課程設計(數(shù)字日歷鐘表的設計)

1、課程設計說明書（論文）課程名稱： 課程設計 1 設計題目： 數(shù)字日歷鐘表的設計院系： 班級： 設 計 者： 學號： 設計時間： 2013-6-19 哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學課程設計任務書姓名：院 （系）：專業(yè)：班號：任務起至日期：2013年5 月日至2013年 6月 19日課程設計題目：數(shù)字日歷鐘的設計已知技術參數(shù)和設計要求：1 數(shù)碼管顯示：秒、分、時（可同時顯示，也可輪換顯示）2 能夠設置時間，“設置按鍵”數(shù)量不限，以簡單合理易用為好。3 誤差：1 秒天（報告中要論述分析是否滿足要求）擴展（優(yōu)秀必作）1 設置校準鍵：當數(shù)字鐘顯示在“整點±30 秒”范圍時，按動“校準鍵”，數(shù)字鐘

2、即刻被調(diào)整到整 點，消除了±30 秒的誤差。2 加上“星期”顯示（可以預置），并可以對其進行設置。其他要求：1 按動員老師的要求、課程設計報告規(guī)范進行設計2 不允許使用時數(shù)字鐘表、日歷專用 IC 電路。3 可以使用通用器件：模擬、數(shù)字、單片機、EPLD、模塊電路等。4 設計方法不限。工作量：1.查找資料2.設計論證方案3.具體各個電路選擇、元器件選擇和數(shù)值計算4.具體說明各部分電路圖的工作原理5.繪制電路原理圖6.繪制印刷電路圖7.元器件列表8.編寫調(diào)試操作9.打印論文工作計劃安排：1.查閱資料：2.方案論證3.設計、分析、計算、模擬調(diào)試、仿真、設計原理4.撰寫報告：課程設計要求、方

3、案論證、原理論述（原理框圖、原理圖）、分析、計算、仿真，PCB 圖的設計，誤差分析、總結(jié)，參考文獻等5. 上交課程設計論文 2013-6-19同組設計者及分工：指導教師簽字 年月日教研室主任意見：教研室主任簽字 年月日*注：此任務書由課程設計指導教師填哈爾濱工業(yè)大學課程設計說明書（論文）摘 要電子鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵?，廣泛應用于各種場所。電子鐘在使用時通常掛 在高處、不便于時間的設置。本設計利用按鍵手動對時間的修改和定時功能進 行操作， 使用更為便捷，應用前景更加廣闊。系統(tǒng)電路由時鐘模塊、主控模塊、鍵盤及顯示模塊、 電源模塊組成。實時時鐘采用 DS1302 實現(xiàn)年、月、日、時、 分、

4、秒、星期等時間信息 的采集及鬧鐘功能。這樣設計的結(jié)果使電路結(jié)構(gòu)十分簡潔，各種要求能完全保證，使系 統(tǒng)電路的穩(wěn)定性得到提高。同時，它采用 C 語言對系 統(tǒng)的各功能模塊進行編程實現(xiàn),并 且系統(tǒng)具有鍵盤控制功能，方便校對時間。關鍵詞：單片機 AT89S52、 DS1302、日歷鐘一、設計要求1.1 基本要求： 數(shù)碼管顯示：秒、分、時（可同時顯示，也可輪換顯示）能夠設置時間，“設置按鍵”數(shù)量不限，以簡單合理易用為好。誤差：1 秒天（報告中要論述分析是否滿足要求）1.2 擴展要求（優(yōu)秀必作）設置校準鍵：當數(shù)字鐘顯示在“整點±30 秒”范圍時，按動“校準鍵”，數(shù)字鐘即 刻被調(diào)整到整點，消除了&#

5、177;30 秒的誤差。加上“星期”顯示（可以預置），并可以對其進行設置。二、方案2.1 方案方案1：可以利用數(shù)字邏輯電路實現(xiàn)，主要利用（74LS90）二一五一十進制異步串行 計數(shù)器，分別將個位接成十迸制計數(shù)器，十位接成六進制計數(shù)器，并將個位的輸出端(11 腳)接十位的14腳(cry)端，就構(gòu)成了60進制計數(shù)器，用2個相同的60進制計數(shù)器，分別作 為秒、分計時，并在個位和十位輸出端接上數(shù)碼管顯示。小時計數(shù)器直接采用整體反饋 清零法構(gòu)成24進制計數(shù)器。且可以利用統(tǒng)一時鐘進行校準，但對其進行設置較為困難。方案2：可以采用ds1302芯片直接實現(xiàn)，但其集成化程度較高，不適合用來作課程設 計，故在本次

