基于DS1302的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、 單片機(jī) 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告題 目：基于DS1302的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè)：電氣工程系自動(dòng)化班 級(jí)：10自動(dòng)化（2）班姓 名： 費(fèi)孝斌 洪建勇 劉云飛 桑樂(lè) 陸歡歡 魏笑 指導(dǎo)教師：林開(kāi)司電氣工程系2013年5月12日任務(wù)書(shū)課題名稱(chēng)基于DS1302時(shí)鐘芯片的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師（職稱(chēng)）林開(kāi)司 執(zhí)行時(shí)間20122013 學(xué)年第 二 學(xué)期 第十周學(xué)生姓名學(xué)號(hào)承擔(dān)任務(wù)費(fèi)孝斌1009111020編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告洪建勇1009111030計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)劉云飛1009111054查找有關(guān)資料桑樂(lè)1009111066繪圖陸歡歡1009111058解決有關(guān)問(wèn)題魏笑1009111088檢查并校對(duì)報(bào)告設(shè)計(jì)目的基于單片

2、機(jī)的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求(1) 計(jì)時(shí)：秒、分、時(shí)、天、周、月、年； （2）時(shí)鐘通過(guò)LCD1602顯示。 （3）通過(guò)按鍵對(duì)時(shí)鐘、分鐘和秒鐘進(jìn)行調(diào)節(jié)；摘要電子時(shí)鐘主要是利用電子技術(shù)將時(shí)鐘電子化、數(shù)字化，擁有時(shí)鐘精確、體積小、界面友好、可擴(kuò)展性能強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生活和工作當(dāng)中。另外，在生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，也常常需要溫度，這就需要電子時(shí)鐘具有多功能性。本設(shè)計(jì)主要為實(shí)現(xiàn)一款可正常顯示時(shí)鐘/日歷、帶有定時(shí)鬧鈴的多功能電子時(shí)鐘。本文對(duì)當(dāng)前電子鐘開(kāi)發(fā)手段進(jìn)行了比較和分析，最終確定了采用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多功能電子時(shí)鐘。本設(shè)計(jì)應(yīng)用AT89C52芯片作為核心，6位LED數(shù)碼管顯示，使用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷

3、芯片完成時(shí)鐘/日歷的基本功能。這種實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，性能可靠，實(shí)時(shí)性好，時(shí)間精確，操作簡(jiǎn)單，編程容易。該電子時(shí)鐘可以應(yīng)用于一般的生活和工作中，也可通過(guò)改裝，提高性能，增加新功能，從而給人們的生活和工作帶來(lái)更多的方便。關(guān)鍵詞：電子時(shí)鐘；多功能；AT89C52；時(shí)鐘日歷芯片目 錄摘要一、引言4二、基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘硬件選擇分析52.1主要IC芯片選擇52.1.1微處理器選擇52.1.2 DS1302簡(jiǎn)介 62.1.3 DS1302引腳說(shuō)明 72.2電子時(shí)鐘硬件電路設(shè)計(jì) 82.2.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)9 2.2.2整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能10三、protel軟件畫(huà)原理圖113.1系統(tǒng)工作流程圖 123.2原

4、理圖 13四、proteus軟件仿真及調(diào)試 144.1電路板的仿真 15軟件調(diào)試 16五、 源程序 17六、參考文獻(xiàn)18引 言時(shí)間是人類(lèi)生活必不可少的重要元素，如果沒(méi)有時(shí)間的概念，社會(huì)將不會(huì)有所發(fā)展和進(jìn)步。從古代的水漏、十二天干地支，到后來(lái)的機(jī)械鐘表以及當(dāng)今的石英鐘，都充分顯現(xiàn)出了時(shí)間的重要，同時(shí)也代表著科技的進(jìn)步。致力于計(jì)時(shí)器的研究和充分發(fā)揮時(shí)鐘的作用，將有著重要的意義。1.1 多功能電子時(shí)鐘研究的背景和意義20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力的推動(dòng)和提高了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展與信息化程度，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提升，產(chǎn)品更新?lián)Q代

