基于DS1302電子時鐘的設(shè)計概要

單片機應用課程設(shè)計報告（2012~2013學年第2學期）設(shè)計題目：基于DS1302電子時鐘的設(shè)計班別：姓名：指導教師：時間：目錄1設(shè)計任務(wù) 32系統(tǒng)總體方案設(shè)計 32.1各個模塊方案論證 32.1.1時鐘芯片的選擇 32.1.2顯示器的選擇 32.2總體方案設(shè)計 43硬件電路設(shè)計 43.1單片機最小系統(tǒng) 43.21302時鐘電路 53.3按鍵調(diào)時電路 54系統(tǒng)軟件設(shè)計 64.1主程序流程圖 64.2子程序流程圖 74.2.1DS1302子程序流程圖 74.2.21602子程序流程圖 84.3按鍵校正調(diào)時程序 85實物調(diào)試 95.1實物性能分析 95.2總結(jié) 12附錄1 14（1）系統(tǒng)總電路圖 14（2）系統(tǒng)仿真圖 14附錄2 16部分程序清單 161設(shè)計任務(wù)基本要求：采用DS1302時鐘芯片與單片機STC89C52相結(jié)合設(shè)計電子時鐘來顯示出實時年、月、日、時、分、秒等時間，并且可以通過按鍵進行時間調(diào)整。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1各個模塊方案論證2.1.1時鐘芯片的選擇由于設(shè)計的是電子時鐘，而單片機STC89C52自帶計時功能，利用單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示和調(diào)整是可行的，采用單片機計時，利用它的一個16位定時器/計數(shù)器每50ms產(chǎn)生一個中斷信號，中斷20次后產(chǎn)生一個秒信號，然后根據(jù)時間進制關(guān)系依次向分、時、日、星期、月、年進位。這樣就實現(xiàn)了直接用單片機來實現(xiàn)電子萬年歷設(shè)計。用單片機來實現(xiàn)電子萬年歷設(shè)計，無須外接其他芯片，充分利用了單片機的資源。但是精度不夠高，誤差較大，掉電后丟失所有數(shù)據(jù)，軟件編程較復雜。在以單片機為核心構(gòu)成的裝置中，經(jīng)常需要一個實時的時鐘和日歷，以便對一些實時發(fā)生事件記錄時給予時標，實時時鐘芯片便可起到這一作用。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，外加掉電存儲電路、顯示電路、鍵盤電路，即構(gòu)成一個基本的電子萬年歷系統(tǒng)。由于在系統(tǒng)設(shè)計時，需要考慮以下幾點因素：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，而DS1302芯片有上面所述的諸多優(yōu)點，所以本設(shè)計采用DS1302作為實時時鐘芯片。2.1.2顯示器的選擇LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出需要的字符，但此次設(shè)計需要顯示漢字，如果選用數(shù)碼管來顯示漢字，則會需要數(shù)十個，這樣就會產(chǎn)生浪費，而且不方便控制，不符合設(shè)計的初衷。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。2.2總體方案設(shè)計DS1302具有自身計時的功能，但是自身卻沒法顯示并且調(diào)整時間，這時就不可避免的要使用到單片機STC89C52，它可以作為一個橋梁，架接液晶顯示器和DS1302，并且利用單片機的專用端口可以實現(xiàn)調(diào)整時間的功能。利用單片機STC89C52實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示和調(diào)整是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，在整個系統(tǒng)中，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，P1口用作觸發(fā)開關(guān)的通信接口，這樣單片機可以較好地完成時間的顯示與調(diào)整。3硬件電路設(shè)計3.1單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)是時鐘的主要控制器，它是連接外圍與時鐘電路、輸入按鍵、顯示器LCD1602的紐帶。它主要由STC89C52單片機、單片機晶振電路與單片機復位電路組成。單片機最小系統(tǒng)如圖1所示。