淮陰工學(xué)院多功能電子鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、目 錄1課題綜述11.1 課題來源11.2 課題目的11.3 面對(duì)的問題11.4 需要解決的關(guān)鍵技術(shù)12系統(tǒng)分析12.1 涉及的基礎(chǔ)知識(shí)12.2 解決的基本思路23設(shè)計(jì)方案23.1 總體設(shè)計(jì)23.2 硬件設(shè)計(jì)33.3 軟件設(shè)計(jì)53.3 結(jié)果分析74設(shè)計(jì)代碼75總結(jié).196致謝.207參考文獻(xiàn).211課題綜述1.1 課題來源電子鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示秒、分、時(shí)的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而電子鐘得到廣泛應(yīng)用。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場(chǎng)合可以看到數(shù)字電子鐘。1.2 課題目的設(shè)計(jì)了一種基于STC公司的STC10F08XE單片機(jī)

2、，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302提供當(dāng)前日期和時(shí)間數(shù)據(jù)，并將實(shí)時(shí)的日期數(shù)據(jù)字符型液晶顯示器LCD上顯示，本次設(shè)計(jì)的多功能數(shù)字鐘采用數(shù)字電路對(duì)日期進(jìn)行控制設(shè)置，我們采用以24小時(shí)的計(jì)時(shí)方式在LCD上顯示，根據(jù)LCD顯示原理進(jìn)行顯示，定時(shí)器計(jì)數(shù)。在本次設(shè)計(jì)中，電路具有顯示日期、時(shí)間、星期的基本功能，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的調(diào)整。之所以選擇這個(gè)芯片，是因?yàn)镾TC 單片機(jī)降低成本，提升性能，原有程序直接使用,硬件無需改動(dòng)。并且其抗干擾性強(qiáng),加密性強(qiáng),超低功耗,可以遠(yuǎn)程升級(jí),內(nèi)部有專用復(fù)位電路,價(jià)格也較便宜,一般的利用STC系列的單片機(jī)芯片加上一些外圍的供電電路，復(fù)位電路，下載電路，特定功能電路等就能實(shí)現(xiàn)特定的功能

3、。由于這些特點(diǎn)使得 STC 系列單片機(jī)的應(yīng)用日趨廣泛。1.3 面對(duì)的問題 要求該電路具有顯示日期、時(shí)間、的基本功能，還可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的調(diào)整，并且能夠顯示星期。1.4 需要解決的關(guān)鍵技術(shù)具有時(shí)間顯示和手動(dòng)校對(duì)功能；具有年、月、日顯示和手動(dòng)校對(duì)和切換功能；具有顯示當(dāng)前星期的功能。通過DS1302芯片來控制整個(gè)時(shí)鐘電路的萬年歷計(jì)時(shí)功能。3系統(tǒng)分析3.1 涉及的基礎(chǔ)知識(shí)3.1.1 單片機(jī)介紹單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接

4、口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller），它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段。STC單片機(jī)完全兼容51單片機(jī),并有其獨(dú)到之處,其抗干擾性強(qiáng),加密性強(qiáng),超低功耗,可以遠(yuǎn)程升級(jí),內(nèi)部有專用復(fù)位電路,價(jià)格也較便宜,由于這些特點(diǎn)使得 STC 系列單片機(jī)的應(yīng)用日趨廣泛。

5、本文設(shè)計(jì)了一種基于STC公司的STC10F08XE單片機(jī)，使用Dallas的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302提供當(dāng)前日期和時(shí)間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在顯示器LCD上顯示，本次設(shè)計(jì)的電子鐘采用數(shù)字電路對(duì)日期進(jìn)行控制設(shè)置，我們采用LCD顯示，以24小時(shí)的計(jì)時(shí)方式，根據(jù)LCD顯示原理進(jìn)行顯示，定時(shí)器計(jì)數(shù)。在本次設(shè)計(jì)中，電路具有顯示日期、時(shí)間、的基本功能，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的調(diào)整和切換。2.1.2 DS1302芯片介紹DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài)RAM 通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒分時(shí)日日期月年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自

