電子鐘課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的電子鐘設(shè)計(jì)

1、 煙 臺(tái) 南 山 學(xué) 院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì) 題目 基于單片機(jī)的電子鐘設(shè)計(jì) 姓 名： 吳志濤 所在學(xué)院： 計(jì)算機(jī)與電氣自動(dòng)化學(xué)院 所學(xué)專(zhuān)業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 自動(dòng)化2班 學(xué) 號(hào)： 201002160229 指導(dǎo)教師： 楊國(guó)慶 完成時(shí)間： 2013.9.20 目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求21設(shè)計(jì)的目的22設(shè)計(jì)的指標(biāo)23設(shè)計(jì)的要求2二、總體方案設(shè)計(jì)21設(shè)計(jì)的思路22. 電路的結(jié)構(gòu)特征33. 數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O)3三、單元電路分析與設(shè)計(jì)41. 顯示部分?jǐn)?shù)碼管（LED）42. 鍵盤(pán)部分4四、總原理圖及元器件清單41. 總程序圖42. 時(shí)間產(chǎn)生流程圖53. 按鍵控制流程圖64. 電子鐘軟件系統(tǒng)程序65. 元器

2、件清單9五、軟件仿真9六、結(jié)論與心得10七、參考文獻(xiàn)11一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1 設(shè)計(jì)的目的設(shè)計(jì)一個(gè)帶有年月日、時(shí)分秒及星期顯示的電子鐘。電子鐘的主要功能是給人們提供時(shí)間和日期信息，無(wú)論其形式如何，從外部都可分為顯示和校準(zhǔn)兩部分。為使電子日歷協(xié)調(diào)工作，整個(gè)系統(tǒng)從功能上可分為實(shí)時(shí)時(shí)鐘、顯示和鍵盤(pán)三個(gè)模塊，分別完成時(shí)間和日期的計(jì)算以及人機(jī)交互的管理等。2 設(shè)計(jì)的指標(biāo)電子鐘是一套完整的時(shí)間顯示系統(tǒng)，采用單片機(jī)等控制設(shè)計(jì)作為核心控制器，并能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的日期，能夠設(shè)置時(shí)間等操作。3 設(shè)計(jì)的要求本電子鐘能動(dòng)態(tài)顯示年、月、日、星期、小時(shí)、分鐘、秒。二、總體方案設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定系統(tǒng)由主控模塊

3、、時(shí)控模塊、及顯示模塊和鍵盤(pán)接口模塊共4個(gè)模塊組成。主控芯片使用51系列STC89C52RC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)鐘DS1302。采用DS1302作為計(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電源（2.55.5V電源，再2.5V時(shí)耗電小于300nA），而且DS1302可以編程選擇多種充電電流來(lái)為后備電源進(jìn)行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電。顯示模塊采用普通的共陽(yáng)極四位一體八段LED數(shù)碼管。1 設(shè)計(jì)的思路單片機(jī)顯示系統(tǒng)DS1302鍵盤(pán)圖1 電子鐘的系統(tǒng)框圖2 電路的結(jié)構(gòu)特征1. DS1302的結(jié)構(gòu)及工作

4、原理 DS1302 是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。2. 引腳功能及結(jié)構(gòu) 圖2所示出DS1302 的引腳排列,其中Vcc1 為后備電源，VCC2 為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302 由Vcc1 或Vcc2 兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2 大于Vcc10.2V 時(shí)，Vcc2 給DS1302供電。當(dāng)

5、Vcc2 小于Vcc1 時(shí)，DS1302 由Vcc1 供電。X1 和X2 是振蕩源，外接32.768kHz 晶振。RST 是復(fù)位/片選線，通過(guò)把RST 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST 輸入有兩種功能：首先，RST 接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc2.5V 之前，RST 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。I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說(shuō)明。SCLK 始終是輸入端。圖2 DS1302 引腳圖3. 數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O)在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK 時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入DS1302，數(shù)

6、據(jù)輸入從低位即位0 開(kāi)始。同樣，在緊跟8 位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK 脈沖的下降沿讀出DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0 位到高位7。三、單元電路分析與設(shè)計(jì)1. 顯示部分?jǐn)?shù)碼管（LED）七段數(shù)碼管一般由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中由7個(gè)細(xì)長(zhǎng)的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示，另外一個(gè)圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點(diǎn)。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)發(fā)光?？刂葡鄳?yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的數(shù)符數(shù)量也有限，但其控制簡(jiǎn)單，使有也方便。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱(chēng)為共陽(yáng)極數(shù)碼管，陰極連在一起的稱(chēng)為共陰極數(shù)碼管。2. 鍵盤(pán)部分時(shí)鐘的設(shè)置雖包含數(shù)字，但是我們不

