基于單片機的電子時鐘設計

1、電子設計題 目： 基于單片機的電子時鐘設計學 院xxx專 業(yè)xxx班 級xxx學號xxx學生姓名xxx 2012年6月27日摘要：隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術已經普及到我們生活，工作，科研，各個領域，已經成為一種比較成熟的技術。單片計算機即單片微型計算機。（single-chip microcomputer ）,是 cpu ,ram ,rom ,定時，計數和多種接口于一體的微控制器。他體積小，成本低，功能強，廣泛應用于智能產品和工業(yè)自動化上。而51單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。這次課程設計通過對它的學習，應用，從而達到學習、設計、開發(fā)軟、硬的能力。本文將介紹一種基于單片機控

2、制的電子時鐘設計，時間可由鍵盤調整。主要用到的芯片有單片機stc89c52.液晶1602lcm模塊.時鐘芯片pcf8563等。關鍵詞：單片機，1602lcm模塊，pcf8563， stc89c52引言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中電子時鐘就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設施就需要從數單片機技術入手，一切向著數字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設計主要實現按鍵實現時鐘校準時間與鬧鐘設置及倒計時的功能。系統由at89c51、lcd1602液晶顯示、按鍵等部分構成，能實現

3、時間的調整、定時時間的設定，輸出等功能。目錄一.設計思路.41.1設計方案及其總體設計框圖41.2實時時鐘設計系統流程圖4二 系統總體方案及硬件設計.52.1、單片機小系統的基本組成及其選擇.52.1.1單片機電源.時鐘電路.復位電路62.1.2 按鍵電路.實時時鐘電路.lcm模塊電路.72.1.3 總電路圖.72.1.4 開發(fā)板實物圖.82.2主要芯片及其功能.92.2.1 at89s52.92.2.2 pcf8563時鐘芯片簡介92.2.3 1602液晶顯示屏.15三、系統軟件程序的設計（見附錄）：153.1主程序流程圖153.2pcf8563流程圖.16四、系統調試：keil編程16五、

4、電子設計心得體會：.17參考文獻.17附錄：程序清單及其注釋：.18一.設計思路：設計方案及其總體設計框圖復位電路時間按鍵調整電路時鐘電路顯示實時時鐘電路實時時鐘設計系統流程圖開始設置pcf8563初始時間復電標志為復電？初始化讀pcf8563定時到？采集信息存數據接通iic信息上傳掉電標志為掉電？成功？校時？寫pcf8563清除復位讀8563存時間清除掉電標志讀pcf8563存時間接通iic時間上傳進入睡眠狀態(tài)上傳成功？二、應用系統的硬件設計1、單片機小系統的基本組成及其選擇（1）單片機單片機選型參考 at89s51、at89s52 ：具備isp下載功能 ，可以使用usbasp程序下載線或者

5、并口下載 stc89c51、stc89c52：使用串口線+max232燒寫程序。 at89c51、at89c52 ：可以在最小系統板上使用，但需要另外用編程器燒寫程序 本次課程設計選用stc89c52型號單片機進行操作。stc89c52是一個低功耗，高性能cmos 8位單片機，片內含8k bytes isp(in-system programmable)的可反復擦寫1000次的flash只讀程序存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準mcs -51指令系統及80c51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲單元，功能強大的微型計算機的stc

6、89c52可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。 具有如下特點：40個引腳，8k bytes flash片內程序存儲器，256 bytes的隨機存取數據存儲器（ram），32個外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器,2個 全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內時鐘振蕩器。 at89s52引腳圖 此外，at89s52設計和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，cpu暫停工作，而ram定時計數器，串行口，外中斷 系統可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存ram的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位

7、。同時該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三 種封裝形式，以適應不同產品的需求。 stc89c52引腳圖 此外，stc89c52設計和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過軟件設置省電模式。空閑模式下，cpu暫停工作，而ram定時計數器，串行口，外中斷 系統可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存ram的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三 種封裝形式，以適應不同產品的需求。（2）.電源（3）、時鐘電路石英晶振電路結構原理如右圖所示int8563接單片機的p36引腳 （4）、復位電路 （5.）時間按鍵調整電路，如右圖電路結構原理如右圖所示

