基于51單片機的數(shù)字電子時鐘設(shè)計(共19頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 成 績 評 定 表學生姓名班級學號專 業(yè)課程設(shè)計題目基于51單片機的數(shù)字電子時鐘設(shè)計評語組長簽字：成績?nèi)掌?年 月 日課程設(shè)計任務(wù)書學 院專 業(yè)學生姓名班級學號課程設(shè)計題目實踐教學要求與任務(wù):通過本課程設(shè)計使學生進一步鞏固智能儀表綜合設(shè)計的基本概念、理論、分析方法和實現(xiàn)方法；增強學生軟件編程實現(xiàn)能力和解決實際問題的能力。1、熟悉所確定的題目從問題需求,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),程序結(jié)構(gòu),難點及關(guān)鍵技術(shù)等方面進行分析,形成系統(tǒng)的設(shè)計方案；2、根據(jù)方案設(shè)計硬件電路； 3、軟件編程并調(diào)試；4、完成文檔整理,按照軟件工程的要求完成設(shè)計論文；5、通過答辯的形式對程序的功能進行評價與驗收。工作

2、計劃與進度安排:第12周-第13周：布置設(shè)計任務(wù)，查資料，完成總體設(shè)計框架，完善設(shè)計內(nèi)容，系統(tǒng)調(diào)試，驗收答辯。指導教師： 年 月 日專業(yè)負責人： 年 月 日學院教學副院長：年 月 日專心-專注-專業(yè)摘要數(shù)字鐘因其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費的喜愛，因此得到了廣泛的使用。單片機為基礎(chǔ)上設(shè)計出來的數(shù)字時鐘數(shù)字鐘，在日常生活中最常見，應(yīng)用也最廣泛。本次課程設(shè)計的時鐘就是以STC89C52單片機為核心，配備LED顯示模塊、時鐘模塊、等功能模塊的數(shù)字電子鐘。采用24小時制方式顯示時間。文章主要從硬件設(shè)計和軟件編程兩個大的方面。硬件電路設(shè)計主要包括中央處理模塊、時鐘

3、模塊，顯示模塊等幾部分。時鐘電路采用DS1302芯片，并選用LED顯示器。軟件方面用keil C語言來實現(xiàn)。軟硬件配合，達到電子時鐘精準的顯示。關(guān)鍵字：單片機，時鐘模塊，精準目錄1緒論1.1設(shè)計概述在單片機技術(shù)日趨成熟的今天，其靈活的硬件電路和軟件程序的設(shè)計，使單片機得到廣泛的應(yīng)用，從小的電子產(chǎn)品，到大的工業(yè)控制，單片機都起到了舉足輕重的作用。數(shù)字電子時鐘是基于單片機和DS1302時鐘芯片的一種計時工具。通過計數(shù)方式進行滿六十秒分鐘進一，滿六十分小時進一，滿二十四小時小時清零，從而達到精確地計時的功能數(shù)字電子時鐘是人民日常生活補課缺少的工具。具有體積小、功耗低、功能強、性價比高、易于推廣應(yīng)用的

4、優(yōu)點，在自動化裝置、智能儀器表、過程控制、通信、家用電器等許多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。1.2技術(shù)簡述數(shù)字電子時鐘系統(tǒng)中用到的單片機是一種集成。在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。STC89C52單片機采取的半導體工藝，具有很多顯著的特點，集成度高，體積小。內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。同時控制功能強、功耗小、電壓低。外部總線采用串行總線連接，縮小了體積。并且其系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置典型、

5、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。時鐘模塊選取的DS1302芯片是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能。DS1302芯片工作電壓為2.5V5.5V。同時采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。具有用于高速數(shù)據(jù)暫存的 31×8 RA

