毕业设计论文t

1、题 目： 数字日历钟电路设计 摘 要以DS1302芯片来设计电子时钟，采用C语言进行编程，可以实现以下一些功能：年、月、日、小时、分、秒的显示功能。本次设计的电子时钟系统由时钟电路，LCD显示电路，按键调整电路三部分组成。51单片机通过软件编程，在LCD1602液晶屏上实现年、月、日、小时、分、秒的显示；通过三个按键开关，一个用于时钟的调节，一个用于数值增一，一个用来数值减一，来实现参数设置和调节功能；到达设置的闹钟时间时，由蜂鸣器发声，起报警作用第一章 绪 论1.1课题的背景单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，应用广泛，发展快速。单片机具有集成度高、功能

2、强大、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无所不在，无所不为”。单片机的应用领域已从而面向工业控制、通讯、交通智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机的发展历史经历了四个阶段：第一阶

3、段（1974年1976年）：单片机初级阶段。因工艺先知，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。第二阶段（1976年1978年）：低性能单片机阶段。以Intel公司智脑的MCS48单片机为代表。第三阶段（1978年现在）：高性能单片机阶段。典型代表是Intel公司的MCS51系列、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。第四阶段（1982年现在）：8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势： ·可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。 ·所集成的部件越来越多；NS（美国国家半导体）公司的单片

4、机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路。 ·功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。 随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说

5、是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点。其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。本文讨论的单片机电子时钟的核心是

6、目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小、可靠性高、功能强等特点，不仅能满足所需要的要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。第二章 总体设计方案与论证本系统采用89C51单片机即可实现电子时钟的基本要求。其主要设计思想是：整个系统用单片机为中央控制器，由单片机执行采集时钟芯片的时间信号并通过显示模块来输出信号及相关的控制功能。时钟芯片产生时钟信号，利用单片机的I/O口传给单片机；并通过I/O口实现LCD的显示。系统设有4个按键可以对时间星期年月日进行调整，还可以设置闹钟。整体框架如图2-1所示。显示电路电源模块STC89C51单片机

7、按键扫描电路DS1302时钟电路18B20图2-1 数字日历钟结构框图2.1 电源模块方案的选择与论证采用电池供电。可以采用三节节1.5V电池给单片机供电。电池便捷使用方便，输出电压稳定。2.2 时钟电路方案的选择与论证 方案一：采用51单片机STC89C51芯片软件定时中断实现时钟。利用89C51自身的中断和定时器，通过软件产生时钟，虽然不需要外置硬件电路直接用51芯片，但是占I/O口比较多，而且断电后时钟不能自加即再次通电（或者复位）程序又从初始化处计时，不能友好的实现时钟要求。 方案二：采用DS1302时钟芯片实现时钟。利用DS1302芯片可以实现时钟，DS1302采用3线串行接口，占用

8、引脚少。DS1302内部集成了可编程日历时钟，用户可以根据需要设置。内部集成了31个字节的静态RAM。DS1302的日历时钟可自动进行闰年补偿。DS1302支持双电源供电，可以使用外部主电源和备份电源。DS1302芯片具有对备份电池进行涓流充电功能，可有效长备份电池的使用寿命。 综上所述，选择方案二。2.3 显示电路方案的选择与论证 方案一：采用LED数码管显示时钟的年月日星期时分秒。在本系统中至少需要用到22只LED数码管进行动态显示才可以达到要求，电路复杂，数码管多。采用LED的优点是亮度高，醒目，价格便宜，寿命长；缺点是只能显示09的数字和一些简单的字符，电路复杂，占用资源较多且信息量小