6、設計中不予考慮。方案3：可以采用單片機加以實現(xiàn)，一方面這學期我們剛剛學完單片機，其定時/計數(shù) 功能完全可以用來實現(xiàn)，P0口用來控制數(shù)碼管用來顯示，P2口用來選擇控制各個數(shù)碼管， P3口可以做外圍控制信號輸入端。再利用其三個中斷可以實現(xiàn)秒、分、時、星期的設置， 還可以進行整點 ± 30秒校準。這樣就完全實現(xiàn)了課程設計的基本設計要求和擴展要求。2.2 結(jié)論：綜合考慮選擇方案三最佳。三方案原理敘述3.1 系統(tǒng)硬件電路芯片選型介紹3.1.1 AT89S52AT89S52 具有以下標準功能： 8K 字節(jié) Flas, 256 字節(jié) RAM, 32 位 I/O 口線，看門狗哈爾濱工業(yè)大學課程設計說

7、明書（論文）定時器，2 個數(shù)據(jù)指針， 三個 16 定時器/計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工 串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯作，支持 2 種軟 件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，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(jié)，單片機一切工作 停止，直到下一個中斷或硬件復位為止3.1.2 DS1302 時鐘芯片圖 1.1 單片機引腳圖DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、地功耗的實時時鐘芯片，附加 31 字節(jié) 靜態(tài) RAM，采用 SPI 三線接口與 CP

8、U 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個 字節(jié)的時鐘信號和 RAM 數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個 月小與 31 天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達 2.55.5V。采用 雙電源供電（主電源和備用電源），可設置備用電源充電方式，提供了對后背電源進 行涓細電流充電的能力。DS1302 用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點 的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與該數(shù)據(jù)的時間記錄，因此廣泛應用于測量系統(tǒng)中。圖 1.2DS1302 外部引腳分配3.2.數(shù)字日歷時鐘功能及工作原理3.2.1 數(shù)字日歷鐘功能及各模塊設計說明（1）按鍵說明：數(shù)字時鐘設置 5 個按鍵通過

9、程序控制來完成電子時鐘的計時、時間 調(diào)整及整點校正。調(diào)整時鐘時設計了星期加鍵、時加鍵、分加鍵以及秒加鍵，沒有設置 減秒減分減時鍵，可通過循環(huán)調(diào)節(jié)得到正確的調(diào)節(jié)數(shù)值。SEC 鍵調(diào)整秒；MIN 鍵調(diào)整分；HOUR 鍵調(diào)整時；WEEK 鍵設置星期；哈爾濱工業(yè)大學課程設計說明書（論文）REVISE 鍵整點校準鍵。（2）計時方案：利用 AT89C51 單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器 T0 進行中斷定時，配合軟 件延時實現(xiàn)星期、時、分、秒的計時，基本計時單元 1s。（3）顯示方案：AT89C51 的 P0 口 P0.0P0.7 八個引腳分別與 LED 的 A G 、DP段碼連接。為了節(jié)省 I/O 口線，簡化電路

10、，降低成本，采用動態(tài)顯示方式，此次設計利用 AT89C51的 P2 口 P2.0P2.7 八個引腳分別與 LED 的 1 8 引腳連接來控制各顯示器輪流選通，當延時時間小于人眼的反應差，可以使每位都顯示，從而可以得到我們所要的時間顯示。（4）時間設置方案： P1.0P1.3 端外接 4 個按鍵 SEC、MIN、HOUR、WEEK 鍵,通過外 部中斷 INT0 擴展四個中斷用以分別調(diào)整秒、分、時和星期。當上述四個鍵中的一個被按 下后，顯示器停止計數(shù)，繼續(xù)每按一下，對應位可加 1，來實現(xiàn)調(diào)整設置（其他三位設置 類似操作）。（5）整點校準方案：按 設計要求 在 當數(shù)字 鐘顯示 在“ 整點 ±

11、;30 秒 ”范 圍時 ， 按 動“ 校準 鍵 ”，數(shù) 字鐘即刻 被調(diào)整到 整點 ，消 除了 ±30 秒的 誤差 。這主要利 用外部中斷 INT1，調(diào)用校正服務子程序來實現(xiàn)校正。3.2.2 時鐘計時的基本方法利用 AT89C51 單片機的可編程定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)來實現(xiàn)時鐘計數(shù)。(1)計數(shù)初值計算:把定時器 T0 設為工作方式 1，定時時間為 50ms，則計數(shù) 溢 出 20 次即得時鐘計時最小單位秒，而計數(shù)可用軟件方法實現(xiàn)。假設使用 T/C0，方式 1，軟件設置控制字 TMOD=01H，50ms 定時，fosc=12MHz。則時鐘周期初值Tj =1212MHz= 1usX 滿足：x