6、M，2引腳的串行 I/O，2.5-5.5V滿度工作范圍，用于時鐘或RAM數(shù)據(jù)讀寫的單字節(jié)和多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送，雙電源引腳，可選慢速充電至VCC1等特性。1.3本課題的背景1957年,Ventura發(fā)明了世界上第一個電子表，從而奠定了電子時鐘的基礎(chǔ)，電子時鐘開始迅速發(fā)展起來。本次課程設(shè)計是基于單片機的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)方式進行滿六十秒分鐘進一，滿六十分小時進一，滿二十四小時小時清零。從而達到計時的功能，是人民日常生活補課缺少的工具。1.4本課題的意義隨著現(xiàn)代人類生活節(jié)奏的加快，人們越來越重視起了時間觀念，可以說是時間和金錢劃上了等號。對于那些對時間

7、把握非常嚴格和準確的人或事來說，時間的不準確會帶來非常大的麻煩，所以用液晶屏為顯示器的時鐘比指針式的時鐘表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢。DS1302時鐘芯片確定時間準確性更高，并且其成本相對更低。現(xiàn)在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、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用液晶顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、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。同時在本次課程設(shè)計中，將再次熟悉和練習proteus工具軟件的使用，復習KEIL C語言編

8、程。對智能儀器儀表課程理論知識提供實踐基礎(chǔ)，并完善智能儀器儀表課程的知識結(jié)構(gòu)，形成智能儀器儀表的全方位知識貫通。達到理論知識與動手實踐相結(jié)合。2系統(tǒng)設(shè)計2.1設(shè)計目的1、掌握電子時鐘的基本工作方式。2、熟悉DS1302芯片的特性。3、通過使用各基本指令，進一步熟練掌握單片機的編程和程序調(diào)試。4、制作一款廉價精準的電子時鐘。2.2設(shè)計功能及要求1、液晶顯示器可以精確顯示動態(tài)時間。2、單片機發(fā)送的信號通過程序控制液晶上顯示。3、單片機通過輸出各種電脈沖信號來驅(qū)動控制各部分正常工作。4、時鐘走時與標準時間一致，可校對時間。2.3設(shè)計思路利用AT89C52單片機及DS1302時鐘芯片的特點，設(shè)計一種基

9、于DS1302單片機控制，再利用液晶顯示的數(shù)字鐘。本系統(tǒng)利用AT89S52作為CPU進行總體控制，采用晶振電路作為驅(qū)動電路，由延時程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒定時，達到時分秒的計時，通過DS1302時鐘芯片獲取準確詳細的年、月、日、周、日、時、分、秒準確時間，對時鐘信號進行控制，同時利用液晶顯示芯片LCD1602對時間進行準確顯示年、月、日、周、日、時、分、秒。2.4硬件方案硬件系統(tǒng)主要分為控制模塊，時鐘模塊，顯示模塊三個部分。其中控制imokuai由STC89C52做為核心控制器，包括復位電路和晶振電路。時鐘模塊采用低功耗，高精準的DS1302芯片做為時鐘芯片，輔以3V電池保證斷電后時鐘芯片繼續(xù)

10、計時。顯示模塊液晶顯示器采用具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等諸多優(yōu)點的1602液晶顯示器做為時間顯示屏，通過總線與控制模塊連接。2.4.1時鐘芯片的選擇由于使用單片機來實現(xiàn)電子萬年歷設(shè)計，無外接其他芯片，存在精度不夠高，誤差較大，掉電后丟失所有數(shù)據(jù)，軟件編程較復雜的問題。所以決定采用一個實時的時鐘和日歷的時鐘芯片，以便對一些實時發(fā)生事件記錄時給予時標。DS1302時鐘芯片具有功耗低、精確度高、軟件程較簡單，芯片的體積小、芯片成本低等，諸多優(yōu)點，所以本設(shè)計采用DS1302作為實時時鐘芯片。2.4.2顯示屏的選擇LCD1602具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，對比度可調(diào)、內(nèi)含

11、復位電路、提供各種控制命令等特點，完全滿足本次設(shè)計的需要，因此選擇用LCD1602作為顯示器使用。2.4.3單片機的選擇STC89C52單片機具有性價比高、集成度高、體積小、可靠性強、電壓低、功耗小的特點。其把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力，適合在惡劣環(huán)境下工作。外部總線采用串行總線連接，系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。所以本設(shè)計采用STC89C52做為控制核心單片機。2.5軟件方案軟件程序采用KEIL C 語言編程，程序設(shè)置在單片機內(nèi)部存儲器設(shè)三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器

