數(shù)字電路畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、物理與電子科學(xué)系畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))數(shù) 字 時(shí) 鐘學(xué)生姓名羅 群專業(yè)名稱嵌入式系統(tǒng)工程系班 級(jí)2 0 1 1 級(jí)學(xué) 號(hào)2 0 1 1 3 0 9 5指導(dǎo)教師晏 勇阿壩師范高等?？茖W(xué)校物理與電子科學(xué)系二O一四年四月摘 要加入世貿(mào)組織以后，中國(guó)會(huì)面臨激烈的競(jìng)爭(zhēng)。這種競(jìng)爭(zhēng)將是一場(chǎng)科技實(shí)力、管理水平和人才素質(zhì)的較量，風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)遇共存，同時(shí)電子產(chǎn)品的研發(fā)日新月異，不僅是在通信技術(shù)方面數(shù)字化取代于模擬信號(hào)，就連我們的日常生活也進(jìn)于讓數(shù)字化取締，說明數(shù)字時(shí)代已經(jīng)到來，而且滲透于我們生活的方方面面。就拿我們生活的實(shí)例來說明一下“數(shù)字”給我們帶來的便捷。下面我們就以數(shù)字鐘為例簡(jiǎn)單介紹一下。數(shù)字鐘我們聽到這幾個(gè)字，第一

2、反應(yīng)就是我們所說的數(shù)字，不錯(cuò)數(shù)字鐘就是以數(shù)字顯示取代模擬表盤的鐘表，在顯示上它用數(shù)字反應(yīng)出此時(shí)的時(shí)間，相比模擬鐘能給人一種一目了然的感覺，不僅如此它還能同時(shí)顯示時(shí)、分、秒。而且能對(duì)時(shí)、分、秒準(zhǔn)確校時(shí)，這是普通鐘所不及的。與此同時(shí)數(shù)字鐘還能準(zhǔn)確定時(shí)，在你所規(guī)定的時(shí)間里準(zhǔn)確無誤的想你發(fā)出報(bào)時(shí)聲音，提醒你在此時(shí)所需要去做的事。與舊式鐘表相比它更適用于現(xiàn)代人的生活。在畢業(yè)之際恰好遇上學(xué)校的畢業(yè)課題電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)畢業(yè)論文。因而在所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)上做了以下畢業(yè)設(shè)計(jì)。希望給大家?guī)矸奖愕耐瑫r(shí)，使自己對(duì)所學(xué)專業(yè)有進(jìn)一步的了解！關(guān)鍵詞 數(shù)字時(shí)鐘 單片機(jī) DS1302芯片 軟件目錄前言- 1 -1設(shè)計(jì)方案- 2 -1

3、.1 方案的選擇- 2 -1.2 設(shè)計(jì)要求：- 2 -2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 3 -2.1 系統(tǒng)概述- 3 -2.2 硬件設(shè)計(jì)- 3 -2.2.1 單片機(jī)主控電路（AT89C51）- 3 -2.2.2 時(shí)鐘計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)（DS1302）- 6 -2.2.3 液晶顯示器設(shè)計(jì)（LCD1602）- 9 -2.2.4 晶振電路- 10 -2.2.5鍵盤電路- 10 -2.2.6 鬧鐘電路- 10 -3系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)- 11 -3.1時(shí)間程序設(shè)計(jì)- 11 -3.2 時(shí)間調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)- 11 -3.3鬧鐘程序設(shè)計(jì)- 13 -4系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果- 14 -5 結(jié)論- 14 -6 參考文獻(xiàn)- 15 -7后記- 15 -附錄1

4、：數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)電路原理圖- 16 -附錄2：主程序- 16 - 42 -前言傳統(tǒng)時(shí)鐘主要是機(jī)械式轉(zhuǎn)動(dòng)，有指針顯示時(shí)間，往往存在計(jì)時(shí)誤差，不能滿足人們對(duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求，與現(xiàn)代計(jì)數(shù)發(fā)展不相符。隨著科技的進(jìn)步，以單片機(jī)為主要功能模塊，采用LCD輸出顯示時(shí)間，用按鈕做開關(guān)，軟件及時(shí)、調(diào)試，輔助必要的電路，實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的電子時(shí)鐘系統(tǒng)代替的傳統(tǒng)時(shí)鐘。單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視與關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展迅速。單片機(jī)具有體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易的優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)廣泛的應(yīng)用與工業(yè)自動(dòng)化控制、智能儀器儀表、家用電器

