基于DS1302的數(shù)碼管顯示數(shù)字鐘.doc

單片機(jī)原理課程設(shè)計(jì)課題名稱(chēng)：基于DS1302的數(shù)碼管顯示數(shù)字鐘 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電子信息工程 學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間：2010年6月21日-2010年6月25日 目錄摘要1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求2方案論證3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總原理圖 3.2 元器件清單. 3.3 PCB板圖.3.4Proteus仿真圖3.5分電路圖及原理說(shuō)明 3.5.1 主控部分(單片機(jī)MCS-51). 3.5.2 計(jì)時(shí)部分（實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302）. 3.5.3 顯示部分（共陽(yáng)極數(shù)碼管）. 3.5.4 調(diào)時(shí)部分（按鍵）.4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1程序流程圖4.2程序源代碼5心得體會(huì)6參考文獻(xiàn)7結(jié)束語(yǔ)基于DS1302的數(shù)碼管顯示數(shù)字鐘設(shè)計(jì)摘要 本次課程設(shè)計(jì)的是使用專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘芯片DS1302在數(shù)碼管上顯示的數(shù)字電子鐘，并能通過(guò)按鍵對(duì)其進(jìn)行調(diào)時(shí)和校準(zhǔn)。DS1302是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它能夠?qū)r(shí)，分，秒進(jìn)行精確計(jì)時(shí)，它與單片機(jī)的接口使用同步串行通信，僅用3條線與之相連接，就可以實(shí)現(xiàn)MCS-51單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)操作，把讀出的時(shí)間數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管上顯示。程序運(yùn)行時(shí)，數(shù)碼管將從當(dāng)前時(shí)間開(kāi)始顯示，通過(guò)調(diào)節(jié)K1鍵和K2鍵可以分別對(duì)小時(shí)和分鐘進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后，時(shí)鐘以新的時(shí)間為起點(diǎn)繼續(xù)刷新顯示。關(guān)鍵字：MCS-51單片機(jī)、DS1302，數(shù)碼管，按鍵，動(dòng)態(tài)掃描，調(diào)時(shí)，校準(zhǔn)；1 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1. 應(yīng)用MCS-51單片機(jī)設(shè)計(jì)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘（LED顯示小時(shí)：分：秒）電路；2. 選用八位LED數(shù)碼顯示，實(shí)時(shí)顯示時(shí)、分、秒，采用按鍵式實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘對(duì)表和快慢調(diào)整；3. 硬件設(shè)計(jì)部分，根據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)選定合適的單片機(jī)，根據(jù)控制對(duì)象設(shè)計(jì)接口電路。設(shè)計(jì)的單元電路必須有工作原理,器件的作用,分析和計(jì)算過(guò)程；4. 軟件設(shè)計(jì)部分，根據(jù)電路工作過(guò)程，畫(huà)出軟件流程圖，根據(jù)流程圖編寫(xiě)相應(yīng)的程序，進(jìn)行調(diào)試并打印程序清單；5.原理圖設(shè)計(jì)部分，根據(jù)所確定的設(shè)計(jì)電路，利用Protel工具軟件繪制電路原理圖、PCB板圖、提供元器件清單。2 方案論證實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)有以下兩種基本方案，現(xiàn)就兩種基本方案的優(yōu)劣進(jìn)行具體論證，從而說(shuō)明選擇方案二的理由。方案一：直接用單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間。該方案以MCS-51單片機(jī)為主控芯片，以MCS-51的內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生的1s中斷作為時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)，然后再通過(guò)8個(gè)74LS245緩沖器驅(qū)動(dòng)8個(gè)獨(dú)立的數(shù)碼管來(lái)組成數(shù)字鐘電路。該電路由于數(shù)碼管和緩沖器的數(shù)目較多，所以在連線方面比較復(fù)雜，而且用到的分壓電阻也比較多。但是此方案最大的缺點(diǎn)在于單片機(jī)89C51產(chǎn)生的1s中斷存在誤差，如果工作時(shí)間長(zhǎng)的話，數(shù)字時(shí)鐘顯示的時(shí)間將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的偏差，不夠精確。方案二：使用串行接口時(shí)鐘芯片DS1302設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路。該設(shè)計(jì)方案以MCS-51單片機(jī)為主控芯片，以串行時(shí)鐘芯片DS1302為核心計(jì)時(shí)芯片，然后再通過(guò)一個(gè)74LS245緩沖器驅(qū)動(dòng)兩組數(shù)碼管組（每個(gè)數(shù)碼管組由四個(gè)數(shù)碼管連在一起組成）組成數(shù)字時(shí)鐘電路。更重要的是，DS1302時(shí)鐘芯片的加入大大提高了數(shù)字鐘時(shí)間的準(zhǔn)確性，而且該電路在斷電后不丟失時(shí)間和數(shù)據(jù)信息時(shí)也使得該方案的研究與提升更具有開(kāi)發(fā)的意義。