12、與軟件結(jié)合實現(xiàn)1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應(yīng)的秒值加1；若秒值達到60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加1；若分值達到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達到24，則將十字節(jié)清零。當單片機不上電，單片機程序不執(zhí)行，由3V電池繼續(xù)為DS1302芯片供電，使時鐘斷電不斷時。2.6整體方案主控制器時鐘電路晶振電路復位電路液晶顯示系統(tǒng)設(shè)計利用單片機進行控制，采用DS1302作為實時時鐘芯片，其三線接口SCLK、I/O、/RST與單片機進行同步通信，P1口用作觸發(fā)開關(guān)的通信接口。使用單片機的P0口作為液晶顯示屏的顯示端口，液晶顯示屏所顯示的數(shù)據(jù)全都通過P0口接收與發(fā)送。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如

13、圖1。圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.7元器件清單系統(tǒng)需要SCT89C52單片機、DS1302時鐘芯片等電子元器件，具體名稱和型號如表1。表1.元器件清單序號名稱型號數(shù)量1單片機STC89C5212時鐘模塊DS1302模塊13顯示屏LCD160214排阻1K15按鍵4*426瓷片電容22pf27電解電容20uf13硬件設(shè)計3.1單片機最小系統(tǒng)51單片機是片內(nèi)有程序存儲器的單片機，要構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時只要將單片機接上外部的晶體或時鐘電路和復位電路即可。如圖2所示。這樣構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠，其特點是沒有外部擴展，有可供用戶使用的大量的IO線。圖2單片機最小系統(tǒng)3.1.1時鐘電路STC89C51單片機內(nèi)部的

14、振蕩電路是一個高增益反向放大器，引線X1和X2分別是放大器的輸入端和輸出端。單片機內(nèi)部雖然有振蕩電路，但要形成時鐘，外部還需附加電路。AT89C51的時鐘產(chǎn)生方式有兩種：內(nèi)部時鐘電方式和外部時鐘方式。由于外部時鐘方式用于多片單片機組成的系統(tǒng)中，所以本系統(tǒng)選用內(nèi)部時鐘方式，如圖3所示.圖3片內(nèi)振蕩電路的時鐘電路內(nèi)部時鐘方式：利用其內(nèi)部的振蕩電路在X1和X2引線上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩。最常用的是在 X1和X2之間接晶體振蕩器與電路構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，其中晶振選用振蕩頻率為12MHz的石英晶體，電容器采用30PF。3.1.2復位電路單片機的REST引腳持續(xù)兩個周期以上高電平則單片

15、機所有的I/O口都將復位到“1”狀態(tài)，編程地址計數(shù)器復位到000H，針對這一特點在按鈕兩端并聯(lián)一10f的電解電容，正極接電源，這樣在按鈕按下又釋放后由于電容的充電可以在電阻兩端維持至少兩個時鐘周期以上的高電平，電路如圖4所示。圖4復位電路3.2時鐘電路時鐘電路DS1302與單片機的連接需要3條線：CE 引腳、SCLK 串行時鐘引腳、I/O 串行數(shù)據(jù)引腳，Vcc2為備用電源，外接32.768kHz 晶振，為芯片提供計時脈沖。電路圖如圖5所示。圖5時鐘電路3.3電源電路外接電源電路用于連接外部5V電源與電子時鐘電路，通過自鎖開關(guān)控制電路的導通與斷開，當開關(guān)閉合時，電路導通，外部電源給電路正常供電，