5、、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等領(lǐng)域。在單片機(jī)領(lǐng)域中應(yīng)用最多的是51系列。用LCD1602設(shè)計(jì)的可調(diào)式電子時(shí)鐘是以AT89C51為核心，輔以必要的電路而設(shè)計(jì)的。數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與制作可采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，也可以采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，若用數(shù)字電路完成，所設(shè)計(jì)的電路相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，需要十幾片數(shù)字集成塊，其功能也主要依賴與數(shù)字電路的各功能模塊的組合來實(shí)現(xiàn)，焊接的過程也比較復(fù)雜，成本也非常高。若用單片機(jī)來設(shè)計(jì)制作完成，由于計(jì)數(shù)器功能實(shí)現(xiàn)主要通過軟件呢編程來實(shí)現(xiàn)。降低了硬件電路的復(fù)雜性，而且成本也有所降低，所以在設(shè)計(jì)與制作數(shù)字時(shí)鐘時(shí)我們采用單片機(jī)AT89C51，它是低功耗。高性能的單片機(jī)。片內(nèi)帶有flash存儲(chǔ)器，且允

6、許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程。液晶顯示器LCD具有低功耗、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。LCD可分為段式LCD、字符式LCD和點(diǎn)陣式LCD。其中，段式LCD和字符式LCD只能用語字符和數(shù)字的簡(jiǎn)單顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求，而點(diǎn)陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線以及漢字、動(dòng)畫，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕滾動(dòng)、反轉(zhuǎn)、閃爍等功能，用途十分廣泛。電子時(shí)鐘用集成電路計(jì)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式轉(zhuǎn)動(dòng)，用LCD顯示器代替指針顯示，減小了計(jì)時(shí)誤差，該數(shù)字時(shí)鐘具有時(shí)、分、秒、年、月、日顯示時(shí)間功能，還可以進(jìn)行年

7、、月、日、時(shí)和分的校對(duì)。相對(duì)傳統(tǒng)的電子時(shí)鐘，數(shù)字電子時(shí)鐘克服了電子時(shí)鐘計(jì)時(shí)不精確的缺陷，加上調(diào)節(jié)方便，受到廣大消費(fèi)者的喜愛。1設(shè)計(jì)方案1.1 方案的選擇由于電子萬年歷的種類比較多，因此方案選擇在設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的。正確地選擇方案可以減小開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，降低成本，更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。方案1：基于AT89C51單片機(jī)的電子萬年歷設(shè)計(jì)不使用時(shí)鐘芯片，而直接用AT89S52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電子萬年歷設(shè)計(jì)。AT89C51是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦寫1000余次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組

8、合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89S52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。若采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，利用它的一個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器每50ms產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，中斷20次后產(chǎn)生一個(gè)秒信號(hào)，然后根據(jù)時(shí)間進(jìn)制關(guān)系依次向分、時(shí)、日、星期、月、年進(jìn)位。這樣就實(shí)現(xiàn)了直接用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電子萬年歷設(shè)計(jì)。用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電子萬年歷設(shè)計(jì)，無須外接其他芯片，充分利用了單片機(jī)的資源。但是精度不夠高，誤差較大，掉電后丟失所有數(shù)據(jù)，軟件編程較復(fù)雜。方案2：基于DS1302的電子萬年歷設(shè)計(jì)在以單片機(jī)為核心構(gòu)成的裝置中，經(jīng)常需要一個(gè)實(shí)時(shí)的時(shí)鐘和日歷，以便對(duì)一些實(shí)時(shí)發(fā)生事件記錄時(shí)給予時(shí)標(biāo)，實(shí)時(shí)時(shí)

9、鐘芯片便可起到這一作用。過去多用并行接口的時(shí)鐘芯片，如MC146818,DS12887等。它們已能完全滿足單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的要求，但是這些芯片與單片機(jī)接口復(fù)雜、占用地址, 數(shù)據(jù)總線接線多、芯片體積大占用空間多、近年來串行接口的各種芯片在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用愈來愈多，串行接口的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片也出現(xiàn)了不少，DS1302是一個(gè)綜合性能較好且價(jià)格便宜的串行接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。利用單片機(jī)進(jìn)行控制，采用DS1302作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，其三線接口SCLK、I/O、/RST與單片機(jī)進(jìn)行同步通信，外加掉電存儲(chǔ)電路、顯示電路、鍵盤電路，即構(gòu)成一個(gè)基本的電子萬年歷系統(tǒng)，若還要添加其他功能，在這基礎(chǔ)上外擴(kuò)電路即可。由于在系

