电气工程及其自动化课程设计电子时钟.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除桂林电子科技大学课程设计课题名称： 电子钟设计 专 业：电气工程及其自动化学 生： 指导教师： 郭福利 2013年12月25日目录一、设计要求-3二、设计方案和论证-31、总设计原理图-32、设计方案的选择-33、硬件部分-44、软件部分-75、PCB制板图与整体电路仿真-8三、元件清单-9四、安装与调试-9五、设计总结-六、参考文献-一、设计要求1.有8位显示2.可以显示时间、日期、星期3.几个按键可以校正时间。二、设计方案和论证本次设计时钟电路，使用了以ATC89C52单片机为核心控制器件，再配上DS1302时钟芯片、LCD1602液晶显示、八个按键开关组成的简单时钟电路，并在题目要求的基础上用DS18B20拓展了一个温度检测电路。单片机的使用使电路得到了很大的简化，按键是用来调时和日期的，同时使用C语言程序来控制整个时钟运行及显示，程序的使用使得设计变得更加简单方便。此设计可以满足题目所提出的所有要求。（一)总设计原理框图如下图所示：（二）设计方案的选择1.计时方案方案1：采用实时时钟芯片现在市场上有很多实时时钟集成电路，如DS1287、DS12887、DS1302等。这些实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需要程序干预。因此，在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。方案2：使用单片机内部的可编程定时器。利用单片机内部的定时计数器进行中端定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本，但程序设计较为复杂。2.显示方案方案一：两个4位七段数码管显示由于单片机的I/O有限，并且无法直接驱动7段数码管显示，所以必须得加4个锁存器用于拓展单片机的I/O口，这样一来便会增加硬件的开销，其显示也较为麻烦，而且两个4位一体的7段数码管的体积有些大，因此也会增加板子的面积而且不够美观。方案二：LCD1602液晶显示LCD1602占用的I/O口较少，而且不用外加芯片驱动，显示较为方便，可以在一个界面上全部显示所要显示的内容，硬件开销小，编程方便，板子占用面积小。经过两个方案的比较，决定使用方案二。（三）硬件部分1、STC89C51单片机介绍STC89C51单片机是由深圳宏晶公司代理销售的一款MCU，是由美国设计生产的一种低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复写的FlashROM和128bytes的RAM，2个16位定时计数器5。STC89C51单片机内部主要包括累加器ACC(有时也简称为A)、程序状态字PSW、地址指示器DPTR、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、寄存器、并行I/O接口P0P3、定时器/计数器、串行I/O接口以及定时控制逻辑电路等。这些部件通过内部总线联接起来，构成一个完整的微型计算机。其管脚图如图所 示：VCC：电源。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。2、时钟显示电路 3、时钟校正电路本设计共用到了8个按键，其电路图及各个按键的功能如下： KEY1：KEY2：KEY3：KEY4：KEY5：KEY6：KEY7：KEY8：4、蜂鸣器电路电路接法：三极管选定NPN型，基极B通过一个1K的电阻接到P3.6，射极E直接接地，集电极C接到蜂鸣器的阴极。单片机在复位后的个I/O口是高电平，此时三极管是截止的，通过编写程序当所设定的闹铃时间到，则P3.6输出低电平，此时三极管导通，导通后蜂鸣器与电源正极连通，构成一个工作回路，从而发出滴滴的响声。其中电阻R4在电路里起分压限流的作用，PNP三极管起到模拟开关的作用。8、外接电源电路外接电源电路用于连接外部5V电源与电子时钟电路，当上电正常时D1指示灯亮，否则说明上电不正常。（四）软件部分1、实验原理图：2、PCB制板图与电路仿真图3、实验总程序如下：#include#include1602.c#include1302.c#include18b20.csbit set_time = P27;sbit set_date = P26;sbit set_clock = P25;sbit add0 = P20;sbit add1 = P21;sbit add2 = P22;sbit set_week = P23;sbit confir = P24;SYSTEMTIME time;unsigned char nweek;unsigned char code week76 = M O N,T U E,W E D,T H U,F R I,S A T,S U N;void scan();void main()double temp0;unsigned char day0;LCD_init();Initial_DS1302();while(1)day0 = time.Day;scan();DS1302_GetTime(&time);if(day0 != time.Day)nweek+;if(nweek = 7)nweek = 0;LCD_disp_str(0,0,time.DateString);LCD_disp_str(10,0,weeknweek);LCD_disp_str(0,1,time.TimeString);tempchange();temp = get_temp();temp0 = 10*(temp*0.0625+0.05);LCD_disp_char(10,1,0 + (int)temp0/100);LCD_disp_char(11,1,0+(int)temp0%100/10);LCD_disp_char(12,1,.);LCD_disp_char(13,1,0+(int)temp0%10);LCD_disp_char(14,1,94);LCD_disp_char(15,1,C);void scan()if(set_time = 0)DS1302_TimeStop(1);while(confir = 1)TimeToStr(&time);LCD_disp_str(0,1,time.TimeString);if(add0 = 0)/delay();if(add0 = 0)if(time.Hour23)time.Hour+;elsetime.Hour = 0;while(add0 = 0);if(add1 = 0)/delay();if(add1 = 0)if(time.Minute59)time.Minute+;elsetime.Minute = 0;while(add1 = 0) ;if(add2 = 0)/delay();if(add2 = 0)if(time.Second59)time.Second+;elsetime.Second = 0;while(add2 = 0);DS1302_SetTime(time);DS1302_TimeStop(0);if(set_date = 0)DS1302_TimeStop(1);while(confir = 1)DateToStr(&time);LCD_disp_str(0,0,time.DateString);LCD_disp_str(10,0,weeknweek);if(add0 = 0)/delay();if(add0 = 0)if(time.Year99)time.Year+;elsetime.Year = 0;while(add0 = 0);if(add1 = 0)/delay();if(add1 = 0)if(time.Month12)time.Month+;elsetime.Month = 1;while(add1 = 0);if(add2 = 0)/delay();if(add2 = 0)if(time.Day31)time.Day+;elsetime.Day = 0;while(add2 = 0);if(set_week = 0)/delay();if(set_week = 0)if(nweek6)nweek+;elsenweek = 0;while(set_week = 0);DS1302_SetTime(time);DS1302_TimeStop(0);/*void TimeSet() interrupt 0DS1302_TimeStop(1);while(confir = 1)TimeToStr(&time);LCD_disp_str(0,1,time.TimeString);if(add0 = 0)/delay();if(add0 = 0)if(time.Hour23)time.Hour+;elsetime.Hour = 0;while(add0 = 0);if(add1 = 0)/delay();if(add1 = 0)if(time.Minute59)time.Minute+;elsetime.Minute = 0;while(add1 = 0);if(add2 = 0)/delay();if(add2 = 0)if(time.Second59)time.Second+;elsetime.Second = 0;while(add2 = 0);DS1302_SetTime(time);DS1302_TimeStop(0);void DateSet() interrupt 2DS1302_TimeStop(1);while(confir = 1)DateToStr(&time);LCD_disp_str(0,0,time.DateString);if(add0 = 0)/delay();if(add0 = 0)if(time.Year99)time.Year+;elsetime.Year = 0;while(add0 = 0);if(add1 = 0)/delay();if(add1 = 0)if(time.Month12)time.Month+;elsetime.Month = 1;while(add1 = 0);if(add2 = 0)/delay();if(add2 = 0)if(time.Day31)time.Day+;elsetime.Day = 0;while(add2 = 0);DS1302_SetTime(time);DS1302_TimeStop(0);#includesbit DS1302_CLK = P30; /实时时钟时钟线引脚sbit DS1302_IO = P31; /实时时钟数据线引脚sbit DS1302_RST = P32;/实时时钟复位线引脚/*sbit DS1302_CLK = P36; /实时时钟时钟线引脚sbit DS1302_IO = P34; /实时时钟数据线引脚sbit DS1302_RST = P35;*/实时时钟复位线引脚sbit ACC0 = ACC0;sbit ACC7 = ACC7;typedef struct _SYSTEMTIME_unsigned char Second;unsigned char Minute;unsigned char Hour;unsigned char Week;unsigned char Day;unsigned char Month;unsigned char Year;unsigned char DateString9;unsigned char TimeString9;SYSTEMTIME;/定义的时间类型#define AM(X)X#define PM(X)(X+12) / 转成24小时制#define DS1302_SECOND0x80#define DS1302_MINUTE0x82#define DS1302_HOUR0x84#define DS1302_WEEK0x8A#define DS1302_DAY0x86#define DS1302_MONTH0x88#define DS1302_YEAR0x8C#define DS1302_RAM(X)(0xC0+(X)*2) /用于计算 DS1302_RAM 地址的宏void DS1302InputByte(unsigned char d) /实时时钟写入一字节(内部函数)unsigned char i;ACC = d;for(i=8; i0; i-)DS1302_IO = ACC0; /相当于汇编中的 RRCDS1302_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 RRCACC7 = 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_SetProtect(bit flag) /是否写保护if(flag)Write1302(0x8E,0x10);elseWrite1302(0x8E,0x00);void