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總原理圖圖1 數(shù)字鐘總原理圖3.2 元件清單元件序號(hào)型號(hào)或主要參數(shù)數(shù)量封裝元件序號(hào)型號(hào)或主要參數(shù)數(shù)量封裝R11001AXIAL0.3U1AT89C511DIP40R21k1AXIAL0.3U274S151DIP14RP11K1SIP9U4DS13021DIP8C122pF3RAD2.54U374LS2451DIP20C4104uF1RAD2.54Y1CRYSTAL1STAL3DSSM41C5642數(shù)碼管*4Y2CRYSTAL1STAL2K按鍵4按鍵4.5*6.53.3PCB板圖 圖2 總電路PCD板圖3.4Proteus仿真圖 圖3 proteus仿真圖3.5分電路圖及原理說(shuō)明本次設(shè)計(jì)的硬件電路由主控部分(單片機(jī)MCS-51)、計(jì)時(shí)部分（實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302）、顯示部分（數(shù)碼管）、調(diào)時(shí)部分（按鍵）4個(gè)部分組成。各部分之間相互協(xié)作，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘的計(jì)時(shí)功能?，F(xiàn)就各部分的硬件電路設(shè)計(jì)作出如下論述：3.5.1 主控部分(單片機(jī)MCS-51)MCS-51單片機(jī)作為主控芯片，控制整個(gè)電路的運(yùn)行。其外圍電路主要有兩部分：復(fù)位電路和晶體振蕩器。復(fù)位電路的功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。該設(shè)計(jì)采用含有二極管的復(fù)位電路，復(fù)位電路可以有效的解決電源毛刺和電源緩慢下降（電池電壓不足）等引起的問(wèn)題，在電源電壓瞬間下降時(shí)可以使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。晶體振蕩電路：MCS-51單片機(jī)中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別為該反向放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體(或陶瓷諧振器)及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1、C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求,但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體,電容應(yīng)該使用30pF10pF。電路圖如下：圖4主控部分電路圖3.5.2 計(jì)時(shí)部分（實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302）時(shí)鐘芯片DS1302與外圍電路的連接：與MCS-51單片機(jī)的接口是由3條線來(lái)完成的，MCS-51單片機(jī)的P1.0與時(shí)鐘芯片的數(shù)據(jù)傳輸端I/O相連，P1.1用來(lái)作為DS1302輸入時(shí)鐘SCLK控制端,P1.2控制DS1302的復(fù)位輸入端RST。DS1302的X1和X2管腳外接標(biāo)DS1302的復(fù)位引腳通過(guò)把輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。 輸入有兩種功能：首先，接通控制邏輯，允許地址命令序列送入移位寄存器；其次，提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc2.5V之前，必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。圖5 計(jì)時(shí)部分電路圖3.5.3 顯示部分（共陽(yáng)極數(shù)碼管）八段數(shù)碼顯示管有兩種，一種是共陽(yáng)數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個(gè)陽(yáng)極相連接的發(fā)光二極管組成；另一種是共陰數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個(gè)陰極相連接的發(fā)光二極管組成。二者原理不同但功能相同。本設(shè)計(jì)的時(shí)間顯示選用6個(gè)共陰八段數(shù)碼管LED，其外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10所示： 圖6 八段共陰數(shù)碼管LED3.5.4 調(diào)時(shí)部分（按鍵） 按鍵電路有K1,K2,K3三個(gè)按鍵和一個(gè)74S15組成，只有其中任意一個(gè)按鍵按下，電路都會(huì)通過(guò)74S15向單片機(jī)INT0引腳發(fā)送一次中斷請(qǐng)求信號(hào)。按鍵K1用來(lái)調(diào)整小時(shí)，按鍵K2用來(lái)調(diào)整分鐘，按鍵K3用來(lái)結(jié)束調(diào)時(shí)，數(shù)字開(kāi)始繼續(xù)走表。 圖7 按鍵電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1程序流程圖調(diào)用ds1302時(shí)間函數(shù) 刷新數(shù)碼管 顯示 外部中斷 按鍵調(diào)時(shí)是否有鍵按下 按鍵掃描 開(kāi)始否是圖8 主程序流程圖啟動(dòng)寫(xiě)數(shù)據(jù)字節(jié)一位復(fù)位端變高啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)傳送工作結(jié)束SCLK發(fā)脈沖復(fù)位端變低SCLK發(fā)脈沖寫(xiě)命令字節(jié)一位夠8次嗎？夠8次嗎？NYYN啟動(dòng)讀數(shù)據(jù)字節(jié)一位復(fù)位端變高啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)傳送工作結(jié)束SCLK發(fā)脈沖復(fù)位端變低SCLK發(fā)脈沖寫(xiě)命令字節(jié)一位夠8次嗎？夠8次嗎？