10、統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮以下幾點(diǎn)因素：功耗低、精確度高、軟件編程較簡(jiǎn)單，芯片的體積小、芯片成本低等，而DS1302芯片有上面所述的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)采用方案2。1.2 設(shè)計(jì)要求：（1）LCD1602顯示時(shí)，分，秒，年，月，日； （2）設(shè)置按鍵調(diào)整功能，能夠校準(zhǔn)時(shí)間和設(shè)置鬧鈴時(shí)間；（3）設(shè)置鬧鐘功能。2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)概述按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由主控模塊、時(shí)鐘模塊、鍵盤模塊、顯示模塊、鬧鈴模塊、晶振模塊和復(fù)位電路共7個(gè)模塊組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1-1所示。主控芯片使用51系列AT89C51單片機(jī)，時(shí)鐘芯片使用美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)

11、鐘芯片DS1302。 DS1302作為主要計(jì)時(shí)芯片，可以做到計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。更重要的是，DS1302可以在很小電流的后備 （2.55.5V電源，在2.5V時(shí)耗電小于300nA）下繼續(xù)計(jì)時(shí)，并可編程選擇多種充電電流來對(duì)后備電源進(jìn)行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電。主控模塊時(shí)鐘模塊鍵盤模塊顯示模塊鬧鈴模塊復(fù)位電路晶振模塊圖2.1 系統(tǒng)框圖2.2 硬件設(shè)計(jì)2.2.1 單片機(jī)主控電路（AT89C51）AT89C51是一種低功耗、高性能COMS8位微處理器，內(nèi)部自帶2K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器，AT89C2051構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)是具有結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、造價(jià)最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的RAM、RO

12、M和接口器件，減少了硬件開銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。（1）AT89C51具有下列主要性能：·8KB可改編程序Flash存儲(chǔ)器（可經(jīng)受1000次的寫入/擦除周期） ·全靜態(tài)工作：0Hz24MHz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密·128×8字節(jié)內(nèi)部RAM·32條可編程I/O線·2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·6個(gè)中斷源·可編程串行通道·片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器（2）AT89C51的引腳及功能：AT89S52單片機(jī)的管腳說明如圖2.2所示。圖2.2 AT89C51的管腳(2-1) 主要電源引腳 VCC 電源端 GND

13、接地端(2-2)外接晶體引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1 接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接收振蕩器的信號(hào)，既把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2 接外部晶體的另一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。(2-3) 控制或與其它電源復(fù)用引腳RST、ALE/PROG、/PSEN和/EA/VPP RST 復(fù)位輸入端。 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG 當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）的輸出用

14、于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。在對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（/PROG）。/PSEN 程序存儲(chǔ)允許（/PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng)AT89S52/LV52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效（既輸出2個(gè)脈沖）。但在此期間內(nèi)，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP 外部訪問允許端。要使CP

15、U只訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），則/EA端必須保持低電平（接到GND端）。當(dāng)/EA端保持高電平（接VSS端）時(shí)，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序。(2-4) 輸入/輸出引腳 P0.0 P0.7、P1.0P1.7、P2.0 P2.7 和P3.0P3.7 P0端口（P0.0 P0.7） P0是一個(gè)8位漏極開路型雙向I/O端口。作為輸出口用時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL輸入，對(duì)端口寫1時(shí)，又可作高阻抗輸入端用。P1端口（P1.0 P1.7） P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫1時(shí)，通過

16、內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。作輸入口時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。 P2端口 （P2.0P2.7） P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。P2作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。P3端口（P3.0P3.7） P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉

17、為低電平，P3口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S52的一些特殊功能，這些特殊功能見表2.1。表2.1 P3端口的特殊功能 端口引腳 兼 用 功 能 P3.0RXD （串行輸入口） P3.1TXD （串行輸出口） P3.2/INT0 （外部中斷0） P3.3/INT1 （外部中斷1） P3.4T0 （ 定時(shí)器0的外部輸入） P3.5T1 （定時(shí)器1的外部輸入） P3.6/WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7/RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）2.2.2 時(shí)鐘計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)（DS1302）低功耗時(shí)鐘芯片DS1302可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。D

18、S1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄。這種記錄對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)測(cè)控系統(tǒng)結(jié)果的分析以及對(duì)異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找有重要意義。采用DS1302作為記錄測(cè)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄，其軟硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，時(shí)間記錄準(zhǔn)確，既避免了連續(xù)記錄的大工作量，又避免了定時(shí)記錄的盲目性，給連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量、控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行及檢查都來了很大的方便，可廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的測(cè)控系統(tǒng)中。在測(cè)量控制系統(tǒng)中，特別是長(zhǎng)時(shí)間無人職守的測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要記錄某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)及其出現(xiàn)的時(shí)間。記錄及分析這些特殊意義的數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的性能分析及正常運(yùn)行具有重要的意義。傳統(tǒng)的

