基于AT89S52单片机和时钟芯片DS1302的电子时钟设计与制作.doc

科科 学学技技术术学学院院 SCIENCE TECHNOLOGY COLLEGE OF NANCHANG UNIVERSITY 工工 程程 训训 练练 报报 告告 REPORT ON ENGINEERING TRAINING 题 目 基于 AT89S52 单片机和时钟芯片 DS1302 的电子时钟设计与制 作 学科部 系 信息学科部 专业班级 电气 092 班 学 号 学生姓名 1 指导教师 起讫日期 2011 10 10 2011 10 21 基于 AT89S52 单片机和日历时钟芯片 DS1302 电子时钟的设计与制作 中文摘要 本文提出一种用单片控制时钟芯片 DS1302 利用 LCD1602 显示的数字钟的设计方法 同 时给出硬件电路的设计思路和软件程序 本系统通过选用 AT89S52 对 DS1302 进行控制 DS1302 时钟芯片可以对年 月 日 周 时 分 秒进行计时 最后利用液晶屏 LCD1602 进行显示 该设计实用简便 能够对日历时钟数据年 月 日 周 时 分 秒进行有效准 确的计时及显示 关键词 日历时钟 单片机 AT89S52 时钟芯片 DS1302 液晶显示器 LCD1602 English Abstract AbstractAbstract According to the characteristics and the digital clock AT89C52 characteristics this paper presents a DS1302 control by using single chip LCD1602 digital clock shows the design method and design method of software and hardware circuit is given Design report hardware and software programming The system through the AT89C52 as CPU for total control and utilization of DS1302 AT89C52 control DS1302 to year month day week day when minutes and seconds on the clock LCD1602 LCD display show KeywordKeyword Digital calendar clock AT89S52 DS1302 LCD1602 2 目 录 第一章第一章 概述概述 3 1 1 工程训练的目的 3 1 2 工程训练的要求 3 第二章第二章 总体设计方案总体设计方案 3 2 1 总体方框图 3 2 2 总体方案工作原理 3 第三章第三章 硬件电路设计硬件电路设计 4 3 1 硬件系统的模块 4 3 2 单片机最小系统 4 3 2 1 时钟电路 4 3 2 2 复位电路 4 3 2 3 AT89S52 单片机 5 3 3 LCD 液晶显示电路 5 3 4 按键电路 7 3 5 最小系统电路及原理图 7 第四章第四章 软件设计软件设计 7 4 1 主程序流程图 7 4 2 定时中断流程图 9 4 3 调试功能流程图 10 第五章第五章 PCBPCB 绘制与电路板制作绘制与电路板制作 11 3 5 1 PCB 板的制作流程图 11 5 2 生成 PCB 图板及制板 11 第六章第六章 调试与结果测试调试与结果测试 11 总结总结 12 参考文献参考文献 12 第一章第一章 概述概述 1 11 1 工程训练的目的工程训练的目的 本设计实用简单 设计方便 使用了 DS1302 使得计时准确 能够对年 月 日 周 日 分 秒 进行准确的计时 可以让人们随时知道时间 此次工程训练选择使用 52 系列单片机来制作日历时钟 学生通过实训了解相关芯片的基本结构 工作原理 特性 和参数以及由它们构成的日历时钟的工作原理 原理图的设计和参数的计算 元器件的选 用 计算机软件实现硬件的仿真 PCB 板的设计 电路的安装和调试 最后完成达到技术 指标要求的标准产品 1 31 3 工程训练的要求工程训练的要求 本设计利用 AT89s52 的特点及 DS1302 的特点 提出一种 基 AT89S52 单片机控制 再利用液晶显示的数字钟 本系统硬件利用 AT89S52 作为 CPU 进行总体控制 通过 DS1302 时钟芯片获取准确详细的时间 年 月 日 周 