基于单片机简易秒表(DS1302)课程设计报告

简易电子时钟的设计作 者 指导教师 摘 要: 随着科技的发展，单片机的应用正在不断深入，涉及到日常生活的方方面面。本设计是基于单片机AT89S51为控制核心，以液晶为显示的数字时钟。本数字时钟设计的原理相对简单，所以硬件电路也相对简单，难点和重点主要放在C语言的编程上，使用到定时器的子程序、延时程序、时分秒的控制程序、液晶模块和单片机模块的初始化程序、液晶显示的程序等，各个函数交叉调用，配合主程序的运行。关键词: 单片机；C语言；电子时钟引 言电子钟的设计方法有多种，例如，可用中小规模集成电路组成电子钟:也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟:还可以利用单片机来实现电子钟等等。这些方法都各有特点，其中，利用单片机实现的电子钟具有编程灵活，便于电子钟功能的扩充，即可用该电子钟发出各种控制信号等特点。本题目要求采用单片机设计一电子时钟。1 系统方案1.1 功能要求1.1.1基本要求（1）制作完成简易的电子时钟，时间可调整。（2）有闹钟功能。（3）所用到的电路板必须有作者的名字和学号（制作PCB板时候放置，不能用笔写）。（4）设计在2016年6月6日前完成，6月11日、12日验收。1.1.2扩展部分（选作）（1）显示年月日；（2）声音播报时间；（3）有温度显示；（4）其它。1.2 方案论证DS1302具有自身计时的功能，但是自身却没法显示并且调整时间，这时就不可避免地要使用到单片机STC89C52，它可以作为一个桥梁，架接液晶显示器和DS1302，并且利用单片机的输入/输出端口可以实现调整时间的功能。 利用单片机STC89C52实现数据的显示和调整。2 硬件设计 2.1 单片机最小系统2.1.1单片机MCS-52单片机是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，其各引脚功能如下：VCC：+5V电源。VSS：接地。 RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用完成单片机的复位初始化操作。 XTAL1和XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。2.1.2晶振电路图1 晶振电路图示为时钟电路原理图，在AT89S51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。2.1.3复位电路图2 复位电路单片机复位的条件是：必须使RST/VPD或RST引脚上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为12MHz，每机器周期为1s，则只需2s以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常见的复位如图所示。电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。2.2 时钟电路图3 时钟电路P31、P32为插针，用来连接到单片机的I/O口以控制DS1302工作。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；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。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)。SCLK始终是输入端。R8、R9、R10为上拉电阻，其主要作用是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平时端口输出的电压稳定。2.3 蜂鸣器模块图4 蜂鸣器电路P26为连接单片机I/O口端口，串联电阻R1限流的作用，防止三极管被烧坏。Q为NPN型三极管，主要功能是驱动蜂鸣器，使蜂鸣器能正常工作。当单片机I/O口输出一个高电平时，三极管导通，蜂鸣器发出声响。2.4 按键模块图5 按键电路直接用I/O线构成的单个按键电路，每个独立式按键单独占用一根I/O口线，独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线。R3、R4、R5、R6、R7为上拉电阻，其主要作用是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平时端口输出的电压稳定。3 软件设计图6 主程序流程图程序开始，首先进行系统初始化，然后进行时间的采集，最后将采集到的数据送至OLED显示。图7 DS1302读取系统流程图单片机向DS1302时钟芯片发送数据采集时间，DS1302时钟芯片首先进行系统初始化。DS1302时钟芯片是200ms进行一次数据采集。如果时间变化，则读取时间，如果没有变化，则返回上一步继续循环。4 系统调试本实验采用Keil 4和Protues 联合仿真调试经过多次的反复测试与分析，并修改程序,掌握了硬件的设计与分析的能力，对所学的知识得到很大的提高与巩固。 最终实现功能: (1)能显示阳历年、月、日、星期、小时、分、秒 (2)显示模块采用OLED液晶显示，要求能用按键调整时间。5 总结 本次电子时钟的实验课程设计，学习将理论和实践相结合，对数字器件及集成电路有较深入的认识，初步掌握综合运用所学知识分析和设计一般数字系统的基本方法，增强动手解决实际问题的能力。认识到了自身的许多缺点和不足，初步接触到了如何将硬件和软件相连接来实现一定的自动化。在试验板的焊接过程中，更深地意识到焊接技术的重要性。使我明白现实生活中电子钟的工作原理，锻炼了查找资料的能力。同时也了解到了仿真成功后，实物图连接与仿真图无误，还是可能会存在实际电路无法正常工作的情况，使用器件，芯片前应先做好对器件，芯片的了解工作，知道每一引脚的用途，正确的连接方法，特别是时序的判断。焊接前做好准备工作，设计好电路图，到焊接时可以事半功倍，焊接时也要小心翼翼，最后，也要不断调试，完善电路。参考文献:1 王东峰等.单片机C语言应用100例M.北京:电子工业出版社,2009：151-161.2 陈海宴.51单片机原理及应用M.北京:北京航空航天大学出版社.2010：62-65. 3 胡汉才.单片机原理及接口技术M.北京:清华大学出版社.1996：11-26. 4 高稚允,高 岳.光电检测技术M.北京:国防工业出版社.1983：23-27. 5 钟富昭等.8051单片机典型模块设计与应用M.北京:人民邮电出版社.2007：35-38. 6 李 平等.单片机入门与开发M.北京:机械工业出版社.2008：33-37.Simple electronic clockAbstract: With the development of technology, SCM applications are deepening, involving aspects of daily life. The design is based MCU AT89S51 as the control center for the liquid crystal display digital clock. Principles of digital clock design is relatively simple, relatively simple hardware circuit, difficulty and focus primarily on the C programming language, the use of the timer subroutine to delay the program, minutes and seconds of the control program, the OLED module and microcontrolle