19、數(shù)據(jù)記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒有具體的時(shí)間記錄，因此只能記錄數(shù)據(jù)而無法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時(shí)間；若采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且某些測(cè)控系統(tǒng)可能不允許。而在系統(tǒng)中采用DS1302則能很好地解決這個(gè)問題。（1） DS1302的性能特性·實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)；·用于高速數(shù)據(jù)暫存的31×8位RAM；·最少引腳的串行I/O；·2.55.5V 電壓工作范圍；·2.5V時(shí)耗電小于300nA；·用于時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)讀/

20、寫的單字節(jié)或多字節(jié)（脈沖方式）數(shù)據(jù)傳送方式；·簡(jiǎn)單的3線接口；·可選的慢速充電（至VCC1）的能力。DS1302時(shí)鐘芯片包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM。它經(jīng)過一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口與微處理器通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷提供秒、分、時(shí)、日、周、月和年等信息。對(duì)于小于31天的月和月末的日期自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，還包括閏年校正的功能。時(shí)鐘的運(yùn)行可以采用24h或帶AM（上午）/PM（下午）的12h格式。采用三線接口與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)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302有主電源/后備電源雙電源引腳：VCC1 在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源，并提供低功率

21、的電池備份；VCC2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式中，VCC1 連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由VCC1或VCC2中較大者供電。當(dāng)VCC2大于VCC1+0.2V時(shí)，VCC2給DS1302供電；當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí)，DS1302由VCC1供電。(2) DS1302數(shù)據(jù)操作原理DS1302在任何數(shù)據(jù)傳送時(shí)必須先初始化，把RST腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿被輸入。無論是讀周期還是寫周期，開始8位指定40個(gè)寄存器中哪個(gè)被訪問到。在開始8個(gè)時(shí)鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時(shí)鐘周期在讀操

22、作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時(shí)寫入數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為8加8，在多字節(jié)方式下為8加字節(jié)數(shù)，最大可達(dá)248字節(jié)數(shù)。圖2.3 DS1302管腳圖如果在傳送過程中置RST為低電平，則會(huì)終止本次數(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VCC >=2.5V之前，RST腳必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。DS1302的管腳圖如圖2-3所示。表2.2 DS1302引腳功能表引腳號(hào)引腳名稱功能1VCC2主電源2，3X1，X2振蕩源，外接32768HZ晶振4GND地線5RST復(fù)位/片選線6I/O串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端（雙向）7SCLK串行數(shù)據(jù)輸入端8VCC

23、1后備電源DS1302的控制字如圖2.5所示?？刂谱止?jié)的最高有效位（位7）必須是邏輯1；如果它為邏輯0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中。位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)；為1表示存取RAM數(shù)據(jù)。位51（A4A0）指示操作單元的地址。最低有效位（位0）如為0，表示要進(jìn)行寫操作；為1表示進(jìn)行讀操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入/輸出。7 6 5 4 3 2 1 01RAM CKA4A3A2A1A0RAM K圖2.5 控制字節(jié)的含義為了提高對(duì)32個(gè)地址的尋址能力（地址/命令位15邏輯1），可以把時(shí)鐘/日歷或RAM寄存器規(guī)定為多字節(jié)（burst）方式。位6規(guī)定時(shí)鐘或RAM，而位0規(guī)定讀或?qū)?。在時(shí)

24、鐘/日歷寄存器中的地址931或RAM寄存器中的地址31不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在多字節(jié)方式中，讀或?qū)憦牡刂?的位0開始。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?個(gè)寄存器。但是，當(dāng)以多字節(jié)方式寫RAM時(shí)，為了傳送數(shù)據(jù)不必寫所有31字節(jié)。不管是否寫了全部31字節(jié)，所寫的每一字節(jié)都將傳送至RAM。數(shù)據(jù)讀寫程序如圖2.6所示。SCLKKRSTI/O571357210246046R/CA2A3A0A1R/WA41DATAI/OBYTEDATAI/OBYTE圖2.6 數(shù)據(jù)讀寫程序DS1302共有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式，其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見表2.3，其中奇數(shù)為讀操作

25、，偶數(shù)為寫操作。表2.3 DS1302的日歷、時(shí)鐘寄存器及其控制字寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543210秒寄存器80H81H00-59CH10SECSEC分鐘寄存器82H83H00-59010MINMIN小時(shí)寄存器84H85H01- 12或00-2312/24010APHRHR日期寄存器86H87H01-28,29,30,310010DATEDATE月份寄存器88H89H01-12000IOMMONTH周日寄存器8AH8BH01-0700000DAY年份寄存器8CH8DH00-9910YEARYEAR時(shí)鐘暫停：秒寄存器的位7定義位時(shí)鐘暫停位。當(dāng)它為1時(shí)，DS1302停止振蕩