8、采用2*8按鍵掃描法。 （6）.實時時鐘電路 電路結構原理如右圖所示 （8）.lcm模塊電路結構原理如右圖： （9）總電路原理圖：2主要芯片及其功能at89s52（1）at89s52各引腳及i/o口介紹 p0口也可用做訪問片外數據存儲器和程序存儲器時的低8位地址/數據總線的復用口。這種情況下，p0口內含上拉電阻。在flash編程時，p0口輸入代碼數據；在flash校驗時，p0口輸出代碼數據。在進行編程校驗時，需外接10k的上拉電阻。p1口8位、雙向i/o口，內含上拉電阻。p1口為用戶使用的通用i/o口，每個引腳可驅動4個ttl負載。當用做輸入時，每個端口首先置1。p1.0和p1.1引腳也用做定

9、時器2的外部計數輸入(p1.0/t2)和觸發(fā)器輸入(p1.1/t2dx)。在編程和校驗期間，p1口可輸入低字節(jié)地址。 p2口8位、雙向i/o口，內部具有上拉電阻。p2口可用做通用i/o，可以驅動4個ttl負載。對p2口各位寫入1，可作為輸入。每個引腳由外部負載拉為低電平時，經由內部上拉電阻向外輸出電流。在訪問16位地址的外部程序存儲器和數據存儲器時，p2口提供高8位地址。用movx dptr類指令訪問外部數據存儲器時,p2口為高8位地址(即pch)；用movx r0和movx r1類指令訪問外部數據存儲器時，p2口上的內容是sfr p2的內容。在編程和校驗時，p2口接收地址線的高位和一些控制信

10、號。p3口8位、雙向i/o口，內部含有上拉電阻。 p3口可用做通用i/o口，可驅動4個ttl負載。當用做輸入熟，要先將p3口各位置如外部負載將p3口拉低，則經過上拉電阻向外輸出電流。在編程和校驗時，p3口接收某些控制信號。 地址鎖存允許/編程脈沖輸入。 外部程序存儲器讀選通，低電平有效。 片外程序存儲器訪問允許。 xtal1和xtal2xtal1是片內振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器的輸入端，xtal2是片內振蕩器反相放大器的輸出端。pcf8563時鐘芯片簡介（1）、概述pcf8563是plilips公司生產的低功耗的cmos實時時鐘日歷芯片，它提供一個可編程時鐘輸出，一個中斷輸出和掉電檢測器，所

11、有的地址和數據通過i2c總線接口串行傳遞。最大總線速400kbits/s。 每次讀寫數據后內嵌的字地址寄存器會自動產生增量。（2）pcf8563的內部結構pcf8563的外部引腳功能說明如圖所示：（3）pcf8563的工作原理pcf8563有16個位寄存器，一個可自動增量的地址寄存器，一個內置32.768khz的振蕩器，帶有一個內部集成的電容，一個分頻器用于給實時時鐘rtc提供源時鐘，一個可編程時鐘輸出，一個定時器一個報警器，一個掉電檢測器和一個400khz i2c 總線接口。所有16個寄存器設計成可尋址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用前兩個寄存器內存地址00h 01h。 用于控制寄存器和

12、狀態(tài)寄存器內存地址02h 08h， 用于時鐘計數器秒年計數器地址09h 0ch， 用于報警寄存器定義報警條件地址0dh ，控制clkout 管腳的輸出頻率地址0eh 和0fh，分別用于定時器控制寄存器和定時器寄存器秒分鐘小時日月年分鐘報警、小時報警、日報警寄存器編碼格式為bcd。星期和星期報警寄存器不以bcd格式編碼，當一個rtc寄存器被讀時所有計數器的內容被鎖存因此在傳送條件下可以禁止對時鐘日歷芯片的錯讀。（4）pcf8563的寄存器和控制命令pcf8563的寄存器如表2 pcf8563共有16個寄存器。其中00h、01h為控制方式寄存器，09h、0ch為報警功能寄存器；0dh為時鐘輸出寄存

