綜合課程設計基于DS1302的多功能數(shù)字時鐘

1、hubei normal university綜合課程設計（一）integrated curriculum design（1）所在院系教育信息與技術學院專業(yè)名稱信息工程班級1403題目基于ds1302的多功能數(shù)字時鐘指導教師完成時間2015年 12 月28日 基于ds1302的多功能數(shù)字時鐘設計1 設計目的（1）掌握單片機芯片stc89c51的基本功能和使用。（2）熟悉proteus仿真軟件的使用，了解各元件的功能及作用。（3）了解時鐘芯片ds1302的基本知識，了解溫度傳感器ds18b20的基本使用。（4）提高數(shù)字電子電路的綜合應用能力。（5）掌握keil軟件的使用方法，以及如何創(chuàng)建文件和編

2、寫程序。（6）提高焊接能力以及實際問題分析能力。2 設計思路時間，對人們來說是非常寶貴的，準確的掌握時間和分配時間對人們來說至關重要。因此自從時鐘發(fā)明的那刻起，就成為人類的好朋友。隨著時間的流逝，科學技術的不斷發(fā)展和提高，人們對時間計量的精度要求越來越高，應用越來越廣。怎樣讓時鐘更好、更方便、更精確的顯示時間，這就要求人們不斷設計研發(fā)出新型的時鐘。高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石英表，石英鐘都采用了石英技術，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)校。數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用led顯示器代替指針進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表

3、具有時，分，秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎。在單片機的應用系統(tǒng)中，時鐘有兩個方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準振蕩定時信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標準定時時鐘，即定時時間，它通常有兩種實現(xiàn)方法：一是用軟件實現(xiàn)，即用單片機內(nèi)部的可編程定時器/計數(shù)器來實現(xiàn)；二是用專門的時鐘芯片實現(xiàn)。多功能數(shù)字時鐘將萬年歷、時鐘與溫度計結合，設計和制作了一款具有推廣價值的多功能數(shù)字時鐘。3方案論證3.1單片機芯片的選擇方案和論證：方案一: 采用stc89c5

4、2芯片作為硬件核心。stc89c52內(nèi)部具有8kb rom 存儲空間,512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間，帶有2k字節(jié)的eeprom存儲空間，與mcs-51系列單片機完全兼容,stc89c52可以通過串口下載。方案二:采用at89s52。at89s52片內(nèi)具有8k字節(jié)程序存儲空間，256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲空間沒有eeprom存儲空間，也與mcs-51系列單片機完全兼容，具有在線編程可擦除技術。兩種單片機都完全能夠滿足設計需要，stc89c52相對ats89c52價格便宜，且抗干擾能力強?？紤]到成本因素，因此選用stc89c52。 3.2 顯示模塊選擇方案和論證：方案一：采用點陣式數(shù)碼管顯示。點陣式數(shù)碼管是由八

5、行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費,且也相對較高,所以不用此種作為顯示。方案二：采用led數(shù)碼管動態(tài)掃描。led數(shù)碼管價格便宜,對于顯示數(shù)字最合適,但功耗較大，且顯示容量不夠，所以也不用此種方案。方案三：采用lcd液晶顯示屏。液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字，顯示多樣,清晰可見,且價格適中，所以采用了lcd數(shù)碼管作為顯示。3.3 時鐘芯片的選擇方案和論證：方案一：直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序實現(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大。所以不采用此方案。方案二：采用ds13

6、02時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，ds1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，而且精度高,工作電壓2.5v5.5v范圍內(nèi)，2.5v時耗電小于300na。 3.4 電路設計最終方案決定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用stc89c52單片機作為主控制系統(tǒng);采用ds1302作為時鐘芯片;采用1602 lcd液晶作為顯示器件，擴展模塊為ds18b20溫度模塊。4 設計過程4.1硬件設計電路以stc89c52單片機最小系統(tǒng)為控制核心，時鐘電路由高精度低功耗的ds1302提供，采用三線接口與cpu進行同步通信，輸入部分采用四個獨立式按鍵s1、s2、s