26、，進(jìn)入低功耗的備份方式。通常在對(duì)DS1302進(jìn)行寫操作時(shí)（如進(jìn)入時(shí)鐘調(diào)整程序），停止振蕩。當(dāng)它為0時(shí)，時(shí)鐘將開始啟動(dòng)。AM-PM/12-24小時(shí)方式：小時(shí)寄存器的位7定義為12或24小時(shí)方式選擇位。它為高電平時(shí)，選擇12小時(shí)方式。在此方式下，位5是AM/PM位，此位是高電平時(shí)表示PM，低電平表示AM，在24小時(shí)方式下，位5為第二個(gè)10小時(shí)位（2023h）。2.2.3 液晶顯示器設(shè)計(jì)（LCD1602）液晶顯示器LCD1602是利用物理特性，通過電壓對(duì)器顯示區(qū)域控制，有電就有顯示，這樣既可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用

27、在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。LCD芯片及引腳如圖2.7所示：圖2.7 LCD芯片VDD：邏輯電源正 GND(VSS)： 邏輯電源地 VO(VEE)：LCD驅(qū)動(dòng)電源 RESET：復(fù)位端,對(duì)于68系列MPU:上升沿(L-H)復(fù)位，且復(fù)位后電平須保持為高電（H）； 對(duì)于80系列MPU:下降沿(H-L)復(fù)位，且復(fù)位后電平須保持為低電平（L）。 E1：讀寫使能。對(duì)于68系列MPU，連接使能信號(hào)引腳，高電平有效； 對(duì)于80系列MPU，連接/RD引腳，低電平有效。 E2：同E1引腳。 /RD：讀允許，低電平有效。 /WR：寫允許，低電平有效。 R/W：讀寫選擇，對(duì)于68系列MPU

28、，高電平時(shí)讀數(shù)據(jù)，低電平時(shí)寫數(shù)據(jù)； 對(duì)于80系列MPU，低電平時(shí)允許數(shù)據(jù)傳輸，上升沿時(shí)鎖定數(shù)據(jù)。 A0：數(shù)據(jù)/指令選擇 高電平：數(shù)據(jù)D0-D7將送入顯示RAM； 低電平：數(shù)據(jù)D0-D7將送入指令執(zhí)行器執(zhí)行。 D0-D7：數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。2.2.4 晶振電路單片機(jī)XIAL1和XIAL2分別接30pF的電容，中間再接一個(gè)12MHZ的晶振，形成單片機(jī)的晶振電路如圖2.8所示：圖2.8 晶振電路2.2.5鍵盤電路按鍵電路用來控制LCD12232液晶屏的顯示內(nèi)容。電路圖如圖2.9所示：圖2.9 控制電路本設(shè)計(jì)共采用按鍵3個(gè)，分別與單片機(jī)的P3.0、P3.1、P3.2口相連，分別是模式設(shè)置，減少和增加的

29、功能。在模式設(shè)置中，可調(diào)節(jié)按此按鈕，配合減少、增加功能鍵分別對(duì)日期，時(shí)間和鬧鐘的進(jìn)行設(shè)置。在設(shè)置過程中，顯示器會(huì)對(duì)應(yīng)顯示調(diào)節(jié)的項(xiàng)目，分別是：“year、month、day、hour、mine、sec、ahour、amin、asec”。其中，“ahour、amin、asec”分別是對(duì)鬧鐘的時(shí)分秒的設(shè)置。2.2.6 鬧鐘電路隨著鬧鈴時(shí)間的設(shè)定，當(dāng)實(shí)時(shí)時(shí)間到達(dá)鬧鐘的時(shí)間時(shí)，P3.6會(huì)輸出一組方波，如圖3-12，當(dāng)P3.6輸出一個(gè)高電平時(shí)，使三極管導(dǎo)通，喇叭會(huì)發(fā)出蜂鳴聲，當(dāng)P3.6輸出為低電平時(shí)，三極管不導(dǎo)通喇叭不發(fā)聲。所以，整個(gè)鬧鐘輸出為一組滴滴聲。鬧鈴電路如圖2.10所示：圖2.10 鬧鐘電路3系