5、的節(jié)奏也越來(lái)越快。 時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。然而遇到重大事情的時(shí)候，一旦忘記時(shí)間，就會(huì)給自己或他人造成很大麻煩。平時(shí)我們要求上班準(zhǔn)時(shí)，約會(huì)或召開(kāi)會(huì)議必然要提及時(shí)間；火車(chē)要準(zhǔn)點(diǎn)到達(dá)，航班要準(zhǔn)點(diǎn)起飛；工業(yè)生產(chǎn)中，很多環(huán)節(jié)都需要用時(shí)間來(lái)確定工序替換時(shí)刻。所以說(shuō)能隨時(shí)準(zhǔn)確的知道時(shí)間并利用時(shí)間，是我們生活和工作中必不可少的1。 電子鐘是采用電子電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置，廣泛應(yīng)用于個(gè)人家庭，車(chē)站， 碼頭辦公室等公共場(chǎng)所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?。由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表，鐘表

6、的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、0按時(shí)自動(dòng)打鈴、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。1.2 電子時(shí)鐘的功能電子時(shí)鐘主要是利用電子技術(shù)將時(shí)鐘電子化、數(shù)字化，擁有時(shí)間精確、體積小、界面友好、可擴(kuò)展性能強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生活和工作當(dāng)中。當(dāng)今市場(chǎng)上的電子時(shí)鐘品類(lèi)繁多，外形小巧別致。也有體型較大的，諸如公共場(chǎng)所的大型電子報(bào)時(shí)器等。電子時(shí)鐘首先是數(shù)字化了的時(shí)間顯示或報(bào)時(shí)器，在此基礎(chǔ)上，人們可以根據(jù)不同場(chǎng)合的要求

7、，在時(shí)鐘上加置其他功能，比如定時(shí)鬧鈴，萬(wàn)年歷，環(huán)境溫度、濕度檢測(cè)，環(huán)境空氣質(zhì)量檢測(cè)，USB擴(kuò)展口功能等。本設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘主要功能為：1.具有時(shí)間顯示和手動(dòng)校對(duì)功能，24小時(shí)制；2.具有年、月、日顯示和手動(dòng)校對(duì)功能；3.具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功第2章 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘硬件選擇分析考慮單片機(jī)貨源充足、價(jià)格低廉，可軟硬件結(jié)合使用，能夠較方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的多功能性，故采用單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)。目前在單片機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用比較廣泛的微處理器芯片主要為8XC5X系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)均采用標(biāo)準(zhǔn)MCS-52內(nèi)核，硬件資源相互兼容，品類(lèi)齊全，功能完善，性能穩(wěn)定，體積小，價(jià)格低廉，貨源充足，調(diào)試和編程方便，所以應(yīng)用極

8、為廣泛。例如比較常用的AT89C2052單片機(jī)，帶有2KB Flash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器（E2PROM）的低壓、高性能8位CMOS微型計(jì)算機(jī)。擁有15條可編程I/O引腳，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UART通道，并能直接驅(qū)動(dòng)LED輸出。僅僅是為了完成時(shí)鐘設(shè)計(jì)或者是環(huán)境溫度采集設(shè)計(jì)，應(yīng)用AT89C2052單片機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)。但是將兩種功能結(jié)合在一片單片機(jī)上，就需要更多的I/O引腳，故本設(shè)計(jì)采用具有32根I/O引腳的AT89C52單片機(jī)。AT89C52單片機(jī)是一款低功耗，低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB（可經(jīng)受1000次擦寫(xiě)周期）的FLASH可編程可反復(fù)擦

9、寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM），器件采用CMOS工藝和ATMEI公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)器（NURAM）技術(shù)制造，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-52兼容。片內(nèi)的FLASH存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程。因此，AT89C52是一種功能強(qiáng)，靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用在各個(gè)控制領(lǐng)域6。AT89C52具有以下主要性能：1. 4KB可改編程序Flash存儲(chǔ)器；2. 全靜態(tài)工作：024Hz；3. 1288字節(jié)內(nèi)部RAM；4. 32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口；5. 6個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； 2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器；6. 可編程串行通道；7. 片內(nèi)時(shí)鐘振

