基于STC89C52单片机的电子时钟设计

阳泉职业技术学院 毕毕业业设设计计论论文文 基于 51 单片机的电子时钟设计 系 部： 信息系 专 业： 电气自动化 班 级： 09 级一班 学生姓名： 张瑞勇 学 号： 090723012 指导教师： 耿素军 2012 年 5 月 6 日 摘要 随着单片机技术的飞速发展，在其推动下，现代的电子产品几乎渗透到了社 会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时 也使现代电子产品性能进一步提高。 时间就是金钱、时间就是生命、时间就是胜利，准确的掌握时间和分配 时间对人们来说至关重要，时钟是我们生活中必不可少的工具。电子钟的设计方 法有很多种，但是基于单片机并通过 LCD 显示的电子时钟具有编程灵活、精确 度高、便于携带、显示直观等特点。 利用 STC89C52 单片机对 DS1302 时钟芯片进行读写操作并通过 1602 字符液 晶显示实时时钟信息，这样便构成了一个单片机电子时钟。 关键词：单片机，电子时钟，STC89C52 ABSTRACT With the rapid development of microcomputer technology in its promotion, modern electronics into almost all areas of society, a strong impetus to the development of social productive forces and social improvement in the level of information, but also to further improve the performance of modern electronic products. Time is a money, time is life, time is victory Accurate grasp of time and allocation of time is crucial to people, The clock is necessary in our life tools . Clock Design There are many ways, however, produced by single chip electronic clock is more flexible programming, and easy expansion of electronic capabilities, high accuracy, easy to carry, display visual and so on. In this paper, through the use of STC89C52 microcontroller by DS1302 clock chips for reading and writing operation and through 1602 character liquid crystal display real-time clock information so that forming a single chip electronic clock. Key Words: Microcontroller，STC89C52，Electronic clock， 目录 绪论.1 概述.1 研究目的.1 第 1 章 设计要求与方案论证.2 1.1 设计要求.2 1.2 系统基本方案选择和论证.2 1.2.1 单片机芯片的选择方案和论证.2 1.2.2 显示模块选择方案和论证.2 1.2.3 时钟芯片的选择方案和论证.3 1.3 电路设计最终方案决定.3 第 2 章 主要元件介绍.4 2.1 STC89C52 介绍.4 2.1.1 STC89C52 主要功能及 PDIP 封装.4 2.1.2 STC89C52 引脚介绍.4 2.1.3 STC89C52 最小系统.5 2.2 DS1302 时钟芯片介绍.6 2.2.1 DS1302 概述.6 2.2.2 DS1302 引脚介绍.7 2.2.3 DS1302 使用方法.7 2. 3 1602 字符液晶介绍.9 2.3.1 1602 液晶概述.9 2.3.2 1602 引脚介绍.10 2.3.3 1602 字符液晶使用方法.10 第 3 章 系统硬件设计.13 3.1 电路设计框图.13 3.2 系统硬件概述.13 第 4 章 系统的软件设计.14 4.1 程序概述.14 4.2 延时函数.15 4.3 对 DS1302 读写操作函数.15 4.3.1 向 DS1302 写数据.15 4.3.2 从 DS1302 读数据.16 4.4 显示函数.17 4.4.1 向 1602 液晶中写一个指令.17 4.4.2 向液晶写数据.17 4.4.3 初使化 1602 液晶.17 4.4.4 如何在液晶上显示时间、日期及周.18 4.5 按键函数.19 4.5.1 12/24 小时显示模式切换键.21 4.5.2 功能键函数.23 4.5.3 调整键函数.25 4.5.4 确定键.31 4.6 主函数.32 总结.34 致谢.35 参考文献.36 绪论 概述 时间，对人们来说是非常宝贵的，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至 关重要。因此自从时钟发明的那刻起，就成为人类的好朋友。随着时间的流逝， 科学技术的不断发展和提高，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越 广。怎样让时钟更好、更方便、更精确的显示时间，这就要求人们不断设计研发 出新型的时钟。 高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表， 石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常 调校。数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用 LCD 显示器 代替指针进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功 能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。 