9、。方案二：用LCD（YJD1602A）液晶显示，时装用的液晶扫描控制芯片。有接收电路，缓存电路，控制逻辑，扫描等组成。其优点是能显示更多的字符，工作电流比LED小几个数量级，故其功耗低，且有着良好的人机界面，体积小，功耗极低。 综上所述，采用方案二。2.4 键扫描电路方案的选择与论证 方案一：采用矩阵键盘。该方案优点在于减少I/O的使用，但硬件电路连接麻烦而且软件编程麻烦。 方案二：采用独立键盘。采用独立键盘操作简单便于硬件和软件的设置。 综上所述，采用方案二。1.2课题意义随着生活水平的提高，人们越来越追求人性化的事物，传统的时钟已不能满足人们的需求。现代的数字钟不仅需要数字电路技术而且需要

10、模拟电路技术和单片机技术，增加了数字钟的功能。其电路可以由实时时钟模块、环境温度检测模块、人机接口模块、报警模块等部分组成。利用软件编程尽量做到硬件电路简单稳定，减小电磁干扰和其他环境干扰，充分发挥软件编程的优点，减小因元器件精度不够引起的误差，但是数字钟还是可以改进和提高如选用更精密的元器件。但与机械式时钟相比已经具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟是采用数字电路实现对时分秒数字显示的计时装置，广泛用于个人家庭，车站,，码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度

11、,远远超过老式钟表,，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。第二章 总体设计方案与论证本系统采用89C51单片机即可实现电子时钟的基本要求。其主要设计思想是：整个系统用单片机为中央控制器，由单片机执行采集时钟芯片的时间信号并通过显示模块来输出信号及相关的控制功能。时钟芯片产生时钟信号，利用单片机的I/O口传给单片机；并通过I/O口实现LC

12、D的显示。系统设有4个按键可以对时间星期年月日进行调整，还可以设置闹钟。整体框架如图2-1所示。显示电路电源模块STC89C51单片机按键扫描电路DS1302时钟电路18B20图2-1 数字日历钟结构框图2.1 电源模块方案的选择与论证采用电池供电。可以采用三节节1.5V电池给单片机供电。电池便捷使用方便，输出电压稳定。2.2 时钟电路方案的选择与论证 方案一：采用51单片机STC89C51芯片软件定时中断实现时钟。利用89C51自身的中断和定时器，通过软件产生时钟，虽然不需要外置硬件电路直接用51芯片，但是占I/O口比较多，而且断电后时钟不能自加即再次通电（或者复位）程序又从初始化处计时，不

13、能友好的实现时钟要求。 方案二：采用DS1302时钟芯片实现时钟。利用DS1302芯片可以实现时钟，DS1302采用3线串行接口，占用引脚少。DS1302内部集成了可编程日历时钟，用户可以根据需要设置。内部集成了31个字节的静态RAM。DS1302的日历时钟可自动进行闰年补偿。DS1302支持双电源供电，可以使用外部主电源和备份电源。DS1302芯片具有对备份电池进行涓流充电功能，可有效长备份电池的使用寿命。 综上所述，选择方案二。2.3 显示电路方案的选择与论证 方案一：采用LED数码管显示时钟的年月日星期时分秒。在本系统中至少需要用到22只LED数码管进行动态显示才可以达到要求，电路复杂，

14、数码管多。采用LED的优点是亮度高，醒目，价格便宜，寿命长；缺点是只能显示09的数字和一些简单的字符，电路复杂，占用资源较多且信息量小。方案二：用LCD（YJD1602A）液晶显示，时装用的液晶扫描控制芯片。有接收电路，缓存电路，控制逻辑，扫描等组成。其优点是能显示更多的字符，工作电流比LED小几个数量级，故其功耗低，且有着良好的人机界面，体积小，功耗极低。 综上所述，采用方案二。2.4 键扫描电路方案的选择与论证 方案一：采用矩阵键盘。该方案优点在于减少I/O的使用，但硬件电路连接麻烦而且软件编程麻烦。 方案二：采用独立键盘。采用独立键盘操作简单便于硬件和软件的设置。 综上所述，采用方案二。

15、第三章 系统硬件设计3.1 主控芯片STC89C51的介绍STC89C51是美国STC公司生产的低电压、高性能的CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes的随即存取数据存储器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准的MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。如图3-1所示为STC89C51单片机的最小系统。图3-1 STC89C51单片机的最小系统接线图 STC89C51的主要性能参数1与MCS51产品指令和引脚完全兼容2具有8k字节可