圖1單片機最小系統(tǒng)電路晶振系統(tǒng)由兩個30pf的陶瓷電容和一個12MHz的晶振組成，分別接在XTAL1、XTAL2上，在單片機內(nèi)部，這兩個端口是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)震蕩器，它決定了單片機的時鐘周期。單片機有一個復位引腳RST，高電平有效，只要RST保持高電平，單片機將循環(huán)復位，復位期間，ALE、PSEN輸出高電平。RST從高電平變?yōu)榈碗娖街螅琍C指針變?yōu)?000H，使單片機從程序存儲器地址為0000H的單元開始執(zhí)行。當單片機執(zhí)行程序出錯或進入死循環(huán)時，也可按復位按鈕重新啟動。3.21302時鐘電路時鐘電路是時間計時的基本電路，時鐘電路一般由DS1302時鐘芯片和32.768MHz晶振構(gòu)成。理論上在晶振兩端加兩個6pf的電容，可以使晶振頻率更為精確。DS1302時鐘電路圖如圖2所示。圖21302時鐘電路按鍵調(diào)時電路按鍵調(diào)時電路主要的作用是校正時間，它包含有五個動作：進入(S3)，退出(S6)，加一(S4)，減一(S5)，切換(S2)。要進行校正調(diào)時，要首先按啟動按鈕，啟動按鍵有效之后，其他按鍵才能被解鎖，如果啟動按鍵判斷無效，其余按鍵將被鎖定，按退出按鍵就會退出校正調(diào)時狀態(tài)。按鍵調(diào)時電路如圖3所示。圖3按鍵校正調(diào)時電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計DS1302是利用單片機控制來實現(xiàn)時鐘計時，C語言具有簡單易懂，條理清晰，易于修改的特點，因此應用起來就比較方便。4.1主程序流程圖圖4主程序流程圖開始時，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。主程序流程圖如圖4所示。4.2子程序流程圖4.2.1DS1302子程序流程圖DS1302子程序流程圖如圖5所示。開始開始DS1302初始化DS1302初始化寫入數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)計數(shù)計數(shù)是否校正調(diào)時是 是否校正調(diào)時讀出數(shù)據(jù)否讀出數(shù)據(jù)圖5DS1302子程序流程圖圖5展示了DS1302工作的一個工作流程：首先便是對DS1302進行初始化，使其不受寫保護，方便數(shù)據(jù)寫入，在連續(xù)的脈沖作用下，不斷有數(shù)據(jù)寫入1302的地址中，直至需要調(diào)時，這時改變后的數(shù)據(jù)就會儲存在新的地址上，讀取時便可把新的數(shù)據(jù)傳輸在1602上，即完成了調(diào)時。4.2.21602子程序流程圖開始開始1602初始化1602初始化寫入數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)是否有寫入是否有寫入否 是讀出數(shù)據(jù)顯示讀出數(shù)據(jù)顯示 圖61602子程序流程圖1602顯示器的工作流程圖展示了1602的工作流程：啟動時，首先對1602進行初始化，然后檢測有沒有數(shù)據(jù)寫入，當有數(shù)據(jù)寫入時，1602便讀出數(shù)據(jù)并顯示，沒有數(shù)據(jù)寫入時，1602就一直處于等待中，直至有數(shù)據(jù)寫入。1602子程序流程圖如圖6所示。4.3按鍵校正調(diào)時程序……………… if(num==1) { enable(0xc0+12); if(jia==0) delay(5); if(jia==0) { while(!jia); sec=bcdtodec(uc_R1302(0x81)&0x7f); sec++; if(sec>59) sec=0; L1602_char(2,12,sec/10+48); L1602_char(2,13,sec%10+48); v_W1302(0x80,dectobcd(sec)|0x80); } if(jian==0) delay(5); if(jian==0) { while(!jian); sec=bcdtodec(uc_R1302(0x81)); sec--; if(sec==-1) sec=59; L1602_char(2,12,sec/10+48); L1602_char(2,13,sec%10+48); v_W1302(0x80,dectobcd(sec)|0x80); } }………………這是整個調(diào)時系統(tǒng)的一部分，它實現(xiàn)了時間的調(diào)整這一功能。全部程序詳見附錄。