时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。 在单片机的应用系统中，时钟有两个方面的含义：一是指为保障系统正常工作的 基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机 系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现 方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时器/计数器来实现；二是用 专门的时钟芯片实现。 研究目的 通过利用 STC89C52 单片机和 DS1302 芯片以及外围的按键和 LCD 显示器等 部件，设计一个基于单片机的电子时钟。设计的电子时钟通过液晶显示器显示， 并能通过按键对时间进行设置。 第 1 章 设计要求与方案论证 1.1 设计要求 具有年、月、日、星期、时、分、秒显示功能 具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能 具有 12/24 小时切换显示功能 1.2 系统基本方案选择和论证 1.2.1 单片机芯片的选择方案和论证 方案一: 采用 STC89C52 芯片作为硬件核心。STC89C52 内部具有 8KB ROM 存储空 间,512 字节数据存储空间，带有 2K 字节的 EEPROM 存储空间，与 MCS-51 系列 单片机完全兼容,STC89C52 可以通过串口下载。 方案二: 采用 AT89S52。AT89S52 片内具有 8K 字节程序存储空间，256 字节的数据存 储空间没有 EEPROM 存储空间，也与 MCS-51 系列单片机完全兼容，具有在线 编程可擦除技术。 两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C52 相对 ATS89C52 价格便宜， 且抗干扰能力强。考虑到成本因素，因此选用 STC89C52。 1.2.2 显示模块选择方案和论证 方案一： 采用点阵式数码管显示。点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，可 用来显示数。但体积较大，且价格也相对较高，从便携实用的角度出发，不采用 此种方案。 方案二： 采用 LED 数码管动态扫描。LED 数码管价格便宜,对于显示数字最合适,但功 耗较大，且显示容量不够，所以也不用此种方案。 方案三： 采用 LCD 液晶显示屏。液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字，显示 多样,清晰可见,且价格适中，所以采用了 LCD 数码管作为显示。 1.2.3 时钟芯片的选择方案和论证 方案一： 直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、 时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的 时间误差较大。所以不采用此方案。 方案二： 采用 DS1302 时钟芯片实现时钟，DS1302 芯片是一种高性能的时钟芯片，可 自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,工 作电压 2.5V5.5V 范围内，2.5V 时耗电小于 300nA. 1.3 电路设计最终方案决定 综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用 STC89C52 单片机作为主控制 系统;采用 DS1302 作为时钟芯片;采用 1602 LCD 液晶作为显示器件。 第 2 章 主要元件介绍 2.1 STC89C52 介绍 2.1.1 STC89C52 主要功能及 PDIP 封装 STC89C52 是由深圳宏晶科技公司生产的与工业标准 MCS-51 指令集和输出 管脚相兼容的单片机。STC89C52 主要功能如表 2.1 所示，其 PDIP 封装如图 2.1 所示 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系统8K 可反复擦写 Flash ROM 32 个双向 I/O 口256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时/计数器中断时钟频率 0-24MHz 2 个串行中断可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源共 6 个中断源 2 个读写中断口线3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能 表 2.1 STC89C52 主要功能 2.1.2 STC89C52 引脚介绍 主电源引脚（2 根） VCC(Pin40)：电源输入，接5V 电源 GND(Pin20)：接地线 外接晶振引脚（2 根） XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 控制引脚（4 根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复 位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指 令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 可编程输入/输出引脚（32 根） STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口，每 个口有 8 位（8 根引脚），共 32 根。 