7、3、s4。1602液晶顯示部分，d0d7口與單片機p0口相連,溫度模塊主要由ds18b20溫度傳感器構成。具體框圖如圖1所示。lcd液晶顯示鍵盤ds1302時鐘芯片ds18b20溫度采集stc89c52控制器圖1 系統(tǒng)框圖（1）單片機控制模塊采用stc89c52芯片作為硬件核心。stc89c52內(nèi)部具有8kb rom 存儲空間,512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間，帶有2k字節(jié)的eeprom存儲空間，與mcs-51系列單片機完全兼容,stc89c52可以通過串口下載，實現(xiàn)功能完全，性價比較高，更適合本設計。具體電路如圖2所示。圖2stc89c52是stc公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有

8、 8k 在系統(tǒng)可編程flash存儲器。stc89c52使用經(jīng)典的mcs-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得stc89c52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。內(nèi)含8k字節(jié)flash，512字節(jié)ram，32位i/o口線，看門狗定時器，內(nèi)置4kb eeprom，max810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口。另外 stc89c52 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式

9、下，cpu 停止工作，允許ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35mhz，6t/12t可選。最小系統(tǒng)是指能進行正常工作的最簡單電路。它包含五個電路部分：電源電路、時鐘電路、復位電路、片內(nèi)外程序存儲器選擇電路、輸入/輸出接口電路。其中電源電路、時鐘電路、復位電路是 保證單片機系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的三部分電路，缺一不可。電源電路 芯片引腳vcc一般接上直流穩(wěn)壓電源+5v，引腳gnd接電源+5v的負極，電源電壓范圍在45.5之間，可保證單片機系統(tǒng)能正常工作。時鐘電路 單片機引腳1

10、8和引腳19外接晶振及電容，stc89c 52芯片的工作頻率可在233mhz范圍之間選，單片機工作頻率取決于晶振xt的頻率，通常選用11.0592mhz晶振。兩個小電容通常取值30pf，以保證振蕩器電路的穩(wěn)定性及快速性。復位電路 一般若在引腳rst上保持24個工作主頻周期的高電平，單片機就可以完成復位，但為了保證系統(tǒng)可靠地復位，復位電路應使引腳rst保持10ms以上的高電平。如圖復位電路帶有上電自動復位功能，當電路上電時，由于c1電容兩端電壓值不能突變，電源+5v會通過電容向rst提供充電電流，因此在rst引腳上產(chǎn)生一高電平，使單片機進入復位狀態(tài)。隨著電容c1充電，它兩端電壓上升使得rst電位

11、下降，最終使單片機退出復位狀態(tài)。正常運行時，可按復位按鈕對單片機復位。圖3 單片機控制模塊（2）時鐘電路采用ds1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，ds1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，而且精度高,工作電壓2.5v5.5v范圍內(nèi)，2.5v時耗電小于300na。圖4 時鐘電路（3）復位電路單片機小系統(tǒng)常采用上電自動復位和手動按鍵復位兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復位操作。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。手動復位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，用按鈕開關操作使單片機復位。其結構如下圖4所示。上電自動復位通過電容c5充電來實現(xiàn)。手動按鍵復位

12、是通過按鍵將電阻r5與vcc接通來實現(xiàn)。圖5 復位電路（4）顯示部分設計用液晶屏 lcd1602 分兩行顯示“ 年、月、日、周日、時、分、秒 ”，如圖5所示。圖6 1602顯示模塊（5）按鍵控制部分設計共4個獨立按鍵：s1：功能鍵。用來選擇要更改的項目（年、月、日、周日、時、分、秒）。s2：加數(shù)鍵。按1下則數(shù)值加1。s3：減數(shù)鍵。按1下則數(shù)值減1。s4：鬧鐘鍵。進入鬧鐘模式。下圖為鍵盤電路圖6所示。圖7 鍵盤模塊溫度模塊設計 圖8 溫度模塊4.2系統(tǒng)軟件程序設計（1）主程序：lcd1602初始化，鬧鈴響應，檢測是否有按鍵按下，有按鍵按下則記錄按下鍵的鍵值，并跳轉至功能轉移程序；無按鍵按下，則返