NYYN 圖9 寫(xiě)DS1302流程圖 圖10 讀DS1302流程圖4.2 源程序#include#define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit sda=P11; /ds1302的數(shù)據(jù)線sbit clk=P10; /ds1302的時(shí)鐘線sbit rst=P12; /ds1302的復(fù)位線sbit k1=P15; /調(diào)時(shí)sbit k2=P16; /調(diào)分sbit k3=P17; /開(kāi)始走秒uchar code duan_code= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/共陽(yáng)數(shù)碼管段碼表uchar display_code= 0x00,0x00,0xbf,0x00,0x00,0xbf,0x00,0x00;/顯示格式，中間兩個(gè)橫杠uchar bit_code= 0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80;/數(shù)碼管位選uchar current_time7; /所讀取的日期和時(shí)間char adjust_flag=0; /調(diào)節(jié)標(biāo)志void delayms(uint x) /延時(shí)函數(shù)ms級(jí) uchar i; while(x-) for(i=0;i+;i120);void write_byte(uchar x) /寫(xiě)一個(gè)字節(jié)函數(shù) uchar i; for(i=0;i=1; uchar read_byte(void) /讀一個(gè)字節(jié)函數(shù) uchar i,b,t; for(i=0;i=1; t=sda; b|=t7; clk=1; clk=0; return b/16*10+b%16;uchar read_data(uchar addr) /讀取數(shù)據(jù)函數(shù) uchar dat; rst=0; clk=0; rst=1; write_byte(addr); dat=read_byte(); clk=1; rst=0; return dat;void write_data(uchar addr,uchar dat) /寫(xiě)入控制字和輸入函數(shù) clk=0; rst=1; write_byte(addr); write_byte(dat); clk=0; rst=0;void set_1302() /設(shè)置ds1302函數(shù) write_data(0x8e,0x00); /關(guān)閉寫(xiě)保護(hù)。 write_data(0x82,(current_time1/104)|(current_time1%10);/初始化分 write_data(0x84,(current_time2/104)|(current_time2%10);/初始化時(shí) write_data(0x8e,0x80); /打開(kāi)寫(xiě)保護(hù)。void gettime() /單片機(jī)從ds1302讀取的時(shí)間數(shù)據(jù) current_time0=read_data(0x81); current_time1=read_data(0x83); current_time2=read_data(0x85);void int0() interrupt 0 /中斷函數(shù) if(k1=0) /小時(shí)調(diào)整 adjust_flag=1; /正在調(diào)整current_time2=(current_time2+1)%24; else if(k2=0) /分鐘調(diào)整 adjust_flag=1; /正在調(diào)整current_time1=(current_time1+1)%60; else if(k3=0) /確定 set_1302(); /將調(diào)整后的時(shí)間寫(xiě)入ds1302adjust_flag=0; /結(jié)束調(diào)整，時(shí)間繼續(xù)正常顯示 void main() /主函數(shù) uchar i; IE=0X81; /開(kāi)總中斷，同時(shí)開(kāi)外部定時(shí)器0中斷 while(1) if(adjust_flag=0) gettime();/掃描按鍵，當(dāng)按鍵沒(méi)有被按下時(shí)，單片機(jī)從ds1302讀取時(shí)間數(shù)據(jù) display_code0=duan_codecurrent_time2/10;/小時(shí)為的十位 display_code1=duan_codecurrent_time2%10;/小時(shí)位的個(gè)位 display_code3=duan_codecurrent_time1/10;/分鐘位的十位 display_code4=duan_codecurrent_time1%10;/分鐘為的個(gè)位 display_code6=duan_codecurrent_time0/10;/秒位的十位 display_code7=duan_codecurrent_time0%10;/秒位的個(gè)位 for(i=0;i8;i+) /對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描 P2=bit_codei;P0=display_codei;delayms(5); 5 心得體會(huì) 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我們對(duì)單片機(jī)的了解有了更加深一步，我發(fā)現(xiàn)只有動(dòng)手做才會(huì)孰能技巧，還有對(duì)材料的整理和理解。這次設(shè)計(jì)運(yùn)用到的知識(shí)很多方面，尤其是單片機(jī)，像AT89C51，引腳多，硬件內(nèi)部線路接通，所以用起來(lái)很方便，還有ds1302芯片與單片機(jī)之間的連接，以及如入使用ds1302芯片。當(dāng)然也要對(duì)這些元器件作相應(yīng)調(diào)查。主要就是電路原理圖，還有對(duì)引腳的作用熟悉。對(duì)于軟件方面則是靈活運(yùn)用單片機(jī)有關(guān)的程序語(yǔ)言，還有很多擴(kuò)展功能，由于知識(shí)匱乏，但是理論知識(shí)還是比較詳細(xì)的。我們最大的成功之處是在這整個(gè)過(guò)程，動(dòng)腦尋求解決一個(gè)一個(gè)問(wèn)題的辦法，對(duì)程序是不斷思索，務(wù)必寫(xiě)出很簡(jiǎn)單的程序來(lái)，使得電子時(shí)鐘能做成功！6 參考文獻(xiàn) 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第二版） 清華大學(xué)出版社 新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程 電子工業(yè)出版社 單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)