数* 贪睡用*/void init_timer1() TMOD=0x10; TH1=(65536-10000)/256; /10ms TL1=(65536-10000)%256; EA = 1; ET1 = 1; TR1 = 1;/*二级菜单显示函数*/void second_interface() LCD1602_write_char(0,(menu_num*3)%2,0x7E); /三角形指示符号 LCD1602_write_char(0,!(menu_num*3)%2), ); /清除残留显示三角形 if(!(menu_num*3)%2) /判断是否要往液晶写入显示,menu_num每跳变2时写一次 LCD1602_write_string(1,0,menumenu_num); / 1602液晶第一行显示 LCD1602_write_string(1,1,menumenu_num+1); / 1602液晶第二行显示 else if(menu_num*3)%2) /防止从三级界面回来时二级界面不显示了 LCD1602_write_string(1,0,menumenu_num-1); / 1602液晶第一行显示 LCD1602_write_string(1,1,menumenu_num); / 1602液晶第二行显示 /*三级菜单显示函数*/void third_interface() switch(menu_num) case 0 : if(!position1) /时间设置界面,仅进入三级菜单界面时刻显示一下 LCD1602_write_string(0,0,20); LCD1602_write_data(Read1302(0x8d)/16+0x30); / 十年 LCD1602_write_data(Read1302(0x8d)%16+0x30); / 年 LCD1602_write_data(0); /显示自定义字符“年” LCD1602_write_data(Read1302(0x89)/16+0x30); / 十月 LCD1602_write_data(Read1302(0x89)%16+0x30); / 月 LCD1602_write_data(1); /显示自定义字符“月” LCD1602_write_data(Read1302(0x87)/16+0x30); / 十日 LCD1602_write_data(Read1302(0x87)%16+0x30); / 日 LCD1602_write_data(2); /显示自定义字符“日” LCD1602_write_string(12,0,weekRead1302(0x8b)-1); /显示星期 LCD1602_write_char(0,1,Read1302(0x85)/16+0x30); / 十时 LCD1602_write_data(Read1302(0x85)%16+0x30); / 时 LCD1602_write_data(:); LCD1602_write_char(3,1,Read1302(0x83)/16+0x30); / 十分 LCD1602_write_data(Read1302(0x83)%16+0x30); / 分 LCD1602_write_data(:); LCD1602_write_char(6,1,Read1302(0x81)/16+0x30); /十秒 LCD1602_write_data(Read1302(0x81)%16+0x30); /秒 LCD1602_write_cmd(0x80+3);/第一次进入三级菜单时将光标放的位置 position1=1; break; case 1 : if(!position2) /闹钟设置界面 LCD1602_write_char(0,0,Read1302(0xc3)/16+0x30); / 十时 LCD1602_write_data(Read1302(0xc3)%16+0x30); / 时 LCD1602_write_data(:); LCD1602_write_char(3,0,Read1302(0xc5)/16+0x30); / 十分 LCD1602_write_data(Read1302(0xc5)%16+0x30); / 分 LCD1602_write_string(6,0,on_off_flagRead1302(0xc7); / 闹钟标志 LCD1602_write_string(10,0,alarm_timesRead1302(0xc9); /闹钟次数标志/第二个闹钟 LCD1602_write_char(0,1,Read1302(0xcb)/16+0x30); / 十时 LCD1602_write_data(Read1302(0xcb)%16+0x30); / 时 LCD1602_write_data(:); LCD1602_write_char(3,1,Read1302(0xcd)/16+0x30); / 十分 LCD1602_write_data(Read1302(0xcd)%16+0x30); / 分 LCD1602_write_string(6,1,on_off_flagRead1302(0xcf); / 闹钟标志 LCD1602_write_string(10,1,alarm_timesRead1302(0xd1); /闹钟次数标志 LCD1602_write_cmd(0x80+1);/第一次进入三级菜单时将光标放的位置 position2=1; break; case 2 : /闹铃音乐选择 if(!position3) LCD1602_write_string(1,0,Alarm Music Is); if(Read1302(0xd3) LCD1602_write_string(3,1,Love Transfer); else LCD1602_write_string(3,1,Fairy Tale ); LCD1602_write_cmd(0xc0+2); position3=1; break; case 3 : if(!position4) LCD1602_write_string(0,0, Snooze : ); LCD1602_write_string(13,0,on_off_flagRead1302(0xd7); LCD1602_write_string(0,1,Delay minutes); LCD1602_write_char(6,1,Read1302(0xd5)/16+0x30); LCD1602_write_data(Read1302(0xd5)