DS1302_SetTime(SYSTEMTIME Time) / 设置时间函数DS1302_SetProtect(0);Write1302(DS1302_SECOND, (Time.Second/10)4 | (Time.Second%10);Write1302(DS1302_MINUTE, (Time.Minute/10)4 | (Time.Minute%10);Write1302(DS1302_HOUR, (Time.Hour/10)4 | (Time.Hour%10);Write1302(DS1302_YEAR,(Time.Year/10)4 | (Time.Year%10);Write1302(DS1302_MONTH,(Time.Month/10)4 | (Time.Month%10);Write1302(DS1302_DAY,(Time.Day/10)DateString0 = Time-Year/10 + 0;Time-DateString1 = Time-Year%10 + 0;Time-DateString2 = -;Time-DateString3 = Time-Month/10 + 0;Time-DateString4 = Time-Month%10 + 0;Time-DateString5 = -;Time-DateString6 = Time-Day/10 + 0;Time-DateString7 = Time-Day%10 + 0;Time-DateString8 = 0;void TimeToStr(SYSTEMTIME *Time)Time-TimeString0 = Time-Hour/10 + 0;Time-TimeString1 = Time-Hour%10 + 0;Time-TimeString2 = :;Time-TimeString3 = Time-Minute/10 + 0;Time-TimeString4 = Time-Minute%10 + 0;Time-TimeString5 = :;Time-TimeString6 = Time-Second/10 + 0;Time-TimeString7 = Time-Second%10 + 0;Time-DateString8 = 0;void DS1302_GetTime(SYSTEMTIME *Time)unsigned char ReadValue;ReadValue = Read1302(DS1302_SECOND);Time-Second = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_MINUTE);Time-Minute = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_HOUR);Time-Hour = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_DAY);Time-Day = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_WEEK);Time-Week = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_MONTH);Time-Month = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_YEAR);Time-Year = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);DateToStr(Time);TimeToStr(Time);void Initial_DS1302(void)unsigned char Second=Read1302(DS1302_SECOND);if(Second&0x80)Write1302(DS1302_SECOND, (0/10)0; i-) /8Byte = 7Byte 时钟数据 + 1Byte 控制DS1302InputByte(*pWClock); / 写1Byte数据pWClock+;DS1302_CLK = 1;DS1302_RST = 0;void BurstRead1302(unsigned char *pRClock)/读取DS1302时钟数据(时钟多字节方式)unsigned char i;DS1302_RST = 0;DS1302_CLK = 0;DS1302_RST = 1;DS1302InputByte(0xbf); / 0xbf:时钟多字节读命令for (i=8; i0; i-)*pRClock = DS1302OutputByte(); / 读1Byte数据pRClock+;DS1302_CLK = 1;DS1302_RST = 0;void DS1302_TimeStop(bit flag) / 是否将时钟停止unsigned char Data;Data=Read1302(DS1302_SECOND);DS1302_SetProtect(0);if(flag)Write1302(DS1302_SECOND, Data|0x80);elseWrite1302(DS1302_SECOND, Data&0x7F);#include#include #include #include /*LCD1602 设置 START*/#define LCD_DB P0sbit LCD_RS=P11;unsigned char LCD_RW;sbit LCD_E=P10;/*#define LCD_DB P0sbit LCD_RS=P26;sbit LCD_RW = P25;sbit LCD_E=P27;*/*LCD1602 设置 START*/*定义函数*/#define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid LCD_init(void); /初始化函数void LCD_write_command(uchar command); /写指令函数void LCD_write_data(uchar dat); /写数据函数void LCD_disp_char(uchar x,uchar y,uchar dat);/ 