30、統(tǒng)程序設(shè)計(jì)3.1時(shí)間程序設(shè)計(jì)因?yàn)槭褂昧藭r(shí)鐘芯片DS1302，時(shí)間程序只需從DS1302各寄存器中讀出年、周、月、日、小時(shí)、分、秒等數(shù)據(jù)，再處理即可。在首次對(duì)DS1302進(jìn)行操作之前，必須對(duì)它進(jìn)行初始化，然后從DS1302中讀出數(shù)據(jù)，再經(jīng)過處理后，送給顯示緩沖單元。時(shí)間程序流程圖見圖3.1所示。開 始初始化單片機(jī)初始化DS13021302開始振蕩從1302中讀出年、周、月、日、小時(shí)、分、秒送入LCD顯示圖3.1 時(shí)間程序流程圖3.2 時(shí)間調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)調(diào)整時(shí)間用三個(gè)調(diào)整按鈕，分別定義為模式選擇，減少，增加按鈕。在調(diào)整時(shí)間過程中，首先要調(diào)節(jié)模式設(shè)置按鈕，在顯示屏上會(huì)顯示對(duì)應(yīng)的要調(diào)試的英文名稱。例如，

31、要調(diào)節(jié)月份，先調(diào)節(jié)模式設(shè)置按鈕，直到屏幕上test行上顯示：month，此時(shí)就可以調(diào)節(jié)減少和增加按鈕，對(duì)其進(jìn)行調(diào)試。時(shí)間調(diào)整程序流程圖如圖3.2所示?？刂奇I有效，進(jìn)入月調(diào)整程序控制鍵有效，進(jìn)入秒調(diào)整程序控制鍵有效，進(jìn)入分調(diào)整程序控制鍵有效，進(jìn)入年調(diào)整程序等待按鍵程序加/減鍵有效年加/減1控制鍵有效，進(jìn)入日調(diào)整程序控制鍵有效，進(jìn)入時(shí)調(diào)整程序等待按鍵程序加/減鍵有效月加/減1等待按鍵程序加/減鍵有效日加/減1等待按鍵程序加/減鍵有效秒加/減1等待按鍵程序加/減鍵有效小時(shí)加/減1等待按鍵程序加/減鍵有效分加/減1控制鍵有效，跳出時(shí)間調(diào)整程序，進(jìn)入主循環(huán)程序圖3.2 時(shí)間調(diào)整程序時(shí)序圖3.3鬧鐘程序設(shè)

32、計(jì)鬧鐘程序設(shè)計(jì)是融合在時(shí)間調(diào)試之中的，在調(diào)節(jié)模式設(shè)置按鈕的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)顯示屏上會(huì)出現(xiàn)“ahour、amin、asec”三個(gè)字樣，這就是對(duì)鬧鐘調(diào)試的模式。例如當(dāng)調(diào)節(jié)模式至“ahour”時(shí)，只需調(diào)節(jié)減少和增加按鈕，就能調(diào)節(jié)鬧鐘的小時(shí)時(shí)間。鬧鐘的調(diào)試流程圖為3.3所示?？刂奇I有效，進(jìn)入小時(shí)調(diào)整程序等待按鍵程序加鍵或減鍵有效有效小時(shí)加1或減1控制鍵有效，進(jìn)入分調(diào)整程序控制鍵有效，進(jìn)入秒調(diào)整程序等待按鍵程序加鍵或減鍵有效分加1或減1等待按鍵程序加鍵或減鍵有效秒加1或減1控制鍵有效，跳出時(shí)間調(diào)整程序，進(jìn)入主循環(huán)程序圖3.3 鬧鐘調(diào)整程序流程圖4系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果設(shè)計(jì)完成后，給系統(tǒng)上電，液晶顯示屏顯示結(jié)果如圖4

33、.1所示圖4.1液晶顯示屏的顯示結(jié)果按控制按鈕，進(jìn)入設(shè)定調(diào)整狀態(tài)，此時(shí)按加或減按鈕，即可改變當(dāng)前數(shù)字值。當(dāng)按一次控制按鈕，進(jìn)入年數(shù)值調(diào)節(jié)模式，現(xiàn)在即可按下加或減按鈕來調(diào)節(jié)年數(shù)值，調(diào)整完成后，可再次按下控制按鈕，調(diào)節(jié)內(nèi)容會(huì)改變，調(diào)節(jié)順序依次為：年、月、日，時(shí)、分、秒，鬧鈴時(shí)、分、秒，對(duì)應(yīng)的提示顯示符分別是year、month、day、hour、min、sec、ahour、,amin、asec，如圖4.2所示。當(dāng)全部參數(shù)調(diào)整完畢后，等待鬧鐘的時(shí)間到來，等到實(shí)時(shí)時(shí)間等于鬧鐘設(shè)定的時(shí)間是，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出滴滴聲，完成鬧鐘效果。 圖4.2 控制調(diào)節(jié)流程圖5 結(jié)論本設(shè)計(jì)硬件電路較簡(jiǎn)單，所用器件較少，電路中使用了