P0 口（Pin39Pin32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7 P1 口（Pin1Pin8）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0P1.7 P2 口（Pin21Pin28）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.7 P3 口（Pin10Pin17）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7 STC 89C52 40 39 38 34 35 36 37 27 28 29 30 31 32 33 23 24 25 26 22 21 P1.01 2 3 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 T0/P3.4 INTO/P3.2 RXD/P3.0 RST Vcc SCK/P1.7 MISO/P1.6 MOSI/P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 TXD/P3.1 INTI/P3.3 T1/P3.5 WR/P3.6 RD/P3.7 XTAL2 XTAL1 GND P0.0(AD0) PSEN ALE/PROG EA/Vpp P0.1(AD1) P0.7(AD7) P0.6(AD6) P0.5(AD5) P0.4(AD4) P0.3(AD3) P0.2(AD2) P2.7(AD15) P2.6(AD14) P2.1(AD9) P2.2(AD10) P2.3(AD11) P2.4(AD12) P2.5(AD13) P2.0(AD8) 图 2.1 STC89C52 PDIP 封装图 2.1.3 STC89C52 最小系统 最小系统是指能进行正常工作的最简单电路。STC89C52 最小应用系统电路 如图 2.2 所示。它包含五个电路部分：电源电路、时钟电路、复位电路、片内外 程序存储器选择电路、输入/输出接口电路。其中电源电路、时钟电路、复位电路 是 保证单片机系统能够正常工作的最基本的三部分电路，缺一不可。 电源电路 芯片引脚 VCC 一般接上直流稳压电源+5V，引脚 GND 接电源 +5V 的负极，电源电压范围在 45.5 之间，可保证单片机系统能正常工作。为提 高电路的抗干扰性能，通常在引角 Vcc 与 GND 之间接上一个 10uF 的电解电容和 一个 0.1uF 陶片电容，这样可抑制杂波串扰，从而有效确保电路稳定性。 时钟电路 单片机引脚 18 和引脚 19 外接晶振及电容， STC89C52 芯片的 工作频率可在 233MHz 范围之间选，单片机工作频率取决于晶振 XT 的频率，通 常选用 11.0592MHz 晶振。两个小电容通常取值 3pF，以保证振荡器电路的稳定 性及快速性。 复位电路 一般若在引脚 RST 上保持 24 个工作主频周期的高电平，单片 机就可以完成复位，但为了保证系统可靠地复位，复位电路应使引脚 RST 保持 10ms 以上的高电平。如图复位电路带有上电自动复位功能，当电路上电时，由于 C1 电容两端电压值不能突变，电源+5V 会通过电容向 RST 提供充电电流，因此 在 RST 引脚上产生一高电平，使单片机进入复位状态。随着电容 C1 充电，它两 端电压上升使得 RST 电位下降，最终使单片机退出复位状态。正常运行时，可按 复位按钮对单片机复位 E A/V P 31 X 1 19 X 2 18 R ES ET 9 R D 17 W R 16 IN T 0 12 IN T 1 13 T 0 14 T 1 15 P10/T 1 P11/T 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 T XD 11 P00 39 R XD 10 P01 38 P02 37 P03 36 V cc 40 P04 35 A LE /P 30 P05 34 PSE N 29 P06 33 P27 28 P07 32 P26 27 P20 21 P25 26 P21 22 P24 25 P22 23 P23 24 G ND 20 80 52 R 1 20 0 R 2 10 K 位位位位 C 1 10 uF C 2 30 uF C 3 30 uF C 4 10 uF C 5 0.1u F X T G ND G ND V CC +5V V CC +5V G ND 图 2.2 STC89C52 最小系统 2.2 DS1302 时钟芯片介绍 2.2.1 DS1302 概述 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时 时钟芯片，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。采用双电源供电（主电源和备用电源），同时提供 了对后背电源进行涓细电流充电的能力。采用三线接口与 CPU 进行同步通信 DS1302 Vcc1 SCLK Vcc2 X1 X2 GNDCE I/O 1 2 7 6 5 4 3 8 图 2.3 DS1302 封装图 2.2.2 DS1302 引脚介绍 各引脚功能为： Vcc： 主电源；Vcc2:备用电源。当 Vcc2Vcc1+0.2V 时，由 Vcc2 向 DS1302 供电；当 Vcc20;x-) for(y=110;y0;y-); 由 for 循环构成的延时函数,z 的取值为这个函数的延时 ms 数，如 delay(200);大约 延时 200ms. delay(500);大约延时 500ms。因下文多次用到，固在此先作说明。 4.3 对 DS1302 读写操作函数 在对 DS1302 时钟芯片操作前，应对其操作时序有所了解，参看前文 DS1302 介绍。DS1302 采用串行方式与单片机进行通信，一个机器周期只能读写一个字 节的一位，因此，在单片机与 DS1302 芯片间传输一字节（8 位）数据，要分 8 次进行，且先从低位开始传输。 4.3.1 向 DS1302 写数据 /*写数据字节子函数*/ void write_1302_byte(uchar temp)/用来发送 8 位数据信息 uchar i; for(i=0;i=1;/右移一位 sck=1;/在 SCK 上升沿的时候字节写入 DS1302 /*1302 写数据子函数*/ void write_1302(uchar addd,uchar dat) rst=0; _nop_(); sck=0; _nop_(); rst=1; _nop_(); write_1302_byte(addd);/发送地址 write_1302_byte(dat);/发送数据 rst=0; 4.3.2 从 DS1302 读数据 /*读 DS1302 数据函数*/ uchar read_1302(uchar add)/输入地址 add,返回读取的数据 uchar i,temp=0 x00; rst=0; sck=0; rst=1; write_1302_byte(add); for(i=0;i=1;/右移一位 sck=1;/sck 被置高，在其下一次变为 0 时，数据被写入 rst=0;/以下为 DS1302 复位的稳定时间 sck=0; sck=1; sda=0; sda=1; return(temp);/将 temp 值返回 4.4 显示函数 对 1602 进行操作前要对其进行初使化，初使化完成后它才能正常显示。