7、建議使用數(shù)字鍵盤(pán)，應(yīng)為數(shù)字鍵盤(pán)將增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度。為使系統(tǒng)盡可能簡(jiǎn)化，鍵盤(pán)部分的設(shè)計(jì)在能夠完成系統(tǒng)要求的前提下，越簡(jiǎn)單越好。所以，時(shí)鐘系統(tǒng)的鍵盤(pán)可以設(shè)置四個(gè)鍵：功能選擇鍵、加1鍵、減1鍵，鬧鐘鍵。四、總原理圖及元器件清單1. 總程序圖 圖3 系統(tǒng)主流程圖圖3為單片機(jī)電子日歷的主流程圖。其具體的工作流程如下：系統(tǒng)通電后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位初始化處理，然后控制主機(jī)AT89C51單片機(jī)從時(shí)鐘芯片DS1302中讀取時(shí)間，存儲(chǔ)到單片機(jī)中，并顯示到LED數(shù)碼管上。顯示的時(shí)間如果與實(shí)際時(shí)間一樣，則結(jié)束，如果不一樣，則進(jìn)行下一步操作。系統(tǒng)一直掃描是否有鍵按下，當(dāng)有按鍵S1按下后，系統(tǒng)進(jìn)入時(shí)間設(shè)定模式，并對(duì)不準(zhǔn)確

8、的時(shí)間進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整，直到設(shè)定完成后，則將設(shè)定后的時(shí)間顯示在LED數(shù)碼管上。2. 時(shí)間產(chǎn)生流程圖圖4 DS1302操作流程圖 圖4為電子日歷的時(shí)間產(chǎn)生流程圖，即DS1302操作流程圖。其具體的工作流程為：系統(tǒng)通電后，開(kāi)始初始化操作，使得DS1302不具備寫(xiě)保護(hù)的模式，同時(shí)當(dāng)復(fù)位端產(chǎn)生一個(gè)高電平時(shí)，對(duì)DS1302進(jìn)行寫(xiě)地址，并延遲一段時(shí)間，向該地址寫(xiě)數(shù)據(jù)，同時(shí)地址增加，如果數(shù)據(jù)寫(xiě)完沒(méi)有寫(xiě)完，則繼續(xù)對(duì)DS1302進(jìn)行寫(xiě)地址操作，否則進(jìn)行下一步操作，當(dāng)給復(fù)位端一個(gè)高電平后，對(duì)DS1302寫(xiě)地址，同時(shí)延遲一段時(shí)間后，將該地址的數(shù)據(jù)讀出來(lái)，同時(shí)地址增加，如果數(shù)據(jù)沒(méi)有讀完，則繼續(xù)對(duì)DS1302進(jìn)行寫(xiě)地址操

9、作，否則即數(shù)據(jù)已經(jīng)讀完，則將讀取出來(lái)的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，并進(jìn)行返回操作。3. 按鍵控制流程圖圖5 按鍵控制流程圖圖5為系統(tǒng)按鍵控制電路流程圖。其具體的工作流程如下：系統(tǒng)一直掃描，當(dāng)按鍵S1按下后，系統(tǒng)進(jìn)入時(shí)間設(shè)定界面，否則系統(tǒng)沒(méi)反應(yīng)，即使按下其他的按鍵也沒(méi)有反應(yīng)。按下S1后，開(kāi)始進(jìn)行時(shí)間設(shè)置，當(dāng)顯示的時(shí)間比實(shí)際的時(shí)間小時(shí)，按下按鍵S3，進(jìn)行時(shí)間的加操作，當(dāng)顯示時(shí)間比實(shí)際時(shí)間大時(shí)，則按下按鍵S4，進(jìn)行時(shí)間的減操作，如果顯示的時(shí)間與實(shí)際的一樣，則按下按鍵S2進(jìn)行移位，對(duì)下一個(gè)時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，如果與實(shí)際時(shí)間不相同，則重復(fù)操作按鍵S3、S4，對(duì)時(shí)間進(jìn)行加減操作，直到設(shè)定的時(shí)間也實(shí)際時(shí)間相同為止，如果完成了設(shè)

10、定，則通過(guò)按鍵S1的操作對(duì)修改和設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行保存，最后退出時(shí)間設(shè)定。偽指令定義。4. 電子鐘軟件系統(tǒng)程序 SEC EQU 30HMINEQU 31HHOUREQU 32HSECGEEQU 7FHSECSHIEQU 7EHMINGEEQU 7CHMINSHIEQU 7BHHOURGE EQU 79HHOURSHIEQU 78H;系統(tǒng)起始程序區(qū) ORG 0000HSTART: LJMP MAINORG 000BHLJMP TC0;顯示子程序;入口:77H,78H,79H,7AH,7BH,7CH,7DH,7EH,7FH,DISP: PUSHDPHPUSHDPLPUSHACCPUSHPSW CLR