34、AT89C51單片機(jī)、DS1302時(shí)鐘芯片、LCD1602液晶顯示器等主要芯片,實(shí)現(xiàn)了預(yù)計(jì)功能。在對(duì)芯片的管腳功能和用法有充分的了解后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)硬件電路，包括單片機(jī)控制電路、時(shí)鐘電路、鍵盤掃描電路、顯示電路和鬧鈴電路。然后通過軟件編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒的自動(dòng)調(diào)整，用按鍵進(jìn)行控制，用液晶模塊進(jìn)行顯示，并具有鬧鈴功能。實(shí)時(shí)日歷電子鐘可以正常顯示時(shí)間并進(jìn)行時(shí)間調(diào)整，基本完成了預(yù)期要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。6 參考文獻(xiàn)1 孫安青編著. AT89S51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教程M2何立明單片機(jī)高級(jí)教程應(yīng)用與設(shè)計(jì)，北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2000.4，1491733李廣弟，朱月秀單片機(jī)基礎(chǔ)，北京

35、：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.8，36854樓然苗，李光飛MCS51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例，北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2001.3，75835李華單片機(jī)原理與接口技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，33806王偉高性能、低功耗帶RAM實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302（上），電子世界：第一期,1995，26357趙海蘭，朱劍，趙祥偉.DS1302實(shí)時(shí)顯示時(shí)間的原理與應(yīng)用J.電子技術(shù)，2002,(1) 68 高性能、低功耗帶RAM實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302.PS武漢力源電子股份有限公司，1999 3 ZYMCU AT89S51 Datasheets 9黃明強(qiáng).DS1302在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用J.保定師范?？茖W(xué)

36、校學(xué)報(bào)，2004，17(2) 5 10李宏，張家田液晶顯示器件應(yīng)用技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004，1561837后記本論文設(shè)計(jì)在王維平明老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下已完成，從課題選擇到具體的寫作過程，無不凝聚著王維平老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)論文寫作期間，王維平老師為我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)論文。在此向王維平老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會(huì)向在這三年中給予了我?guī)椭椭笇?dǎo)的所有老師表示由衷的謝意，感謝他們?nèi)陙淼男燎谠耘唷２环e跬步何以至千里，各位任課老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他們的悉心幫助和支持

37、下，我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。 同時(shí)，在論文寫作過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。 我還要感謝同組的各位同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對(duì)于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。 羅群 2014年5月2日附錄1：數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)電路原理圖附錄2：主程序#include<reg51.h> /包含單片機(jī)寄存器的頭文件#include<intrins.h> /包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件/DS1302相關(guān)的變量和引腳定義unsigned char code

38、 digit10="0123456789" /定義字符數(shù)組顯示數(shù)字sbit DATA=P36; /位定義1302芯片的接口，數(shù)據(jù)輸出端定義在P1.1引腳sbit RST=P34; /位定義1302芯片的接口，復(fù)位端口定義在P1.1引腳sbit SCLK=P35; /位定義1302芯片的接口，時(shí)鐘輸出端口定義在P1.1引腳/液晶引腳定義sbit RS=P20; /寄存器選擇位，將RS位定義為P2.0引腳sbit RW=P21; /讀寫選擇位，將RW位定義為P2.1引腳sbit E=P22; /使能信號(hào)位，將E位定義為P2.2引腳sbit BF=P07; /忙碌標(biāo)志位，將BF位

39、定義為P0.7引腳sbit TIMEADDSET=P30; sbit TIMEDECSET=P31; sbit TIMEMODSET=P32;sbit ALARM=P33; /位定義51單片機(jī)的接口，鬧鐘輸出unsigned int TIMEMOD=0;unsigned int i=0;/*日歷結(jié)構(gòu)體：包括年、月、日、小時(shí)、分、秒*/ typedef struct SYSTEMTIMEunsigned char Second;unsigned char Minute;unsigned char Hour;unsigned char Day;unsigned char Month;unsigne

40、d char Year; /unsigned char Week;Systemtime;/定義的時(shí)間類型 Systemtime Currenttime; unsigned char alarmhour=10,alarmminute=19,alarmsecond=9; /分別儲(chǔ)存苗、分、小時(shí)，日，月，年/*函數(shù)功能：延時(shí)若干微秒入口參數(shù)：n*/ void delaynus(unsigned char n) unsigned char i; for(i=0;i<n;i+);/*函數(shù)功能：向1302寫一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)入口參數(shù)：x*/ void Write1302(unsigned char dat