6、動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24 或12 小時(shí)格式DS1302 與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線1 RES 復(fù)位2 I/O 數(shù)據(jù)線3 SCLK串行時(shí)鐘時(shí)鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信DS1302 工作時(shí)功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。3.2 解決的基本思路 按照勾畫出的電路圖正確焊接電路板上的器件，待檢測(cè)過硬件正確工作后，進(jìn)行軟件代碼的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)代碼是通過COM和相關(guān)軟件把代碼程序輸入到單片機(jī)芯片中。待全部完成后，繼續(xù)進(jìn)行調(diào)試。4設(shè)計(jì)方案4.1 總體設(shè)計(jì)采用單片機(jī)DS1302芯片以及相關(guān)的芯片來

7、實(shí)現(xiàn)電子鐘。該設(shè)計(jì)選用Dallas的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302提供當(dāng)前日期和時(shí)間數(shù)據(jù),并將實(shí)時(shí)的日期數(shù)據(jù)在顯示器LCD上顯示出來。本次設(shè)計(jì)的電子鐘采用數(shù)字電路對(duì)日期進(jìn)行控制設(shè)置，我們以24小時(shí)的計(jì)時(shí)方式，根據(jù)LCD顯示原理進(jìn)行顯示，定時(shí)器計(jì)數(shù)。在本次設(shè)計(jì)中，電路具有顯示日期、時(shí)間、的基本功能，還可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的切換和調(diào)整。系統(tǒng)采用USB2.0接口給系統(tǒng)傳輸電，采用COM口給單片機(jī)輸入相應(yīng)的代碼程序。該系統(tǒng)不但接口設(shè)計(jì)簡單、便于控制,而且具有很好的人機(jī)界面,可以通過幾個(gè)按鍵對(duì)當(dāng)前的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整,并且通過切換按鍵可以獲得相應(yīng)的年，月、日，時(shí)、分，星期、秒等功能。其原理框圖如下圖3.1所示：串

8、行通信接口電路LCD顯示 時(shí)鐘電路STC89C52單片機(jī)供電電路電壓轉(zhuǎn)換電路鍵盤控制電路圖3.1 電子鐘原理框圖4.2 硬件設(shè)計(jì)3.2.1 DS1302時(shí)鐘電路DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月、年，一個(gè)月小于31天時(shí)可自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.55.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力，因此廣泛應(yīng)用于測(cè)量系

9、統(tǒng)中。DS1302是由DS1202改進(jìn)而來的，增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)，Vcc1為課編程涓流充電電源，附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器。它廣泛應(yīng)用于電話、傳真、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。其外部引腳分配圖及應(yīng)用電路原理圖如下面兩幅圖所示：圖3.2 DS1302的外部時(shí)鐘引腳分配圖3.3 DS1302應(yīng)用電路原理圖3.2.2 串行接口連接電路MAX232是電壓轉(zhuǎn)換芯片，將TTL電平轉(zhuǎn)換成可以和電腦串口匹配的電壓。DB9通過下載線纜與電腦連接，可以將程序下載到單片機(jī)上。圖3.4 串行通信接口電路3.2.3按鍵電路本次設(shè)計(jì)中用到了按鍵電路，通過低電平選中，以便來控制時(shí)，

10、分，秒，年，月，日的調(diào)整以及切換。其電路如圖所示：圖3.5 按鍵控制電路3.2.4 LCD顯示電路本設(shè)計(jì)中會(huì)將時(shí)分秒，年月日以及星期的設(shè)置，全部都會(huì)顯示到LCD上面，用的是0到9十個(gè)數(shù)字。其原理圖如下圖所示：圖3.6 LCD顯示電路3.3 軟件設(shè)計(jì)3.3.1軟件內(nèi)容本次設(shè)計(jì)選擇的軟件主要是Keil。 Keil公司成立于1986年，主要開發(fā)、制造和銷售嵌入式8051、251、ARM、XC16x/C16x/ST10等微控制器軟件開發(fā)工具，提供ANSI C編譯器、宏匯編程序、實(shí)時(shí)管理、調(diào)試和模擬器、綜合評(píng)估板等。Keil公司的uVision把編輯、編譯、鏈接和仿真等模式打包成集成開發(fā)環(huán)境，當(dāng)然其集成

11、的C51編譯器肯定跟Franklin公司的相關(guān)模塊肯定有交叉性，uVision還包含項(xiàng)目管理和調(diào)試器等非常有用的功能。而軟件仿真部分就用的是仿真軟件PROTUES。PROTUES軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞，是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC

12、33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。在PROTUES繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程。PROTUES 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。 PROTUES不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。這在相當(dāng)程度上

13、替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測(cè)、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。3.3.2設(shè)計(jì)流程本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序設(shè)計(jì)和日歷日期數(shù)據(jù)子模塊程序、按鍵控制子模塊程序和LCD顯示子模塊程序設(shè)計(jì)等。主程序主要完成器件的初始化,并判斷有無按鍵按下,并根據(jù)判斷的結(jié)果調(diào)用相應(yīng)的子模塊程序；日歷日期數(shù)據(jù)子模塊程序完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、處理和保存,按鍵處理子模塊程序完成日期的設(shè)置,而LCD顯示子模塊只要把上述子模塊儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)送去顯示即可。對(duì)時(shí)鐘芯片的操作主要包括2個(gè)方面:一是將芯片中的日期等數(shù)據(jù)讀出來,二是在進(jìn)行日期等設(shè)置時(shí)將設(shè)置的數(shù)據(jù)寫入芯片,這也是按鍵處理時(shí)的主要內(nèi)

14、容。無論是讀數(shù)據(jù)還是寫數(shù)據(jù),都要滿足DS1302 對(duì)時(shí)序的要求。而對(duì)芯片各個(gè)數(shù)據(jù)部分的訪問是通過地址進(jìn)行的,且讀和寫的地址不一樣。讀出的數(shù)據(jù)同樣要轉(zhuǎn)為ASC II碼,然后儲(chǔ)存起來,等待送去顯示。系統(tǒng)總的流程圖如下圖所示：開始初始化N 按鍵按下 日歷日期數(shù)據(jù)處理Y LCD顯示按鍵控制時(shí)間日期的修改按鍵掃描圖3.7 主程序流程3.3 結(jié)果分析第一，通過USB接口給單片機(jī)上電，打開單片機(jī)開關(guān)，首先觀察單片機(jī)電源指示燈是否亮。按照如上步驟，我們的電子鐘電源燈是亮的，這說明系統(tǒng)能夠正常供電。第二，顯示電路的調(diào)試檢查它與單片機(jī)的連線：設(shè)計(jì)是RS接的P07口，要保證它為高電平。EN接口接單片機(jī)的P05端，也

15、要保證它為高電平；讀寫信號(hào)低電平有效；編寫一段顯示程序，燒錄到單片機(jī)看是否能正常顯示。很遺憾的是我們的單片機(jī)打開開關(guān)后還是只有電源指示燈亮，后來我們發(fā)現(xiàn)是我們代碼編寫錯(cuò)誤。4設(shè)計(jì)代碼/* P0位選,P1段選*/#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DR1=P10;sbit DR2=P11;sbit DR3=P12;sbit DR4=P13;sbit key1=P14;sbit key2=P15;sbit key3=P16;sbit key4=P17;sbit ACC0=ACC0;sbit ACC7=AC

16、C7;sbit sclk=P32;sbit io=P33;sbit rst=P34; uchar m=0;uchar sec =0x00, min =0x00, hour =0x00, day =0x31, month=0x12, week =0x05, year =0x10;uchar min_temp =00, hour_temp=00;uchar code table12= 0x14,0xd7,0x4c,0x45,0x87, 0x25,0x24,0x57,0x04,0x05 ;void delay(uint x)uint i,j;for(i=x;i0;i-)for(j=114;j0;j-

17、);void write_ds1302byte(uchar dat)uchar i;ACC=dat;for(i=8;i0;i-)io=ACC0;sclk=0;sclk=1;sclk=0;ACC=ACC1; uchar read_ds1302byte()uchar i;for(i=8;i0;i-)ACC=ACC1;ACC7=io;sclk=1;sclk=0;return ACC; void write_ds1302(uchar addr,uchar dat)rst=0;sclk=0;delay(1);rst=1;write_ds1302byte(addr);write_ds1302byte(da