10、蕩器。此外，AT89C52是用靜態(tài)邏輯來(lái)設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟件來(lái)選擇的省電方式空閑方式（Idle Mode）和掉電方式（Power Down Mode）。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。圖2.1 AT89C52芯片PDIP封裝引腳圖AT89C51為適應(yīng)不同的產(chǎn)品需求，采用PDIP、TQFP、PLCC三種封裝形式，本系統(tǒng)采用雙列直插PDIP封裝形式。2.1.2 DS1302簡(jiǎn)介DS1302是美國(guó)

11、DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片，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、月和年，一個(gè)月小于31天時(shí)可以自動(dòng)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)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。有主電源和備份電源雙引腳，而且備份電源可由大容量電容（1F）來(lái)替代。需要強(qiáng)調(diào)的是，DS1302需要使用32.768KHz的晶振。2.1.3 DS1302引腳說(shuō)明圖2.2 DS1302芯片引腳圖其的

12、引腳功能參照表2.1。表2.1 DS1302引腳功能說(shuō)明引腳號(hào)名稱(chēng)功能1VCC1備份電源輸入2X13X24GND地5RST控制移位寄存器/復(fù)位6I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出7SCLK串行時(shí)鐘8VCC2主電源輸入電子鬧鐘至少要包括秒信號(hào)發(fā)生器、時(shí)間顯示電路、按鍵電路、供電電源、鬧鈴指示電路等幾部分。硬件電路框圖參照?qǐng)D2.3。該系統(tǒng)使用AT89C51單片機(jī)作為核心，通過(guò)讀取時(shí)鐘日歷芯片DS1302數(shù)據(jù)，完成此電子時(shí)鐘的主要功能時(shí)鐘。使用比較通用的8段共陽(yáng)數(shù)碼管，做7位顯示，分別顯示時(shí)、分、秒。圖2.3 多功能電子時(shí)鐘硬件系統(tǒng)框圖鍵盤(pán)是為了完成時(shí)鐘/日歷的校對(duì)和日歷/溫度的顯示功能。由于此電子時(shí)鐘要求具有鬧

13、鈴功能，所以設(shè)計(jì)有鬧鈴電路，進(jìn)行聲音響鈴。整個(gè)電路使用了兩種電源，+5V電源將為整個(gè)電路供電。而+3V電源僅作為DS1302的備用電源。當(dāng)+5V電源被切斷后，DS1302啟用+3V電源，可以保持DS1302繼續(xù)工作。當(dāng)+5V電源恢復(fù)供電，LED依舊顯示當(dāng)前時(shí)間，而不會(huì)因?yàn)閿嚯娛瓜到y(tǒng)復(fù)位到初始化時(shí)間，避免了重新校時(shí)的麻煩。系統(tǒng)時(shí)鐘應(yīng)用了實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片DS1302，其連接如圖2.4。該硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。如圖，AT89C51單片機(jī)P1.7直接接DS1302的RST端，上電后，AT89C51的P1.7腳自動(dòng)輸出高電平。P1.5作為串行時(shí)鐘接口，P1.6作為時(shí)鐘數(shù)據(jù)的I/O。DS1302

14、采用雙電源供電，平時(shí)由+5V電源供電，當(dāng)+5V掉電之后，由圖中BT1（+3V備用電池）供電。特別需要注意X1和X2兩端連接的晶振Y1，該晶振頻率為32.768KHz。圖2.4 系統(tǒng)時(shí)鐘電路采用蜂鳴器鬧鈴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，但是發(fā)出的鬧鈴聲音單一。也可以在編程的時(shí)候編寫(xiě)一段音樂(lè)程序，待鬧鈴時(shí)間到時(shí)，調(diào)用該音樂(lè)程序給揚(yáng)聲器，便響起音樂(lè)。不過(guò)該方法只能做一些簡(jiǎn)單音樂(lè)，并且音樂(lè)程序會(huì)占用很多單片機(jī)存儲(chǔ)資源。還有一種方法是采用錄音放音芯片1420做鬧鈴，先對(duì)錄放音設(shè)備錄入一段音樂(lè)，當(dāng)?shù)皆O(shè)定時(shí)間時(shí)，單片機(jī)控制錄放音設(shè)備放音。采用錄放音電路，鈴聲可以是預(yù)先設(shè)定的一段自己喜歡的音樂(lè)，符合電器設(shè)備人性化的要求。

