基于单片机的万年历电子时钟设计

1、2008级学生单片机课程设计 单片机课程设计报告书课题名称 数字时钟系统设计 姓 名伍利衡学 号 081250109院 系物理与电信工程系专 业电子科学与技术指导教师李梦醒副教授2011年 6月10日 一、 设计任务及要求：设计一个日历时钟显示系统完成对日历时钟的显示，以及在正常工作情况下可进行时间和日期的设置。要求时钟运行的是24小时制；可以对温度传感器检测的数值正确显示；可以实现选时闹铃；完成单片机与时钟芯片之间的通信； 指导教师签名： 2011年 04 月 22日 二、指导教师评语：指导教师签名： 2011年 6 月 16 日 三、成绩验收盖章 2011年6 月 16日 基于单片机的数字

2、时钟系统设计伍利衡（湖南城市学院物理与电信工程系电子科学与技术专业,益阳,413000）1设计目的1) 了解数字时钟的原理，从而学会制作数字时钟。2) 通过数字钟的制作进一步地了解单片机在制作中的作用及使用方法。3) 学习与掌握各种实用芯片的原理与使用方法。2设计的主要内容和要求主要内容：功能要求：完成实时日历时钟显示系统的制作1) 在AT89C52单片机系统中设置、获取、记录实时的日历时钟信息并通过LCD1602液晶显示器显示。2) 能够进行长时间的记录，并且存储的时间信息在掉电情况下能长期保存。3) 能够准确地显示当前日期，具有闰年，平年日期自动调整功能。4) 能够实现温度显示等功能。要求

3、：1) 确定单片机的I/O口，选择单片机的型号，选择外围设备，所需电源参数。2) 单片机外围I/O接线图。3) 设计控制程序。a、选择AT89C52单片机设计；b、选择DS1302作为时钟源；c、选择SD18B20作为温度传感器器件。4) 程序与说明。3 整体设计方案基本设计方案：本设计以AT89C52单片机为核心器件组成一个时间校时系统。该系统具有标准的日历/时钟，即年、月、日、星期、时、分和秒，遇闰年自动修正的功能；显示器为LCD1602，显示时间值和日期，常态下显示日期时间；并具有显示所测温度的功能，此模块核心器件为DS18B20温度传感器。1) 系统时钟及显示部分系统为了实现实时时钟功

4、能，电路采用DS1302芯片与单片机的P2口相连。该芯片具有时钟/日历功能，电路中可配合一粒纽扣式后备电池，以保证DS1302在外电源掉电后正常计时。系统时钟采用LCD1602进行显示。2) 温度检测部分温度传感器DS18B20是由美国DALLAS公司生产的可组网数字温度传感器芯片封装。独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围 55125，固有测温分辨率0.5。支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定，实现多点测温 。整

5、体设计方框图如下所示：图3.1 整体设计方框图4 硬件电路的设计4.1 时钟电路设计时钟电路由DSl302、B2、R1、R2和BT1组成系统时间模块，产生系统标准时间。DS1302内部的实时时钟/日历提供秒、分、时、日、月及年等信息，对小于3l天的月末的日期进行调整，还包括闰年的校正功能。时钟的运行可采用24h或带AM（上午）和PM（下午）的12h格式。它是一个串行接口芯片，即RET (复位线)、I/O（数据线）、SCLK（串行时钟线)通过P2口中的P2.5、P2.6，P2.7与单片机连接。两个上拉电阻R1、R2选用l0K欧姆。其V2引脚为备用电源输入引脚，接两粒纽扣式后备电池，以保证DS13

6、02在外电源掉电后正常计时。X1、X2引脚外接晶振，B2晶振频率为32.678KHz。图4.1 时钟电路图 DS1302与单片机的通信仅需3根线，即上述的RET(复位线)、I/O（数据线）及SCLK（串行时钟线）。数据可按每次一个字节或多达31字节的形式传送到时钟寄存器或RAM，也可以从中读出。开始数据传送，首先把RET置位高电平，然后提供地址和命令信息（8位）。在进行单字节传送或多字节传送时，开始的8位命令字节用于指定RAM和时钟寄存器中哪个被访问。在开始8个时钟周期把命令装入移位寄存器之后，在SCK时钟控制下，读操作时输出数据，写操作时输入数据。通过把RET复位线驱动至高电平，启动所有的数

7、据传送。数据输入时，时钟的上升沿数据必须有效，数据的输出在时钟的下降沿。如果RET为低电平，那么所有的数据传送将被中止，且I/O引脚变为高阻状态。上电时，在V1>2.5V之前，RET=0.当RET=1状态时，SLCK必须为逻辑0。4.2 温度测试电路设计温度实现只能通过外部的温度传感器来实现。DS18b20体积小，只有3只脚，电路接法简单。它能够直接读出被测温度。内部含有寄存器为我们设计实现上下限报警功能提供保障。精度为0.5°C，也符合我们设计的要求。DS18B20也是我们通常使用的型号，因此温度传感器用DS18B20。DS18B20的接法：从VDD脚加上电源，不需要本地电源