12、 = 216 50ms = 155361usX=1553600111100101100003CB0H，則 TH0=3CH,TL0=0BOH。(2) 采用中斷方式進行溢出次數(shù)累計、計滿 20 次為秒計時（1 秒），就讓秒計數(shù)單元 加 1，當秒計數(shù)達到 60 時，就自動返回到 0，重新秒計數(shù)；(3) 從秒到分、從分到時和從時到星期的計時是通過累加和數(shù)值比較實現(xiàn)，即分計到60 時，時計數(shù)單元加 1，分清 0，時計到 24 時，星期加 1，時清 0。3.2.3 數(shù)字日歷時鐘的時間顯示數(shù)字日歷鐘的時鐘時間在 8 個數(shù)碼管上進行顯示，因此，在內(nèi)部 RAM 中設置顯示緩 沖區(qū)共 8 個單元，數(shù)據(jù)存放在 20

13、H-27H 內(nèi)存單元中。其中 20H、21H 單元存放秒數(shù)據(jù)，22H-23H 單元存放分數(shù)據(jù)，24H-25H 單元存放時數(shù)據(jù)，26H 單元存放間隔數(shù)據(jù),27 單元存放星期數(shù) 據(jù)。如表 2-1 所示。表 3-1 數(shù)碼管的數(shù)據(jù)存儲表LED8LED7LED6LED5LED4LED3LED2LED127H26H25H24H23H22H21H20H哈爾濱工業(yè)大學課程設計說明書（論文）星期時 十 位時 個 位分 十 位分 個 位秒 十 位秒 個 位3.2.4 數(shù)字日歷時鐘的時間校準設計要求實現(xiàn)“整點±30秒”范圍時，通過校準鍵消除誤差，則只有當分計時單 元顯示59和00時，校準鍵才會起作用。因此

14、只有滿足上述條件時，才予以校準。時間、 日期雙顯示與星期顯示電路雙顯示電路用一只LM8365同時驅(qū)動兩塊共陰顯示屏. 兩屏并 接使用, 分別用于顯示月日和時間. 核心元件LM8365是大規(guī)模專用集成電路, DIP42封裝, 電源電壓典型值為Vdd= - 6. 521 V、兩個定時輸出報警系統(tǒng); 日期和時間顯示功能. 其 功耗電流小于10 mA. LM8365的日歷顯示功能是通過其33和38腳的輸入電平變化來實現(xiàn)的. 當33腳和38腳同時接高電平( 正邏輯) 或電源正電壓時, 輸出是顯示月日的信號; 當33 腳和38腳懸空或接低電平時, 輸出是顯示時分的信號. 據(jù)此特點, 電路中用一方波信號 控

15、制33和38腳, 以高低電平變化的振蕩信號使LM8365和雙顯示屏分別工作在動態(tài)顯示輸 出的狀態(tài). 只要振蕩頻率大于25Hz, 由于人眼的視覺惰性, 看上去象固定的顯示一樣. 圖1為整體電路原理框圖, 星期顯示電路由計數(shù)譯碼顯示組成. 計數(shù)器選用CD4024, 譯 碼器用CD4511驅(qū)動共陰數(shù)碼管顯示星期. 計數(shù)器CD4024輸出為二進制碼, 為使譯碼顯示 值與每周7 d 相對應, 利用反饋歸零法實現(xiàn)七進制計數(shù). 利用譯碼器的燈測試功能端LT , 外加二極管或門電路, 使計數(shù)為零時顯示8, 代表星期日. 這里的計數(shù)器不用CD4518或 其它芯片, 而選用CD4024, 使電路設計更簡單, 價格

16、更便宜.圖1.3整機電路原理框圖四、系統(tǒng)硬件設計本系統(tǒng)共有兩部分構(gòu)成，其中硬件部分由電源輸入部分、晶振部分、校準輸入部分、 設置輸入部分、顯示部分、定時部分組成，軟件部分對應的由主程序、初始化程序、定 時中斷程序、LED 顯示程序、時間設置程序、整點校準程序等組成。單片機上電后，從頭哈爾濱工業(yè)大學課程設計說明書（論文）開始執(zhí)行程序，時鐘頻率由外部晶振頻率提供。單片機控制整個裝置的運行，對時鐘芯 片初始化；讀時鐘芯片；判斷時鐘芯片是否更新。4.1 數(shù)字日歷鐘電路原理圖數(shù)字日歷鐘的電路圖由電源輸入電路、晶振電路、時間設置輸入電路等電路組成。 本系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機作為主控制芯片，LED