在某个屏幕位置上显示一个字符,X（0-15),y(1-2)void LCD_disp_str(uchar x,uchar y,uchar *str); /LCD1602 显示字符串函数void delay_n10us(uint n); /延时函数uint jishu,jishu1=0,wendu,bb,fen=0,miao=0,fmiao=0;/*-;模块名称:LCD_init();功 能:初始化LCD1602;占用资源:-;参数说明:-;-*/void delay(uint z)uint i,j;for(i=z;i0;i-)for(j=100;j0;j-);void LCD_init(void)delay_n10us(10);LCD_write_command(0x38);/设置8 位格式，2 行，5x7delay_n10us(10);LCD_write_command(0x0c);/整体显示，关光标，不闪烁delay_n10us(10);LCD_write_command(0x06);/设定输入方式，增量不移位delay_n10us(10);LCD_write_command(0x01);/清除屏幕显示delay_n10us(100); /延时清屏，延时函数，延时约n 个10us/*-;模块名称:LCD_write_command();功 能:LCD1602 写指令函数;占用资源: P2.0-RS(LCD_RS),P2.1-RW(LCD_RW),P2.2-E(LCD_E).;参数说明:dat 为写命令参数;-*/void LCD_write_command(uchar dat)delay_n10us(10);LCD_RS=0; /指令LCD_RW=0; /写入LCD_E=1; /允许LCD_DB=dat;delay_n10us(10); /LCD_E=0;delay_n10us(10); /*-;模块名称:LCD_write_data();功 能:LCD1602 写数据函数;占用资源: P2.0-RS(LCD_RS),P2.1-RW(LCD_RW),P2.2-E(LCD_E).;参数说明:dat 为写数据参数;-*/void LCD_write_data(uchar dat)delay_n10us(10);LCD_RS=1;/数据LCD_RW=0; /写入LCD_E=1;/允许LCD_DB=dat;delay_n10us(10);LCD_E=0;delay_n10us(10);/*-;模块名称:;功 能:显示一个字符;占用资源:-;参数说明:;-*/void LCD_disp_char(uchar x,uchar y,uchar dat)uchar address;if(y=1)address=0x80+x;elseaddress=0xc0+x;LCD_write_command(address);LCD_write_data(dat);/*-;模块名称:;功 能:显示一个字符串。;占用资源:-;参数说明:;-*/void LCD_disp_str(uchar x,uchar y,uchar *str)uchar address;if(y=1)address=0x80+x;elseaddress=0xc0+x;LCD_write_command(address);while(*str!=0)LCD_write_data(*str);str+;/*-;模块名称:delay_n10us();功 能:延时函数，延时约n 个10us;占用资源:-;参数说明:-;-*/void delay_n10us(uint n) /延时n 个10us12M 晶振uint i;for(i=n;i0;i-)_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/*LCD1602 设置 END*/*主函数*/*void main()while(1)LCD_init();LCD_disp_char(0,1,1+0);/显示一个字符LCD_disp_char(15,1,1+0);/显示一个字符LCD_disp_str(3,1,We Are Good);/显示字符串delay(500);/延时LCD_disp_str(5,2,Partner!);/显示字符串delay(500);/延时*/#includesbit ds = P37;unsigned int temp;void delay()int i , j;for(i=0;i10;i+)for(j=0;j0)i-;ds = 1;i = 4;while(i0)i-;bit tempreadbit(void)unsigned i;bit dat;ds = 0;i+;ds = 1;i+;i+;dat = ds;i = 8;while(i0)i-;return dat;unsigned char tempread(void)unsigned char i,j ,dat;dat = 0;for(i = 1;i=8;i+)j = tempreadbit();dat=(j1);return dat;void tempwritebyte(unsigned char dat)unsigned int i;unsigned char j;bit testb;for(j = 1;j1;if(testb)ds = 0;i+;i+;ds = 1;i = 8;while(i0)i-;elseds = 0;i = 8;while(i0)i-;ds = 1;i+;i+;void tempchange()dsreset();delay();tempwritebyte(0xcc);tempwritebyte(0x44);unsigned get_temp()unsigned char a,b;dsreset();delay();tempwritebyte(0xcc);tempwritebyte(0xbe);a = tempread();b = tempread();temp = b;temp=8;temp = temp | a;return temp;三、元件清单名称数量型号四、安装与调试本设计是先使用proteus软件进行仿真，把各个问题逐一解决后再使用Altium Designer 把原理图和PCB图做好，最后就是做板、安装、调试。1.电路安装安照电路原理图把元器件安装到已打好的铜板对应的位置，把个元器件固定在铜板后，用导线把对应的元器件的引脚相连接，再用焊锡焊接好即可。注意事项：（1）元器件的布局应尽量集中，且