如 果想在 1602 液晶的某一个位置显示一个内容，要先对其写入一个指令：在什么 地方显示。然后再对其写入一个数据：要显示什么内容。对 1602 的液晶初使化， 需要用写入指令的方式完成。 4.4.1 向 1602 液晶中写一个指令 void write_com(uchar com) lcdwr=0;/lcdwr 为读写控制端，lcdwr=0,这里可不写 lcdrs=0; /液晶 rs 接口为 0 时,写指令，rs 为 1 时写数据 P0=com; /将要写的指令赋给 P0 口， delay(5); /由 1602 读写操作时序图，先将指令赋给 P0 口，延时后将使能 lcden=1; 端 lcden 置高，再延时一段时间，然后将 lcden 置低，这样指 令 delay(5); 就写入到 LCD 了 lcden=0; 4.4.2 向液晶写数据 void write_data(uchar date)，与写指令类似，这里 lcdrs 设为 1 lcdrs=1; P0=date; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; 4.4.3 初使化 1602 液晶 此函数首先对液晶进行初使化，使其处于待命状态，然后将时钟框架显示出 来：年月日之间的“” ，时分秒之间的“：” ，还有世纪年的高两位。 void init_1602() uchar num; lcdwr=0; lcden=0; write_com(0 x38);/设置 LCD 为 16*2 显示、5*7 点阵、8 位数据接口模式 write_com(0 x0c);/开显示、不显示光标 write_com(0 x06);/写一个字符后，地址指针加 1 write_com(0 x01);/显示清 0 write_com(0 x80);/将指针指向初始位置 for(num=0;num14;num+)/循环函数，用于将 20 - - 写入液晶 write_data(tablenum); write_com(0 x80+0 x40+4);/将指针指向 1602 液晶的第二行，第四个字段 for(num=0;num8;num+)/功能与上同，用于将 : : 写入 write_data(table1num); 4.4.4 如何在液晶上显示时间、日期及周 DS1302 中的时间、日期等信息是以 BCD 码的形式存放的，要先将从 1302 中读取的数据转化成 10 进制，然后显示在液晶上相应的位置。 /*显示时间、日期子函数 */ void write_sfm(uchar add,uchar time)/用于在 1602 上显示年、月、日、时、分、秒。 Add 为显示位置，time 为要显示的内容 uchar shi,ge; shi=time/16; /将从 DS1302 中读取的 BCD 码数据转化成 10 进制个位和 10 ge=time%16; 进制十位 write_com(add+0 x80);/定义显示在液晶的什么位置 write_data(0 x30+shi);/由 1602 液晶字库可知，09 的数据码分别对应 0 x300 x39 write_data(0 x30+ge);/初使化中设定了写一个字符后，地址指针加 1，因此这 里 不用重新光标定位 /*显示周子函数*/ void write_zhou(uchar time1)，用于在 1602 上显示周信息，与显示 时间日期子函数类似 uchar ge; ge=time1%16;/一周七天，因此只需个位 write_com(0 x80+13); write_data(0 x30+ge); 4.5 按键函数 此电子时钟共有 4 个按键，S1、S2、S3 与调时有关图按键程序如图 11，S4 为 12 小时切换键 S1 功能键：在 24 小时显示模式下，该键被第一次按下后进入秒调整，液晶 显示器上的时间停止走动。模式，再次按下后进入分调整模式，接着是调时模式、 调年模式、调月模式、调日模式、调周模式，当第八次按下该键后退出 S2 调整键：在调整模式下，该键每按一次，相应时间或日期加 1 S3 确定键：在调整模式下，该键被按下后，退出调整模式，并将调整后的时 间、日期写入 DS1302 S4 显示模式调整键 用于对时间的 12/24 小时模式的切换 S1按键 秒闪烁 S1按键 S1按键 S1按键 S1按键 S1按键 分闪烁 时闪烁 秒数据写入 DS1302 周闪烁 日闪烁 月闪烁 年闪烁 S1按键 S2按键 秒调节 分数据写入 DS1302 时数据写入 DS1302 年数据写入 DS1302 月数据写入 DS1302 日数据写入 DS1302 S2按键 分调节 S2按键 时调节 S2按键 年调节 S2按键 月调节 S2按键 日调节 S1按键 周数据写入 DS1302 S2按键 周调节 进入主程序 S3 键 按 下 时间、日期写入 DS1302 图 4.2 按键程序图 4.5.1 12/24 小时显示模式切换键 时钟默认在 24 小时模式下运行，定义一个标志位 flag1。第一次按下切换键， 把瞬时时间转化成 12 小时制，令 flag1=1。并写入 DS1302 芯片，此后 DS1302 芯 片在 12 小时模式下运行。第二次按下切换键，即返回 24 小时显示模式，令 flag1=0，把瞬时时间转化成 24 小时模式并写入 DS1302 芯片。 有关 DS1302 的时间寄存器存放形式参阅前文。如 24 小时模式下的 22:00， 存放的形式为 00100010。12 小时模式下的 22 点，也就是 10:00PM，存放形式为 10110000，在切换的一瞬间，我们只需要把小时数据 0 xb0 写入到 DS1302，这样 就能让时钟芯片在 12 小时模式下运行了。需要注意的是，12 小时模式下，只用 到后 5 位来表示时间，第 6 位用来表示 AM 或 PM 信息，如果真接用 24 小时模 式下的显示方法是会出错的，这里我们需要对时进行转化。首先提取 AM/PM 信 息，让其显示。然后提