17、 顯示采用了動態(tài)掃描方式實現(xiàn)，采用共 陽極數(shù)碼管。為了提高計時精度，所采用的晶振頻率為 12MHz。數(shù)字日歷鐘原理圖如圖4-1所示。圖 4-1 數(shù)字日歷鐘的原理圖4.2 電源輸入的電路原理圖電子時鐘主控制部分電源需要用 5V 直流電源供電，把頻率為 50Hz、有效值為 220V 過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。由于輸入電壓 為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源 變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流 電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負 載電路的

18、正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使 輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的 直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片 7805 解決了電源穩(wěn)壓問題，如圖 4-2 所示。哈爾濱工業(yè)大學課程設計說明書（論文）圖 4-2 電源輸入的電路原理圖T1220V1D134 2 C4 C5GNDVin127805Vout 3+5 C6 C7220uF0.1uF220uF0.1uF4.3 晶振電路晶振電路如圖 4-3 所示。XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放 大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。在

19、AT89C51 芯片的外部通 過這兩個引腳跨接石英晶體，形成那個反饋電路，從而構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩電路，如下 圖所示XTAL1X1CRYSTALC1100PFXTAL2C2100PF圖4-3晶振電路電路圖五、系統(tǒng)軟件設計哈爾濱工業(yè)大學課程設計說明書（論文）5.1 電子時鐘程序流程框圖5.1.1 主程序流程框圖主程序功能主要是初始化、正常顯示時間和判斷功能轉(zhuǎn)換鍵。初始化包括數(shù)據(jù)堆棧 區(qū)、定時/計數(shù)器的初始化、AT89C51 芯片的初始化及時間。定時/計數(shù)器的初始化：包括 對 TMOD、TCON 以及根據(jù)定時時間對時間初值的設置。顯示時間調(diào)用顯示子程序。主程序流程圖如圖 4-1 所示。開始內(nèi)存單元清

20、零設置中斷入口堆棧初始化設定顯示初值設置T0的模式 和初值調(diào)用轉(zhuǎn)換程序調(diào)用顯示子程序圖5-1 主程序流程圖哈爾濱工業(yè)大學課程設計說明書（論文）5.1.2 定時中斷程序流程框圖定時中斷是電子時鐘的核心。定時/計數(shù)器 T0 的工作方式設置為：（1）T0 是工作在計數(shù)狀態(tài)下，對輸入的頻率信號進行計數(shù)，但對工作在計數(shù)狀態(tài)下 的 T0，最大計數(shù)值為 fosc /24，所以 T1 工作在定時狀態(tài)下，每定時 1 秒中到，就停止 T0 的計數(shù)，而從 T0 的計數(shù)單元中讀取計數(shù)的數(shù)值，然后進行數(shù)據(jù)處理。（2）T0 工作在定時狀態(tài)下，最大定時時間為 65ms，達不到 1 秒的定時，所以采用定 時 50ms，共定時

21、 20 次，即可完成 1 秒的定時功能。時鐘的最小計時單位是秒，60s 進位 為 1min，60min 進位為 1h，24h 進位為 1 天。T0 用于產(chǎn)生最小單位 1s，定時時間為 50ms, 中斷累計 20 次即為 1s。計數(shù)單元中每逢 60 進位。定時中斷程序流程如圖 5-2 所示。哈爾濱工業(yè)大學課程設計說明書（論文）開始保護現(xiàn)場N1s到？Y秒單元加1N60s到？Y秒單元清零，分單元加1N60min到？Y分單元清0，時單元加1N24h到？Y時單元清0，星期加1N星期7到？Y星期單元置1現(xiàn)場恢復中斷返回圖5-2定時中斷程序流程圖哈爾濱工業(yè)大學課程設計說明書（論文）5.1.3 調(diào)時程序流程框圖進行時間調(diào)整時，調(diào)用外部中斷 INT0 實現(xiàn)。調(diào)整時間的方法是：按下 WEEK 鍵，星 期單元加 1，加至 8 時變?yōu)?1（7 過后即顯示 1，不顯示 8）；按下 HOUR 鍵，時單元加 1， 在加至 24 時變?yōu)?00（23 過后即顯示 0，不顯示 24）；按下 MIN 鍵，分單元加 1，加至 60 時變?yōu)?00（59 過后即顯示 00，不顯示 60）；按下 SEC 鍵，秒單元加 1，秒和分一樣，加 至 60 時變?yōu)?00，在調(diào)節(jié)過程中，由于采用中斷方式