16、重擦写Flash闪速存储器31000次擦写周期4全静态操作：0Hz24MHz5三级加密程序存储器6256×8字节内部RAM732个可编程I/O口线82个16位定时器/计数器98个中断源10低功耗空闲和掉电方式11可编程串行UART通道 STC89C51单片机的功能特性概述：STC89C52提供以下标准功能：8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。STC89C52单片机与MCS-51兼容,它与MCS-51的功能基本相同。.1 MCS51单片机的中断系统（1）中断源

17、MCS51单片机是一个多中断源的单片机，有五个中断源：外部中断0、定时器0中断、外部中断1、定时器1中断和串行接收或发送中断。各中断源的中断处理程序入口地址如下表31所示：表31 中断向量表中断源入口地址外部中断00003H定时器0000BH外部中断10013H定时器1001BH串行口0023H（2）中断控制1中断的开放或禁止是由中断允许寄存器IE控制的。IE的格式如下：EAESET1EX1ET0EX0EA中断总允许位。EA1，开放总中断，而各个中断源的中断请求是允许还是禁止，分别由各自的中断允许位确定；EA=0，禁止一切中断。ES串行口中断允许位。ET1和ET0分别是定时器T1和T0的中断允

18、许位。EX1和EX0分别是外部中断1（INT1）和外部中断0（INT0）的中断允许位。以上五个中断允许位的意义是：0为禁止中断,1为允许中断。2中断源优先级控制中断优先级寄存器IP。MCS51单片机有高、低两个中断优先级，5个中断源可由程序设置为高优先级中断或低优先级中断，实现二级中断嵌套。一个正在执行的低优先级中断源的中断服务程序，能被高优先级中断源所中断，但不能被同级别的另一个中断源所中断。MCS51单片机的5个中断源的优先级由中断优先级寄存器IP的相应位设定。IP格式如下：PSPT1PX1PT0PX0PS是串行口的中断优先级控制位。PT1和PT0分别是定时器T1和T0的中断优先级控制位。

19、PX1和PX0分别是外部中断INT1和INT0的中断优先级控制位。中断优先级控制位的意义是：0为设定为低优先级中断源；1为设定为高优先级中断。 如果同优先级的多个中断请求同时出现时，则按MCS51单片机的CPU查询次序确定那个中断请求被响应，其查询次序为：IE0、TF0、IE1、TF1、RI或TI。.2 MCS51的定时系统在控制系统中，常常要求有一些实时时钟以实现定时或延时控制，如定时中断、定时检测、定时扫描等等，也往往要求有计数器能对外部事件计数。MCS51单片机有2个定时器，称为定时器0（T0）和定时器1（T1）。(1)定时器的结构MCS51单片机的定时器由计数器0、计数器1、方式控制寄

20、存器和定时器控制寄存器组成计数器0和计数器1分别由8位计数器TH0、TL0和TH1和TL1构成。TH0、TL0、TH1、TL1是不能位寻址的特殊功能寄存器，通过对TH0、TL0、TH1、TL1的初始化编程来控制T0和T1的计数初值。MCS51单片机的两个计数器TH0、TL0和TH1、TL1可以构成16位的计数器、13位的计数器和8位的计数器。计数器是定时器T0和T1的核心，它可以对引线T0和T1来的外部事件计数；也可以对单片机的机器周期计数。一个机器周期等于12个振荡脉冲周期，因此计数频率为振荡频率的1/12。这样，不但可以根据计数值计算出定时时间，也可以反过来按定时时间的要求计算出计数器的预