41、) unsigned char i; SCLK=0; /拉低SCLK，為脈沖上升沿寫入數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備 delaynus(2); /稍微等待，使硬件做好準(zhǔn)備 for(i=0;i<8;i+) /連續(xù)寫8個(gè)二進(jìn)制位數(shù)據(jù) DATA=dat&0x01; /取出dat的第0位數(shù)據(jù)寫入1302 delaynus(2); /稍微等待，使硬件做好準(zhǔn)備 SCLK=1; /上升沿寫入數(shù)據(jù) delaynus(2); /稍微等待，使硬件做好準(zhǔn)備 SCLK=0; /重新拉低SCLK，形成脈沖 dat>>=1; /將dat的各數(shù)據(jù)位右移1位，準(zhǔn)備寫入下一個(gè)數(shù)據(jù)位 /*函數(shù)功能：根據(jù)命令字，向1302

42、寫一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)入口參數(shù)：Cmd，儲(chǔ)存命令字；dat，儲(chǔ)存待寫的數(shù)據(jù)*/ void WriteSet1302(unsigned char Cmd,unsigned char dat) RST=0; /禁止數(shù)據(jù)傳遞 SCLK=0; /確保寫數(shù)居前SCLK被拉低 RST=1; /啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸 delaynus(2); /稍微等待，使硬件做好準(zhǔn)備 Write1302(Cmd); /寫入命令字 Write1302(dat); /寫數(shù)據(jù) SCLK=1; /將時(shí)鐘電平置于已知狀態(tài) RST=0; /禁止數(shù)據(jù)傳遞 /*函數(shù)功能：從1302讀一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)入口參數(shù)：x*/ unsigned char Read130

43、2(void) unsigned char i,dat; delaynus(2); /稍微等待，使硬件做好準(zhǔn)備 for(i=0;i<8;i+) /連續(xù)讀8個(gè)二進(jìn)制位數(shù)據(jù) dat>>=1; /將dat的各數(shù)據(jù)位右移1位，因?yàn)橄茸x出的是字節(jié)的最低位 if(DATA=1) /如果讀出的數(shù)據(jù)是1 dat|=0x80; /將1取出，寫在dat的最高位 SCLK=1; /將SCLK置于高電平，為下降沿讀出 delaynus(2); /稍微等待 SCLK=0; /拉低SCLK，形成脈沖下降沿 delaynus(2); /稍微等待 return dat; /將讀出的數(shù)據(jù)返回 /*函數(shù)功能：根

44、據(jù)命令字，從1302讀取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)入口參數(shù)：Cmd*/ unsigned char ReadSet1302(unsigned char Cmd) unsigned char dat; RST=0; /拉低RST SCLK=0; /確保寫數(shù)居前SCLK被拉低 RST=1; /啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸 Write1302(Cmd); /寫入命令字 dat=Read1302(); /讀出數(shù)據(jù) SCLK=1; /將時(shí)鐘電平置于已知狀態(tài) RST=0; /禁止數(shù)據(jù)傳遞 return dat; /將讀出的數(shù)據(jù)返回/*函數(shù)功能： 1302進(jìn)行初始化設(shè)置*/ void Init_DS1302(void) WriteSet

45、1302(0x8E,0x00); /根據(jù)寫狀態(tài)寄存器命令字，寫入不保護(hù)指令 WriteSet1302(0x80,0x00); /根據(jù)寫秒寄存器命令字，寫入秒的初始值 WriteSet1302(0x82,0x18); /根據(jù)寫分寄存器命令字，寫入分的初始值 WriteSet1302(0x84,0x10); /根據(jù)寫小時(shí)寄存器命令字，寫入小時(shí)的初始值 WriteSet1302(0x86,0x6); /根據(jù)寫日寄存器命令字，寫入日的初始值 WriteSet1302(0x88,0x11); /根據(jù)寫月寄存器命令字，寫入月的初始值 WriteSet1302(0x8c,0x13); /根據(jù)寫小時(shí)寄存器命令

46、字，寫入小時(shí)的初始值/*函數(shù)功能：延時(shí)1ms(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以認(rèn)為是1毫秒*/void delay1ms() unsigned char i,j; for(i=0;i<10;i+) for(j=0;j<33;j+) ; /*函數(shù)功能：延時(shí)若干毫秒入口參數(shù)：n*/ void delaynms(unsigned char n) unsigned char i; for(i=0;i<n;i+) delay1ms(); /*函數(shù)功能：判斷液晶模塊的忙碌狀態(tài)返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙*/bit BusyTest(void) bit result; RS=0; /根據(jù)規(guī)定，RS為低電平，RW為高電平時(shí)，可以讀狀態(tài) RW=1; E=1; /E=1，才允許讀寫 _nop_(); /空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個(gè)機(jī)器周期