11、RS1 ;改變當(dāng)前寄存器組為組1 SETB RS0 MOV R1, #78H ;顯示緩沖存儲(chǔ)單元首地址 MOV R2, #0FEH ;從右至左顯示，共陽(yáng)極 DISP1:MOVA, R1MOVDPTR, #TABMOVC A, A+DPTRMOV P0, A ;送段控 MOV P2, R2 ;送位控LCALL DL ;延時(shí)2毫秒 為什么這里要延時(shí)MOV A, R2JNB ACC.7, DISP2 ;為0轉(zhuǎn)移;RL AINC R1MOV R2, ALJMP DISP1DISP2:POP PSW ;恢復(fù)當(dāng)前寄存器組的組號(hào)POP ACCPOP DPLPOP DPHRET加1子程序SEC_:INCSEC

12、MOV A,SECMOV B,#10DIV ABMOV SECSHI,AMOV SECGE,BMOV A, SECCJNE A, #60,EXIMOV SEC, #0MOV SECGE,#0MOV SECSHI,#0LJMP EXIMIN_:INC MINMOV A,MINMOV B,#10DIV ABMOV MINSHI,AMOV MINGE,BMOV A,MINCJNE A,#60,EXIMOV MIN, #0MOV MINGE,#0MOV MINSHI,#0LJMP EXIHOUR_:INC HOURMOV A,HOURMOV B,#10DIV ABMOV HOURSHI, AMOV H

13、OURGE, BMOV A,HOURCJNE A,#24,EXIMOV HOUR, #0MOV HOURGE, #0MOV HOURSHI, #0EXI:RET5. 元器件清單元器件名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量（個(gè)）單片機(jī)STC89C511時(shí)鐘芯片DS12C8871液晶顯示器LCD16021晶振11.0596MHZ1電阻1K1電阻4.7K1電位器10K1瓷片電容22pF2瓷片電容0.1uF2電源接口5V1杜邦線30排針5按鍵4總計(jì)24表1 元器件清單五、軟件仿真基本顯示原理：時(shí)鐘開(kāi)始顯示為0時(shí)0分0秒，也就是數(shù)碼管顯示000000，然后每秒秒位加1 ，到9后，10秒位加1，秒位回0。10秒位到5后，即59秒

14、，分鐘加1，10秒位回0。依次類(lèi)推，時(shí)鐘最大的顯示值為23小時(shí)59分59秒。這里只要確定了1秒的定時(shí)時(shí)間， 其他位均以此為基準(zhǔn)往上累加。 同時(shí)時(shí)鐘達(dá)到最大值的時(shí)候天數(shù)也增加一位，知道顯示了7后再變?yōu)?，同時(shí)陰歷和陽(yáng)歷的天數(shù)也加1，根據(jù)不同的月份顯示的天數(shù)陽(yáng)歷有28，29，30，31天，陰歷就要經(jīng)過(guò)計(jì)算得到，到了12個(gè)月后，年數(shù)自動(dòng)增加1，以此類(lèi)推，顯示萬(wàn)年歷的現(xiàn)實(shí)。圖6 仿真圖六、結(jié)論與心得在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)精神，分工合作，自主學(xué)習(xí)，通過(guò)對(duì)以前知識(shí)的補(bǔ)充和學(xué)習(xí)。較好的完成了作品，完成了本次課程設(shè)計(jì)的要求。在最初的設(shè)計(jì)中，對(duì)于52單片機(jī)進(jìn)行了充分的了解，并與51相比較，了解了兩種單片機(jī)的

15、不同，并相互學(xué)習(xí)、相互討論、最終決定使用89C52單片機(jī)制作。電路的布局在軟件中進(jìn)行了期間排布，使得期間在板子上盡可能合理分配。程序編寫(xiě)中，由于思路不清晰，開(kāi)始時(shí)遇到了很多的問(wèn)題，通過(guò)和同組員的討論，以及對(duì)大量書(shū)籍資料和論壇中成功的品進(jìn)行借鑒，明白了編程中的的主要算法和實(shí)現(xiàn)，從而解決的大部分問(wèn)題在本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中對(duì)于單片機(jī)功能及應(yīng)用有了充分了認(rèn)識(shí)。充分了解了單片機(jī)的應(yīng)用。并對(duì)只是進(jìn)行了補(bǔ)充學(xué)習(xí)在大量閱讀文獻(xiàn)資料后，感覺(jué)對(duì)單片機(jī)的了解還很少。以后將及時(shí)補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)。七、參考文獻(xiàn)1.李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版2006.022.張俊謨.單片機(jī)中級(jí)教程.北京航空航天大學(xué)出版2006.033.余發(fā)山.單片機(jī)原理及及應(yīng)用技術(shù).中國(guó)礦業(yè)大學(xué)