13、器；0eh和0fh 為定時器功能寄存器；02h、08h為秒年時間寄存器；各寄存器的位描述如以下表所示。表3 控制/狀態(tài)寄存器1位描述表4 int 操作（bit ti/tp=1）表5 控制/狀態(tài)寄存器2位描述表6 af 和tf 值描述秒分鐘和小時寄存器表 7 秒/vl 寄存器位描述地址02h表8 分鐘寄存器位描述地址（03h）表9 小時寄存器位描述地址04h日星期月/世紀和年寄存器表 10 日寄存器位描述地址05h表11 星期寄存器位描述地址06h表13 月/世紀寄存器位描述地址07h表15 年寄存器位描述地址08h倒計數定時器寄存器定時器寄存器是一個位字節(jié)的倒計數定時器。它由定時器控制器中位t

14、e決定有效或無效；定時器的時鐘也可以由定時器控制器選擇其它定時器功能，如中斷產生由控制狀態(tài)寄存器控制，為了能精確讀回倒計數的數值i2c總線時鐘，scl的頻率應至少為所選定定時器時鐘頻率的兩倍。表16 定時器控制器寄存器位描述地址0eh表17 定時器時鐘頻率選擇表18 定時器倒計數數值寄存器位描述地址0fh以下是pcf8563的por時序圖石英晶片頻率調整方法(1) 定值osci 電容計算所需的電容平均值用此值的定值電容通電后在clkout 管腳上測出的頻率應為32.768khz；測出的頻率值偏差取決于石英晶片電容偏差和器件之間的偏差；平均偏差可達5分鐘/年。方法(2) osci 微調電容可通過

15、調整osci管腳的微調電容，使振蕩器頻率達到精確值，這時可測出通電時管腳clkout上的32.768khz信號。方法(3) osci 輸出直接測量管腳osci的輸出pcf8563的讀寫程序見附錄1602液晶顯示屏調用子程序設置第二行顯示位置與內容調用子程序設置第一行顯示位置與內容1602液晶顯示流程圖：延時初始化1602始三、系統軟件程序的設計（程序見附錄）初始化調用顯示子程序 是否正確 n y初次上串 n n讀出時間，初值計算，處理顯示，數據刷新 發(fā)時間轉換開始命令 主程序流程圖開始pcf8563初始化讀取時間顯示時間pcf8563流程圖四、系統調試：仿真器的介紹：keil c51是美國ke

16、il software公司出品的51系列兼容單片機c語言軟件開發(fā)系統，與匯編相比，c語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。keil提供了包括c編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部分組合在一起。運行keil軟件需要win98、nt、win2000、winxp等操作系統。如果使用c語言編程，那么keil幾乎就是不二之選，即使不使用c語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。 keil軟件的開發(fā)運用（1）keil c51單片機軟件開發(fā)系統的

17、整體結構 c51工具包的整體結構，uvision與ishell分別是c51 for windows和for dos的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用ide本身或其它編輯器編輯c或匯編源文件。然后分別由c51及c51編譯器編譯生成目標文件(.obj)。目標文件可由lib51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經l51連接定位生成絕對目標文件(.abs)。abs文件由oh51轉換成標準的hex文件，以供調試器dscope51或tscope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如eprom中。（2）使用獨立的keil仿真器時，注意事項 l 仿真器標配11.0592mhz的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。 l 仿真器上的復位按鈕只復位仿真芯片，不復位目標系統。 仿真芯片的31腳（/ea）已接至高電平，所以仿真時只能使用片內rom，不能使用片外rom；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴展有外部rom（其cpu的/ea引腳接至低電平）的目標系統中使用。 五、電子課程設計心得體會： 從這次的電子設計中，我真真正正的