基于单片机的数字时钟的设计（程序仿真+电路图+任务书+说明书）

第0页共31页摘要本设计以AT89C51单片机为核心，以实时时钟芯片DS1307和液晶显示LCD1602为主体设计了一款简易数字时钟。该时钟系统主要由单片机最小系统、时钟模块、闹钟模块、液晶显示模块、键盘控制模块组成。系统具有简单清晰的操作界面，能够准确显示时间（显示格式为时时：分分：秒秒，24小时制），可随时进行时间调整，具有闹钟时间设置、闹钟开/关。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。由于系统所用元器件较少，单片机所被占用的I/O口不多，因此系统具有一定的可扩展性。软件程序采用均采用C语言编写，便于移植与升级。报告详细介绍了整个系统的硬件组成结构、工作原理和系统的软件程序设计。关键词数字时钟；单片机；DS1307；LCD1602目录摘要.1第1章设计方案.21.1方案论证与比较.21.2方案确定.3第2章硬件设计.42.1单片机主控模块.42.2时钟模块.52.2.1DS1307的引脚功能.52.2.2DS1307的内部结构.52.2.3DS1307的读写操作.72.2.4DS1307硬件电路设计.82.3闹铃模块.92.4键盘模块.92.5LCD显示模块.102.5.1LCD1602的引脚功能.102.5.2LCD1602的显示操作.112.6电源模块.14第3章软件设计.163.1系统流程图.163.2液晶显示模块流程图.163.3键盘处理模块流程图.17第4章系统测试.22总结.24致谢.25参考文献.26附录1系统仿真电路图.27I附录2主要源程序.28第2页共31页第1章设计方案1.1方案论证与比较方案一：基于FPGA的系统总体设计方法。为了实现:(1)显示年、月、日、时、分、秒、星期，并且可以进行调整时间；(2)可以设定闹钟和整点报时的功能，数字时钟在总体上主要分为三大部分：输入人机界面部分、FPGA核心功能部分和输出界面部分，其系统设计框图如图1-1所示。图1-1基于FPGA的系统设计方框图方案二：采用单片机技术来实现数字钟的功能。系统以AT89C51单片机为核心控制器件，它除了具备微机CPU的数值计算功能外，还具有灵活强大的控制功能，以便实时检测系统的输入量、控制系统的输出量，实现自动控制。与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”，另外具有校时功能，断电后有记忆功能，恢复供电时可实现计时同步等特点。外围主要有串行通信器件实时时钟芯片DS1307等，使得系统线路简单可靠性高。系统结构框图如图1-2所示。图1-2基于单片机实现的数字时钟系统结构框图第3页共31页单片机最小系统：其作用是和外围的时钟芯片通信，并控制数据传输的过程，采集时间信息并予以处理。键盘模块：键盘模块可以设置时间信息，通过单片机写入时钟芯片，以更新时间；也可以设置闹钟，由单片机存入其内部RAM中。时钟模块：此模块由专用的实时时钟芯片构成，由它提供实时的日历时钟信息。液晶显示模块：单片机读取时钟芯片DS1307中的信息，通过液晶显示器实时显示。采用LCD作为显示器，具有界面友好、功耗低的优点。闹钟模块：单片机主控模块读取日历芯片中的时间信息，与所设置的闹钟时间相比较，若相同时，闹钟模块工作闹钟模块。电源模块：用220V市电经整流、滤波、稳压后，输出稳定的+5V的直流电为其供电。1.2方案确定综合考虑以上两种方案的优缺点以及题目的基本要求和发挥要求，在本设计中，我采用了第二种方案，即采用单片机来实现数字时钟的功能为我此次设计的方案。第4页共31页第2章硬件设计2.1单片机最小系统单片机最小系统以AT89C51单片机为核心，由单片机、时钟电路、复位电路等组成如图2-1所示。主要负责各个模块的初始化工作；读取并处理时间；处理按键响应；控制液晶实时显示等。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD63P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A92P2.2/A1023P2.3/A124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C1C2X1R2C3+5VR1SW?SW-SPSTLCD_D0LCD_D1LCD_D2LCD_D3LCD_D4LCD_D5LCD_D6LCD_D7KEY1KEY2KEY3KEY4LCD_RSLCD_RWLCD_E闹钟模块DS1307_SCLDS1307_SDA图2-1单片机最小系统主控制器AT89C51单片机与MCS51系列单片机产品兼容，内部自带有4KB的Flash存储器及256KBRAM单元，不需另外扩展EEPROM及静态RAM，可以在线下载程序，易于日后的升级。图中，P2.0、P2.1、P2.2及P1口为单片机与液晶显示器连接的控制和通信的数据端口；P2.6和P2.7为单片机与时钟芯片DS1307通信的端口；P2.3为闹钟的控制端口；P0.0、P0.1、P0.2、P0.3为按键模块的接口。时钟电路是由XTAL1和XTAL2之间跨接的晶体振荡器和微调电容构成。时钟电路中晶体振荡器的频率高则系统的时钟频率就高，所以该系统采用12M晶振；复位电路有两种形式：手动按键复位和上电复位，在本系统中采用的是手动按第5页共31页键复位。如图2-1所示，R1、R2、C3和SW组成系统手动按键复位电路。2.2时钟模块系统采用DS1307时钟芯片。DS1307是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的时钟芯片，它是一款I2C总线接口的时钟芯片，采用两线与CPU进行通信，片内含有8个特殊功能寄存器和56bit的SRAM。DS1307的主要技术指标：具有秒、分、时、日、星期、月、年的计数功能；12小时制和24小时制两种计数模式；可自动调整每月的天数，具有闰年自动修正、掉电保护和上电复位功能。2.2.1DS1307的引脚功能DS1307采用8引脚双列直插DIP封装形式，引脚分布如图2-2所示。