时 分 秒 准确时间 对时 钟信号进行控制 同时利用液晶显示芯片 LCD1602 对时间进行准确显示年 月 日 周 时 分 秒 该数字钟 硬件电路简单 使用灵活 功能稳定 显示准确且无论对于社会 或者科研也有一定的研究价值 1 演示作品时液晶能准确显示当前时钟日历 年月日时分秒 日历时钟具有按键设定 功能 并显示清晰 稳定 2 电路图设计标准 完全 3 元器件安装规范 焊接到位 外观优美 4 其它扩展功能 可自由发挥 4 第二章第二章 总体设计方案总体设计方案 2 12 1 总体方框图总体方框图 根据系统设计的任务要求和设计思路 确定该系统的设计方框图 如图 2 1 所示 硬 件电路主要由 MCU 微处理控制器单元 DS1302 时钟电路 复位电路 晶振电路 液晶显示 模块 电源模块构成 图 2 1 系统方框图 2 22 2 总体方案工作原理总体方案工作原理 本设计主要由基于 AT89S52 芯片构成的单片机最小系统 日历时钟芯片 DS1302 及其外 围电路 LCD1602 液晶显示电路 独立式键盘构成一个简单的数字时钟 整个电子时钟的工作原理是 在正常供电状态下 首先利用时钟单片机得到了相应的 时间 由 52 单片机将所需显示的数据送到液晶显示器的输入口 当有键按下时则进入相应 的按键调整状态 进行按键调整 5 第三章第三章 硬件电路设计及模块说明硬件电路设计及模块说明 3 13 1 硬件系统的模块硬件系统的模块 本系统中硬件电路主要由单片机最小系统 日历时钟电路 独立式键盘 工作电源 液晶显示电路等构成 下面进行具体介绍各部分的功能 3 3 2 2 单片机最小系统单片机最小系统 3 2 13 2 1 日历时钟电路日历时钟电路 本设计使用的实时时钟电路芯片是美国 DALLAS 公司生产的一种高性能 低功耗 带 RAM 的实时时钟电路芯片 DS1302 其引脚如图所示 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 VCC1 0 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 是复位 片选线 通过把输 入RSTRST 驱动置高电平来启动所有的数据传送 图 3 2 1 1 DS1302 接线图 图 3 2 1 2 DS1302 引脚 图 3 2 23 2 2 复位电路复位电路 在 AT89S52 单片机中的振荡器运行时 引脚上保持到少 2 个机器周期的高电平输RST 入信号 复位过程即可完成 根据此原理 本设计采用上电复位和按键复位嵌套在系统中 增强了系统的实用性 本设计的具体复位图如下 6 图 3 2 2 复位电路图 3 2 33 2 3 AT89S52AT89S52 单片机单片机 AT89S52 为 DIP40 双列直插塑料封装 AT89S52 作为系统的核心控制元件 只有它能正 常工作后才能使其它的元件进入正常工作状态 因此 下面对 AT89S52 进行必要的说明 AT89S52 的管脚如图 3 2 所示 图 3 2 AT89S52 引脚图 3 33 3 LCDLCD 液晶显示液晶显示电路电路 液晶显示器以其微功耗 体积小 显示内容丰富 超薄轻巧的诸多优点 在各种小系 统中得到了更广泛的应用 本设计中使用的液晶显示模块是 LCD1602 图 3 3 所示为本设 7 计 LCD1602 的连接图 图 3 3 LCD1602 连接图 表 3 3 1 LCD1602 引脚功能表 LCD1602 是一种用 5x7 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 它的显示内容丰富 体积小 美观和易于控制都是本设计选择作为显示模块的原 因 其引脚结构图如图 3 6 所示 图 3 3 2 LCD1602 引脚结构图 8 表 3 3 3 LCD1602 的内部显示地址 3 43 4 按键电路按键电路 此键盘是为设置时间而设计的人机交互装置 虽然矩阵键盘操作方便 但其硬件电路 和软件都比较复杂要考虑各方面的因素 最终决定采用独立键盘 这样的话只需按四个键 即可 其中 按下 SET 键进入时间设置方式 此时默认设置秒 按 ADD 键进行加一设置 按 DEC 键进行减一设置 再次按下 SET 键进入分设置 以此类推 直至年设置完成再次按 下 SET 键 进入正常模式 ON OFF 为开关键 可进行电子钟的开关操作 3 53 5 最小系统电路及原理图最小系统电路及原理图 图 3 5 1 最小系统电路 图 3 5 2 原理图 9 第四章第四章 