8、。MOSFET极容易烧，我们不用它。VDD接5V电源，VSS接地，DQ与P3.4相连。因为DS18B20的工作电流约为1MA，因此DQ端还要加上拉电阻为其提供电流。若用5V电源，则R=5/1MA=5k。R取4.7K。DS18B20系统电路如下： 图4.2 DS18B20连接电路4.3 LCD1602显示电路设计 设计中采用 LCD1602液晶显示。LCD1602的控制脚4、5、6脚分别与单片机的P2.0P2.2相连。LCD1602的数据脚714脚与单片机的P0口相连。1、3号脚接地，2号脚接电源。 LCD1602显示电路如下图所示：图4.3 LCD1602液晶显示电路4.4 闹铃模块电路设计

9、闹铃模块电路由扬声器、三极管和一个电阻组成，三极管的基极与单片机的P3.5相连，当单片机输出高电平时，三极管导通，扬声器正极为高电平，使其发出声音。其电路图如下所示：图4.4 闹铃模块电路图4.5 总体电路图设计 根据以上各模块电路综合设计的总体电路图如下所示： 图4.5 总体电路图设计5 软件设计本系统的软件系统主要分为主程序、液晶程序、时钟程序、温度程序、液晶显示程序。5.1主程序设计系统主程序首先对系统进行初始化，包括设置定时器、液晶、DS1302、DS18B20和端口的初始化；由于单片机没有命令指令，所以可以设计系统程序不断地循环执行液晶显示时间程序。如果单片机接收命令指令，就执行相应

10、的程序及闹钟是否到，执行相应的铃声程序。简单流程图如下所示： 图表 1 主程序流程图5.2 液晶显示器驱动程序 LCD1602的程序主要是对内部控制指令进行指定如液晶初始化，显示空白，读，写，判断液晶是否忙及指定字符的位置等函数构成。5.3 DS1302时钟数据处理程序 DS1302数据处理要对始终内部的数据进行处理获得液晶显示的字符。它主要包括DS1302的初始化，读一个字节，写一个字节，读写，数据处理等函数组成。我们对DS1302读写数据命令、DS1302RAM读写命令和寄存器标志内容的了解，实现闹钟，调时程序很容易。在程序尽量用位移，位或，位与来实现乘除法，这样可节约单片机处理的时间。最

11、后将时分秒年月日分解为字符送给液晶显示。部分流程图如图表3所示。5.4 DS18B20温度数据处理程序 DS18B20数据处理对芯片内部数据处理获得液晶的显示字符。它主要包括DS18B20的初始化，读写一个字节，读取DS18B20中的数据和对数据的转换液晶显示的字符。对DS18B20的精度进行不同定义可得到不同精度。部分流程图如图表2所示。5.5液晶显示程序液晶显示程序是对单片机内数据视化，让用户更直观方便观察结果及对功能的设置。在程序中加入闪烁，使显示更加直观。 表2 DS18B20控制程序 表3 DS1302控制程序 5.6 程序中的注意点1. 按键处理防抖动应加延时函数。2. 程序用调用

12、函数，最好在头文件申明函数，主函数一般最后写。3. 为了使程序更加容易写，我们要分模块来完成程序。6 系统仿真6.1 总体仿真效果 在Proteus的ISIS 7.1sp2软件环境下画出该电路原理图，其仿真验证的过程为，按下开始按键，这时LCD1602液晶显示器显示出日历时钟及当前温度传感器测试到的温度。仿真图如下所示：图6.1 总体仿真图6.2 闹铃仿真 首先设置闹铃的时间，当时间到来时，LCD显示器会显示time to get up，并且扬声器会发出音乐，提醒起床时间到。仿真结果如下所示： 图6.2 闹铃仿真图7 使用说明 首先用C52单片机开发板将程序下载到C52单片机中，再将单片机装到

13、自做的最小系统板上，按电路图连接好电路图，打开电源，用+5V给系统供电，打开总开关，则LCD1602上会显示日期、时间、星期及温度。当设置的闹铃的时间到时，LCD显示屏上会显示time to get up，并且扬声器放出音乐。用keil打开程序，可设置日期、时间和闹铃的时间，并且可以选择闹铃的歌曲。当外部温度变化时，显示的温度值也会随之变化。8 设计总结经过将近一个月的设计，终于完成数字时钟设计，虽然达到设计要求，但单片机的资源并没完全应用，毕竟这次设计把实物都做了出来，心底是很高兴的，这次不是用单片机学习板而是自己动手制作的作品。在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法。这次设计是液晶，单片机的综合应用，其间，遇到许多困难，甚至，有时竟然想放弃。从这次的课程设计中，我真正地意识到，在写程序时，逻辑思维要清晰，要有耐心。在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次设计中的最大收获。参考文献1 黄智伟.全国大学生