相应功能如下：Vcc：主电源；Vbat：备用电源。当VbatVcc+0.2V时，由Vcc向DS1307供电，当Vbat#include#include#include/*义头文件结束*/*预定义变量*/*0.LCD1602模块开始*/*0.1输入方式控制*/#defineLCD_AC_AUTO_INCREMENT0x06/数据读、写操作后，AC自动增一，不移位#defineLCD_AC_AUTO_DECREASE0x04/数据读、写操作后，AC自动减一，不移位#defineLCD_MOVE_ENABLE0x05/数据读、写操作，画面平移#defineLCD_MOVE_DISENABLE0x04/数据读、写操作，画面不动/*0.2光标画面归位*/#defineLCD_GO_HOME0x02/AC=0，光标、画面回HOME位/*0.3显示状态设置*/#defineLCD_DISPLAY_ON0x0C/显示开：整体显示，光标显示关，光标位的字符无闪耀#defineLCD_DISPLAY_OFF0x08/显示关#defineLCD_CURSOR_ON0x0A/光标显示#defineLCD_CURSOR_OFF0x08/光标不显示#defineLCD_CURSOR_BLINK_ON0x09/光标闪烁#defineLCD_CURSOR_BLINK_OFF0x08/光标不闪烁/*0.4光标画面滚动*/光标、画面移动，不影响DDRAM#defineLCD_LEFT_MOVE0x18/LCD显示左移一位#defineLCD_RIGHT_MOVE0x1C/LCD显示右移一位第29页共31页#defineLCD_CURSOR_LEFT_MOVE0x10/光标左移一位#defineLCD_CURSOR_RIGHT_MOVE0x14/光标右移一位/*0.5功能设置*/#defineLCD_DISPLAY_DOUBLE_LINE0x38/两行显示#defineLCD_DISPLAY_SINGLE_LINE0x30/单行显示/*0.6清屏*/#defineLCD_CLEAR_SCREEN0X01/清屏/*0.7LCD1602地址相关*/#defineLINE1_HEAD0x80/第一行DDRAM起始地址#defineLINE2_HEAD0xc0/第二行DDRAM起始地址#defineLINE_LENGTH16/每行的最大字符长度/*0.8LCD1602接线引脚定义*/#defineLCDIOP1/定义P2口与LCD1602的数据口相接sbitLCD_RS=P20;sbitLCD_RW=P21;sbitLCD_EN=P22;sbitLCD_BUSY=LCDIO7;/*0.9函数申明及相关定义*/#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintvoiddelay_ms(uintm，uintn);/*0.10显示字符串编码定义*/unsignedcharcodestr=0x30，0x31，0x32，0x33，0x34，0x35，0x36，0x37，0x38，0x39，0x03a，0;/*0.LCD1602模块结束*/*1.DS1307模块开始*/*1.1引脚定义*/sbitSCLK=P26;/DS1307串行时钟信号输入端口pin6sbitSDA=P27;/DS1307串行数据输入端口pin5/*1.2变量定义*/codeunsignedcharrtc_address7=0x00，0x01，0x02，0x03，0x04，0x05，0x06;unsignedcharread_rtc_code7=0，0，0，0，0，0，0;/*1.DS1307模块结束*/第30页共31页/*2.闹钟响应模块开始*/sbitAlarm_On=P23;unsignedintAlarm_On_Flag=0;/*2.闹钟响应模块结束*/*3.时钟设置模块开始*/unsignedintDD=90000000;/unsignedcharTime_Init=0，0，12，2，4，12，7;/设置时间时的初始值：2007-12-4，星期二，12：00：00unsignedcharSet_Alarm_Init=0，0，0;/闹钟初始时间/*3.时钟设置模块结束*/*预定义变量结束*/*函数声明开始*/unsignedintKey_Scan(void);/按键扫描程序voidSet_Time_Second(unsignedintKey_On_Number_Flag);/设置时间秒函数voidSet_Time_Minute(unsignedintKey_On_Number_Flag);/设置时间分函数voidSet_Time_Hour(unsignedintKey_On_Number_Flag);/设置时间时函数voidSet_Time(void);/设置时间函数voidSet_Time_Date(unsignedintx);/设置日期voidSet_Date_Day(unsignedintKey_On_Number_Flag，unsignedintMonth);/设置日期日函数voidSet_Date_Month(unsignedintKey_On_Number_Flag);/设置日期月函数voidSet_Date_Year(unsignedintKey_On_Number_Flag);/设置日期年函数voidSet_Date(void);/设置时间函数voidSet_Week(unsignedintx);/设置星期函数voidSet_Alarm_Second(unsignedintKey_On_Number_Flag);/设置闹钟秒函数voidSet_Alarm_Minute(unsignedintKey_On_Number_Flag);/设置闹钟分函数voidSet_Alarm_Hour(unsignedintKey_On_Number_Flag);/设置闹钟时函数voidSet_Alarm(void);/设置闹钟函数voidSet_Time_Display(unsignedintx，unsignedinty);/设置时间时的显示时间函数voidAlarm_Rin