5實物調(diào)試5.1實物性能分析用KEIL編寫程序軟件編寫程序、經(jīng)過Proteus仿真軟件仿真調(diào)試之后，確認了此系統(tǒng)可正常運行，在這樣的前提下，我們利用一個單片機最小系統(tǒng)、一塊用萬用板焊接的模塊和一個1602液晶完成了第一次實物仿真。本次實物如圖7所示。雖然本次調(diào)試測試沒有達到要求，但是為后續(xù)工作打下了不可替代的基礎(chǔ)。圖7萬用板實物我們在第一次的嘗試之后，發(fā)現(xiàn)無較大問題存在，于是就嘗試著做出了我們此次課程設(shè)計的第一塊PCB板，在仔細檢查了整個電路無誤之后我們就開始了我們的嘗試，第一塊板的造型是深思熟慮之后才最終定稿的?？赡苁怯捎诘谝淮巫鲭p面板，技術(shù)不熟練，所以打板的時候就難免出現(xiàn)這樣那樣的問題，我們的第一塊板同樣出現(xiàn)了問題：液晶顯示屏上只顯示三個小亮點，不顯示數(shù)字，實物如圖8所示。圖8第一塊PCB板經(jīng)過這一次的挫折，我們發(fā)現(xiàn)了本來不會出錯的地方，無緣無故的出現(xiàn)了好多問題，導致了第一次試驗沒能成功。但是我們并不氣餒，經(jīng)過細致的檢查，我們找到了大部分的問題，最終我們的第二塊板也很快做出來了，可是問題又出現(xiàn)了：時鐘不走。第二塊PCB板如圖9所示。圖9第二塊PCB板因為時間數(shù)據(jù)一直不走，我們查閱了好多資料，又認真的把相關(guān)知識復習了一遍，最終問題解決了：原來是DS1302的兩個數(shù)據(jù)傳輸線的電流太小，于是我們就在P3.5、P1.6的端口加上了上拉電阻，加大了電流，最終我們完成了設(shè)計。完成的實物如圖10所示。圖10最終設(shè)計5.2總結(jié)首先，這次設(shè)計讓我們更加了解了單片機及其運用，讓我們受益匪淺，在這次設(shè)計中，我們想挑戰(zhàn)一下自己，于是就選用了1602液晶屏來顯示數(shù)字時鐘，我們知道這對我們來說還是有難度的，但是我相信我們一定會克服這個困難的，因為我堅信只有給自己真正的壓力，自己才會獲得真正的知識！在整個方案的探究與決策中，我們自己動手分析設(shè)計程序加深了對自己未知知識的理解和對指令的靈活運用。通過對程序的編譯和電路的仿真，讓我們更加熟悉了仿真軟件的應用，最重要的是使我們能夠更直觀的看到程序運行的結(jié)果，這給了我們極大地鼓勵與信心！此外，通過這次單片機課程設(shè)計，不僅對我們的動手能力有進一步的提高，而且還對我們的性格成長上也產(chǎn)生了很大的影響：設(shè)計操作量大，對我們的習慣和技能要求高，對我們的素質(zhì)發(fā)展有著相當重要的作用，要在操作前應該認真學習理論知識，以便更好地指導實踐，之后應該繼續(xù)思考，把理論與實踐更好地結(jié)合起來，凡事不能操之過急，靜下心來，認真的思考，謹慎的處理好動手與動腦的有效結(jié)合。這種改變無疑讓我們在以后的生活中能獲取更多的益處與經(jīng)驗。本次課程設(shè)計給我印象最深刻的是它給我們啟發(fā)：理論和實踐是兩個不同的過程，理論是不能等于實踐，反之也不行，兩者是有區(qū)別的，有時理論是對的，實踐不一定能體現(xiàn)出來。實踐出來了，不一定能和理論穩(wěn)合呼應。比如，我們在仿真的時候，我們電路和程序沒有問題，完全正確，實驗結(jié)果也與我們預期的一樣，這是我們產(chǎn)生了“此次設(shè)計如此簡單，只要把電路圖連對就行了”錯誤想法，結(jié)果做出來的實物并沒有按照我們的預期展現(xiàn)給我們：又有問題了！經(jīng)過我們認真仔細的檢查，又查閱了眾多的資料，把以前的資料又習一遍，最終問題找到了。在找到問題的那一瞬間，我真切的感受到了理論與實際的切切實實的聯(lián)系，所有的東西并不是理論是正確的，實際也是正確的：我們按照仿真的電路圖連結(jié)起來的電路在真正做出來時，DS1302的兩個數(shù)據(jù)傳輸端口因為電流過小而不能工作，我們在P3.5和1.6端口的后面接上了上拉電阻，這樣我們的作品才真正的完成了?！白x萬卷書，不如行萬里路”，現(xiàn)在我終于明白這句從古至今都在流傳的話了，一句名言存在自有它存在的道理。我們會謹記此次設(shè)計帶給我們的啟發(fā)，我們一定會認真的去思，仔細的去體會此次設(shè)計的真正意義……參考文獻[1]譚浩強主編.C程序設(shè)計題解與上機指導（第3版）[M].北京，清華大學出版社，2005.16-24[2]謝維成楊家國董秀成,單片機原理與應用及C51程序設(shè)計（第2版）[M],北京，清華大學出版社，2009.7.25-36附錄1系統(tǒng)總電路圖系統(tǒng)總電路圖，如圖11所示。圖11系統(tǒng)總電路圖（2）系統(tǒng)仿真圖系統(tǒng)仿真圖，如圖12所示。