系统的软件设计系统的软件设计 4 14 1 主程序主程序流程图流程图 系统的主程序设计是用来控制整个系统运行时的时序工作状态 因此 完善的程序设 计是本设计的重点内容 下图是本设计使用的主程序设计流程图 返回主程序 主程序开始 显示 定时判断 开定时中断 调用程序条件 中断 T0与设定时间 按 SB4 按 SB0 进入定时 中断程序 秒分时日月年进位对应 P0 3 P0 4 P0 5 输出 中断 0 转换显示年月日 中断 1 调整时间设定定时 图 4 1 主程序流程图 10 4 24 2 定时中断流程图定时中断流程图 定时中断 重装定时常数 加 100ms 整秒 调整秒单位 整分 调整分单位 整时 调整时单位 整月 调整日单位 整日 调整月单位 调整年单位 整年 月判断 图 4 2 定时中断流程图 11 4 34 3 调试功能流程图调试功能流程图 按 SB3 按 SB3 按 SB3 按 SB3 按 SB3 按 SB3 按 SB3 按 SB3 按 SB1 按 SB1 按 SB1 按 SB1 按 SB1 按 SB1 按 SB1 按 SB1 按 SB2 按 SB2 按 SB2 按 SB2 按 SB2 按 SB2 中断开始 按键选择 进入 2 路调 整 进入 3 路调 调整年单元 调整月单元 时单元 分单元 开 按 SB2 单元加 1 单元加 1 单元加 1 单元加 1 单元加 1 关定时 进 按 SB3 入 1 路调整年单元 按 SB1 月单元 日单元 调整日单元 调整时单元 中断返回 调整秒单元 调整分单元 图 4 3 调试功能流程图 整体工作原理 电子钟是一个将 时 分 秒 显示于人的视觉器官的计时装置 它的计时周期为 24 小时 显示满刻度为 23 时 59 分 59 秒 具有校时功能和报时功能 因 此 一个基本的数字钟电路主要由译码显示器 时 分 秒 计数器 校时电路 报 时电路和振荡器组成 主电路系统由秒信号发生器 时 分 秒 计数器 译码器及显示 器 校时电路 整点报时电路组成 秒信号产生器是整个系统的时基信号 它直接决定计 时系统的精度 一般用石英晶体振荡器加分频器来实现 将标准秒信号送入 秒计数器 秒计数器 采用 60 进制计数器 每累计 60 秒发出一个 分脉冲 信号 该信号将作为 分计数器 的时钟脉冲 分计数器 也采用 60 进制计数器 每累计 60 分钟 发出一个 时脉冲 信号 该信号将被送到 时计数器 时计数器 采用 24 进制计时器 可实现 对一天 24 小时的累计 译码显示电路将 时 分 秒 计数器的输出状态用七段显示 译码器译码 通过七段显示器显示出来 整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一 脉冲信号 然后去触发一音频发生器实现报时 校时电路时用来对 时 分 秒 显 示数字进行校对调整 12 第五章第五章 PCBPCB 绘制与电路板制作绘制与电路板制作 5 15 1 PCBPCB 板的制作流程介绍板的制作流程介绍 PCB 板制作的一般流程 设计绘制原理图 导成 PCB 图 打印输出 热转印纸 金属焊盘钻孔 腐蚀 留下电子线路 利用热转印法将 PCB 图转到敷铜板 焊接安装元器件 调试 成品 5 25 2 生成生成 PCBPCB 图及制板图及制板 打印 PCB 图 热转印 腐蚀 钻孔 完成 PCB 板的制作 13 第六章第六章 调试与结果测试调试与结果测试 写好程序后利用 Proteus 绘制出相应硬件电路后进行仿真 能正确的显示 将程序烧 入单片机后 插入电源调试 调试完成后 使用程序下载接口将程序烧录进去 此时 lcd 上面会显示程序中设定好的日期 时间 日历时钟准确稳定运行 通过 tab 按钮选择需要 更改的位置 然后通过加一键 减一键来更改 看进位是否出错 Reset 键可以使时钟恢 复到初始的状态 最后 调试成功 交作品 总结总结 通过这次对 基于 DS1302 的数字钟设计 的设计与制作过程 加强了我们动手 思 考和解决问题的能力 该数字钟通过单片机 AT89C52 做 CPU 进行总的控制 基于时钟芯片 DS1302 产生时间 利用 LCD1602 进行液晶显示的一个简易的数字钟 LCD1602 能够对年 月 日 周 日 时 分 秒 进行计时及显示 通过设计后能够熟练的掌握时钟芯片 DS1302 LCD1620 AT89C52 的的各个引脚及功能 并能够掌握和运用这几个芯片 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的 只有理论知识是远远不 够的 只有把