21、置值。计数器是加法计数器，所以预置的计数初值应为计数值的补码。(2)定时器的工作方式MCS51单片机的T0有方式0、方式1、方式2和方式3四种工作方式。T1有方式0、方式1和方式2三种工作方式。工作方式控制寄存器TMOD:TMOD寄存器是不能位寻址的特殊功能寄存器，用于控制T1和T0的工作方式，各位的定义如下：GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0TMOD的高半字节和低半字节的定义相同，高半字节用于控制T1，低半字节用于控制T0，其中，GATE是门控位。GATE为1时，定时器的计数器受外部引线INT0或INT1输入电平的控制，输入高电平计数，输入低电平停止计数，这时可以用于测量在INTx

22、引线出现的正脉冲宽度；GATE为0时，定时器的计数不受INT0或INT1引线的控制。C/T是定时器和计数器选择位。C/T为1，选择计数器方式，计数器THi和TLi对Ti引线输入的外部事件计数；C/T为0，选择定时器方式，计数器THi和TLi对机器周期进行计数。M1和M0是定时器的工作方式选择位。M1和M0这2位有0011四个状态，分别选择方式0（13位定时器）、方式1（16位定时器）、方式2（8位自动重装载定时器）和方式3（T0分成两个8位的定时器）。3.2时钟部分功能介绍及电路设计(2) 时钟芯片DS1302的工作原理：2.1 引脚功能及结构 DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，

23、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

24、次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时,在VCC>2.0V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为时钟输入端。 下图为DS1302的引脚功能图： DS1302封装图22 DS1302的控制字节DS1302的控制字如表-1所示。控制字节的高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出 RAM RD

25、 1 A4 A3 A2 A1 A0 / CK /WR 表-1 DS1302的控制字格式2.3 数据输入输出(I/O) 在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。 2.4 DS1302的寄存器 DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表1。此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存

26、器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。 为了实现系统报警计时等功能，此设计采用了DS1302实时时钟芯片。DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，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。采用三线接口与CP

27、U进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。 2.1 引脚功能及结构 DS1302的引脚排列,其中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Vcc10.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X

28、2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。3.3显示模块功能介绍及电路设计显示模块采

29、用液晶1602显示，接口说明如下表3所示表3-3 1602液晶接口信号说明字符型LCD的引脚定义编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端（H/L）12D5Data I/O5R/W读/写选择端（H/L）13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极1. 基本操作时序：1.1读状态：输入：RS=L，RW=H，E=H 输出：D0D7=状态字1.2写指令：输入：RS=L，

30、RW=l，D0D7=指令码，E=高脉冲 输出：无1.3读数据：输入：RS=L，RW=H，E=H 输出：D0D7=数据1.4写数据：输入：RS=L，RW=l，D0D7=数据，E=高脉冲 输出：无2. RAM地址映射图 控制器内部带有80B的RAM缓冲区，对应关系如下：图3-3 1602内部RAM地址映射图3.指令说明 初始化设置如下为显示模式设置：指令码功能00111000设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口显示开/关及光标设置：指令码功能00001DCBD=1开显示，D=0关显示C=1显示光标，C=0不显示光标B=1光标闪烁，B=0光标不显示000001NSN=1 当读或写一个字符后地址

31、指针加一，且光标加一N=1 当读或写一个字符后地址指针减一，且光标减一S=1当写一个字符，整屏显示左移（N=1)数据控制控制器内部有一个数据地址指针，用户可以通过它们来访问内部全部的80字节RAM。1602液晶和单片机的接口电路图如图6所示图3-4 1602液晶和单片机的接口电路图3.5功能按键模块介绍及电路设计本设计功能按键模块采用三个独立按键，接口电路图如图8所示，S2键为功能键选择，S3键为功能加键，S4键为功能减键。 图3-6 功能按键模块3.6 18B20电路DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。第四章 系统软件设计4.1日历程序设计因为使用了时钟芯片DS1302，阳历程序只需要从DS1302各寄存器中读出年、周、月、日、小时、分、秒等数据，再作处理既可。在首次对DS1302进行操作之前，必须对他进行初始化，然后从DS1302中读出数据，再经过处理后，送给显示缓存单元。日历程序流程图见图4-1所示。