15、且1420芯片可以分段錄音，還具有語(yǔ)音報(bào)時(shí)功能。另外，也可以購(gòu)置一塊音樂(lè)集成電路，加置在單片機(jī)和蜂鳴器之間，當(dāng)單片機(jī)連接鬧鈴電路的管腳送出高電平時(shí)，音樂(lè)集成電路會(huì)給蜂鳴器特定脈沖，使蜂鳴器發(fā)聲。此類(lèi)集成電路體積較小，使用方便，不足的是音樂(lè)簡(jiǎn)單、單一。第三章Protel軟件畫(huà)原理圖原理圖第4章 proteus軟件仿真及調(diào)試 利用keil軟件編寫(xiě)源程序。在protues中畫(huà)好其電路圖如下圖4.1所示：在硬件調(diào)試完畢的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步完善程序，也就是進(jìn)入軟件調(diào)試階段。在本設(shè)計(jì)中，軟件調(diào)試主要分兩大部分：實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷子程序調(diào)試、按鍵子程序調(diào)試。將這兩部分調(diào)試成功，那么整個(gè)設(shè)計(jì)的軟件部分也就基本完成了

16、。圖4.1 數(shù)字鐘仿真圖第五章源程序用C語(yǔ)言編寫(xiě)：#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar data_7seg10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,;uchar hour,min,sec;sbit shi=P10;sbit fen=P11;sbit miao=P12;sbit rst=P14;sbit sck=P15;sbit io=P16;sbit fm=P17;/*函數(shù)聲明：*/void write_ds1302_

17、byte(uchar dat);void write_ds1302(uchar add,uchar dat);uchar read_ds1302(uchar add);void read_rtc();void set_rtc();void display();void delay(int n);void show();void fmzz(); /*DS1302單字節(jié)寫(xiě)入：*/void write_ds1302_byte(uchar dat)uchar i;for (i=0;i1;sck=1; /*DS1302多字節(jié)寫(xiě)入：*/void write_ds1302(uchar add,uchar d

18、at)rst=0;_nop_();sck=0;_nop_();rst=1;_nop_();write_ds1302_byte(add);write_ds1302_byte(dat);rst=0;_nop_();io=1;sck=1; /*DS1302讀?。?/uchar read_ds1302(uchar add)uchar i,value;rst=0;_nop_();sck=0;_nop_();rst=1;_nop_();write_ds1302_byte(add);for (i=0;i1;sck=0;if (io) value=value|0x80;sck=1;rst=0;_nop_();

19、sck=0;_nop_();sck=1;io=1;return value; /*調(diào)整時(shí)間：*/void set_rtc() if (shi=0) delay(100); if (shi=0) hour=(hour4)*10+(hour&0x0f); hour+; if (hour=24) hour=0; hour=(hour/10)4)*10+(min&0x0f); min+; if (min=60) min=0; min=(min/10)4)*10+(sec&0x0f); sec+; if (sec=60) sec=0; sec=(sec/10)4)+(sec%10); write_ds1

20、302(0x80,sec); /*讀取時(shí)間：*/void read_rtc() hour=read_ds1302(0x85); min=read_ds1302(0x83); sec=read_ds1302(0x81); /*顯示時(shí)間：*/void display() unsigned int a=1;P2=0x01;P0=data_7seghour/16;delay(a);P2=0x02;P0=data_7seghour%16;delay(a);P2=0x04;P0=data_7segmin/16;delay(a);P2=0x08;P0=data_7segmin%16;delay(a);P2=0x10;P0=data_7segsec/16;delay(a);P2=0x20;P0=data_7segsec%16;delay(a); /*蜂鳴：