18、t);rst=0;sclk=1;uchar read_ds1302(uchar addr)uchar da;rst=0;sclk=0;rst=1;write_ds1302byte(addr);da=read_ds1302byte();rst=0;sclk=1;return da;void init_ds1302() write_ds1302(0x8e,0x00);/寫保護(hù)關(guān)write_ds1302(0x80,sec);/寫秒,十進(jìn)制初值write_ds1302(0x82,min);/分write_ds1302(0x84,hour);/時(shí)write_ds1302(0x86,day);/daywr

19、ite_ds1302(0x88,month);/monthwrite_ds1302(0x8a,week);/weekwrite_ds1302(0x8c,year);/yearwrite_ds1302(0x90,0x00);/渦流write_ds1302(0x8e,0x80);/寫保護(hù)開void display_year() uchar shi,ge; year=read_ds1302(0x8d);ge=year&0x0f; shi=(year4)&0x07; DR4=0;P0=tablege;delay(4); DR4=1;DR3=0;P0=tableshi;delay(4); DR3=1;

20、DR2=0;P0=0x14;delay(4); DR2=1;DR1=0;P0=0x4c;delay(4); DR1=1;void display_month_day() uchar shi,ge; day=read_ds1302(0x87);ge=day&0x0f; shi=(day4)&0x07;DR4=0;P0=tablege;delay(4); DR4=1;DR3=0;P0=tableshi;delay(4); DR3=1;month=read_ds1302(0x89);ge=month&0x0f; shi=(month4)&0x07; DR2=0;P0=tablege;delay(4)

21、; DR2=1;DR1=0;P0=tableshi;delay(4); DR1=1;void display_hour_min() uchar shi,ge; min=read_ds1302(0x83);ge=min&0x0f; shi=(min4)&0x07;DR4=0;P0=tablege;delay(4); DR4=1;DR3=0;P0=tableshi;delay(4); DR3=1; hour=read_ds1302(0x85);ge=hour&0x0f; shi=(hour4)&0x07; DR2=0;P0=tablege;delay(4); DR2=1;DR1=0;P0=tabl

22、eshi;delay(4); DR1=1; void display_week_sec() uchar shi,ge; week=read_ds1302(0x8b);ge=week&0x0f; shi=(week4)&0x07;DR2=0;P0=tablege;delay(4); DR2=1;DR1=0;P0=tableshi;delay(4); DR1=1; sec=read_ds1302(0x81);ge=sec&0x0f; shi=(sec4)&0x07; DR4=0;P0=tablege;delay(4); DR4=1;DR3=0;P0=tableshi;delay(4); DR3=1

23、; void main() /主程序；uchar i;uchar temp1,temp2; uchar flag=0x00;for(i=0;i=24) hour_temp=0;temp1=hour_temp%10;/個(gè)位temp2=hour_temp/10;/十位temp1=(temp2&0x03)=60) min_temp=0;temp1=min_temp%10;/個(gè)位temp2=min_temp/10;/十位temp1=(temp2&0x07)4)|temp1; write_ds1302(0x82,temp1); while(!key4); switch(m) case 0: displa

24、y_year();break; case 1: display_month_day();break; case 2: display_hour_min(); break;case 3: display_week_sec();break;總結(jié)在本次設(shè)計(jì)中，我們最終完成本次課程設(shè)計(jì)的基本要求及功能，將年月日以及時(shí)間在LCD上顯示出來，并且能夠通過按鍵對(duì)顯示的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整控制等功能。但由于時(shí)間倉促和我們自身水平有限，對(duì)于在掉電模式下，不讓電子鐘時(shí)間恢復(fù)默認(rèn)值，而是讓電子鐘的時(shí)間繼續(xù)走，我們沒有完成按鍵對(duì)其的控制和調(diào)整，很遺憾。并且對(duì)于電路的可靠性，穩(wěn)定性等參數(shù)還未做過詳細(xì)的測(cè)試。并在此基礎(chǔ)了對(duì)系統(tǒng)功能作出星期設(shè)置的擴(kuò)展。在設(shè)計(jì)開始前老師先給我們動(dòng)員，并且教會(huì)我們通過軟件繪制電路圖，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作，設(shè)計(jì)過程中，并且在老師的指導(dǎo)下，在實(shí)驗(yàn)室?guī)孜煌瑢W(xué)耐心的幫助下，我們組的成員相互協(xié)調(diào)，我焊接了一部分電路，并且在同學(xué)幫助下，從參考文獻(xiàn)中參考了本