13、回鍵盤掃描程序繼續(xù)檢測。（2）lcd1602顯示子程序：lcd1602初始化函數(shù)，lcd讀寫操作子程序，接受mcu的指令與數(shù)據(jù)，完成顯示功能。（3）ds1302讀寫子程序：根據(jù)檢測到的相應按鍵值對ds1302進行讀寫操作，完成年、月、日、星期、時、分、秒等數(shù)據(jù)的更改和傳輸。（4）鍵盤掃描子程序：將mcu的i/o口與按鍵相連，通過不斷的檢測該i/o口是否變?yōu)榈碗娖?，當檢測到低電平時說明按鍵被按下，執(zhí)行相應的指令。（5）溫度檢測子程序：接受溫度傳感器ds18b20的數(shù)據(jù)，4.2.2主程序模塊圖9 主程序流程圖4.2.3按鍵子程序模塊s1 圖10 按鍵子程序流程圖（以s2為例）5電路仿真與結果分析5

14、.1電路仿真圖11 這是正常顯示狀態(tài)（未設定鬧鐘）圖12 鬧鐘設置狀態(tài)圖13 鬧鈴設置成功5.2結果分析 由于是第一次做課程設計，同時也是第一次寫這么綜合的程序，所以在調(diào)試過程中遇到很多問題，一部分是關于ds1302與1602的硬件特點以及在硬件的基礎之上驅動程序的調(diào)用，這里主要是網(wǎng)上找資料去學會調(diào)用與編寫，主要是通過網(wǎng)上視頻教學；另一部分是自己做的硬件存在很多誤差。在仿真與實物圖之間還是存在一定差距，需要細心的焊接和調(diào)試等操作。6設計體會通過本次課程設計，使我加深了對單片機的認識，并且熟悉了單片機系統(tǒng)的設計流程，收獲豐碩。功能上基本達標：時鐘與鬧鐘的顯示，調(diào)時間和鬧鐘功能以及鬧鐘鳴叫功能。時

15、鐘與鬧鐘顯示功能，精確度完全可以滿足日常生活顯示時間的需要；調(diào)時間與鬧鐘功能，方便快捷。硬件設施基本合乎要求，軟件設計可以配合硬件實現(xiàn)其功能。技術在不斷進步，機械式時鐘已經(jīng)被淘汰，取而代之的是具有高度準確性和直觀性且無機械裝置，具有更長的使用壽命等優(yōu)點的電子時鐘。電子時鐘更具人性化，更能提高人們的生活質量，更受人們歡迎。機械時代已經(jīng)遠去，電子時代已經(jīng)到來。做為新時代的我們，更應該提高自身能力，適應新時代的發(fā)展。知識來自實踐，多從生活中探尋所需要的。從這次的論文設計中，我真正的體會到，知識的重要性，特別是要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識運用到實際生活當中，要用知識改變一切。參考文獻1程國鋼、

16、陳躍琴、崔荔蒙. 51單片機典型模塊開發(fā)查詢手冊. 電子工業(yè)出版社.2012年5月第1 版。2郭天祥.51單片機c語言教程，電子工業(yè)出版社2009年12月第一版。3康華光.電子技術基礎，高等教育出版社.第五版。附件完整電路部分程序：#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit rs=p23; /寄存器選擇sbit rw=p21; /讀寫信號線sbit lcden=p21; /led使能端sbit scl=p15; /時鐘線sbit rst=p17; /復位線sbit io=p16; /數(shù)據(jù)口

17、sbit key_set_time=p30; /設置時間鍵sbit key_add=p31; /加鍵sbit key_minus=p32; /減鍵sbit key_set_alarm=p33; /設置鬧鐘鍵sbit bee=p24; /蜂鳴器接口sbit dq=p25; /ds18b20測溫uchar gettimebuf8;/存放時間數(shù)據(jù)uchar time= : : ;/時間格式字符串uchar date=20 - - ;/日期格式字符串uchar weeklist=sunmontuewedthufrisat;/星期字符列表uchar week= ;/星期格式字符串int count;/設定秒分時日月星期年的時候count的值分別為1235647int alarm;/是否進入鬧鐘設置界面 123分別代表開關 分 小時的設置int isopen;/鬧鐘是