16、電子時鐘正常工作。當開關(guān)斷開時，電路停止工作。而二極管的亮滅與否就是看電路是否能正常的工作。電路圖如圖6所示。圖6電源電路3.4系統(tǒng)整體電路復位電路，晶振電路與單片機一起構(gòu)成了控制電路。將顯示屏按次序連接到單片機上，其他各部分電路按結(jié)構(gòu)連接到一起，構(gòu)成完整系統(tǒng)電路圖，電路圖如圖7所示。圖7整體電路圖3.5系統(tǒng)仿真使用proteus軟件建立相應(yīng)工程，加入各部原件并按系統(tǒng)電路圖進行連接，制作系統(tǒng)仿真。系統(tǒng)仿真圖如圖8所示。圖8系統(tǒng)仿真圖3.6硬件制作.按照硬件電路設(shè)計的電路圖，結(jié)合仿真進行硬件電路實物的搭建，在搭建過程中充分利用可活動的杜邦線進行電路的連接。硬件實物如圖9所示。圖9硬件實物4軟件設(shè)

17、計4.1程序設(shè)計步驟軟件設(shè)計主要包括執(zhí)行軟件的設(shè)計和監(jiān)控軟件的設(shè)計。設(shè)計步驟如下所示。1、 采用模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，將整個軟件分成若干功能模塊。2、繪制程序流程圖。3、根據(jù)流程圖，編寫源程序。4、上機調(diào)試各模塊程序。4.2系統(tǒng)主程序開始時，先對變量進行初始化，然后對DS1302進行處理，使其不具備寫保護，這樣才能給DS1302通信，使其能與單片機交換數(shù)據(jù)。給DS1302連續(xù)的脈沖，接著向1302內(nèi)部寫入地址，直至寫完。最后由單片機與DS1302通信，讀取DS1302內(nèi)部的地址，直至讀取完畢，然后單片機把所讀到的數(shù)據(jù)傳送給1602，使數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在液晶屏上，這樣，整個主程序流程圖就完成了。主程序

18、流程圖如圖10所示。圖10主程序流程圖4.3時鐘模塊子程序YN時鐘模塊子程序運行時程序先對DS1302時鐘芯片進行初始化，使DS1302時鐘芯片不受寫保護，方便單片機對DS1302時鐘芯片進行數(shù)據(jù)寫入。在連續(xù)的脈沖作用下，單片機不斷地將數(shù)據(jù)寫入1302時鐘芯片的地址中，直至需要調(diào)時時，這時改變后的數(shù)據(jù)會儲存在1302時鐘芯片新的地址上，讀取時直接把新的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?602液晶顯示屏上，即完成了調(diào)時。時鐘模塊子程序流程圖如圖11所示。圖11時鐘模塊子程序4.4顯示模塊子程序顯示模塊子程序啟動時，程序首先對1602液晶顯示屏進行初始化，然后檢測單片機對1602液晶顯示屏有沒有進行數(shù)據(jù)寫入。當單片機對

19、1602液晶顯示屏有數(shù)據(jù)寫入時，1602液晶顯示屏便讀出數(shù)據(jù)并進行顯示；當單片機對1602液晶顯示屏沒有數(shù)據(jù)寫入時，則保持1602液晶顯示屏一直處于等待的狀態(tài)，直至單YN片機對其有數(shù)據(jù)寫入。顯示模塊子程序流程圖如圖12所示。圖12顯示子模塊流程圖4.5主程序時鐘采用KEIL C語言進行編程，按程序流程進行程序編寫，時鐘程序的主體部分如下：main()DS1302_GetTime(&CurrentTime);DateToStr(&CurrentTime);TimeToStr(&CurrentTime);GotoXY(6,0);Print(CurrentTime.DateString);GotoXY(6,1);Print(CurrentTime.TimeString);Delay1ms(300);5聯(lián)機調(diào)試將寫好的程序生成HEX文件，打開繪制好的proteus仿真圖，將HEX文件下載到單片機中，點擊運行按鈕，程序正常運行，LCD1602準確的顯示。Proteus仿真正確的顯示動態(tài)時間，如圖13所示。圖12調(diào)試結(jié)果仿真運行正常后，將程序下載到單片機中，運行實物作品。結(jié)果出現(xiàn)液晶顯示無法正常顯示的問題。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)AT89C52的P0在進高電平時沒有接上拉電阻導致LCD1602無法正常顯示時間。于