圖12系統(tǒng)仿真圖（3）PCB板設(shè)計使用的PCB如圖13、14所示圖13PCB板正面圖14PCB板反面附錄2程序清單：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitACC0=ACC^0;sbitACC7=ACC^7;sbitt=P1^0;sbitjia=P1^1;sbitjian=P1^2; sbitm=P1^3;sbitT_CLK=P1^6;sbitT_IO=P3^5;sbitT_RST=P1^7;sbitE=P2^7;//1602sbitRW=P2^6; sbitRS=P2^5; voidv_W1302(ucharucAddr,ucharucDa); ucharuc_R1302(uchar); uchardectobcd(ucharbcd);ucharbcdtodec(uchar);voiddelay(ucharx){uchari;while(x--)for(i=0;i<110;i++);}voidenable(uchardel){RS=0;RW=0;P0=del;E=1;delay(3);E=0;}voidwrite(uchardel){RS=1;RW=0;P0=del;E=1;delay(3);E=0;}voidL1602_init(void){enable(0x01); enable(0x38); enable(0x06); enable(0x0c); E=0;}voidL1602_char(ucharhang,ucharlie,charsign){uchara;//if(hang==1)a=0x80;if(hang==2)a=0xc0;a=a+lie-1;enable(a);write(sign);}voidtimechange(){uchara,num=1;ucharhour,min,sec;while(num){if(t==0) delay(5); if(t==0){num++;//beep();while(!t);} if(m==0) delay(5); if(m==0) num=0; enable(0x0f); a=uc_R1302(0x81)|0x80; v_W1302(0x8e,0); v_W1302(0x80,a); if(num==4) num=1; if(num==1) { enable(0xc0+12); if(jia==0) delay(5); if(jia==0) { while(!jia); sec=bcdtodec(uc_R1302(0x81)&0x7f); sec++; if(sec>59) sec=0; L1602_char(2,12,sec/10/*%10*/+48); L1602_char(2,13,sec%10+48); v_W1302(0x80,dectobcd(sec)|0x80); } if(jian==0) delay(5); if(jian==0) { while(!jian); sec=bcdtodec(uc_R1302(0x81)); sec--; if(sec==-1) sec=59; L1602_char(2,12,sec/10/*%10*/+48); L1602_char(2,13,sec%10+48); v_W1302(0x80,dectobcd(sec)|0x80); } }if(num==2){enable(0xc0+9);if(jia==0)delay(5);if(jia==0){min=bcdtodec(uc_R1302(0x83));min++;while(!jia);if(min>59)min=0;L1602_char(2,9,min/10/*%10*/+48);L1602_char(2,10,min%10+48);v_W1302(0x82,dectobcd(min));}if(jian==0)delay(5);if(jian==0){ min=bcdtodec(uc_R1302(0x83)); min--; while(!jian); if(min==-1) min=59; L1602_char(2,9,min/10/*%10*/+48); L1602_char(2,10,min%10+48); v_W1302(0x82,dectobcd(min));}}if(num==3){ enable(0xc0+6); if(jia==0) delay(5);if(jia==0) { hour=bcdtodec(uc_R1302(0x85)); hour++; while(!jia); if(hour>23) hour=0; L1602_char(2,6,hour/10/*%10*/+48); L1602_char(2,7,hour%10+48); v_W1302(0x84,dectobcd(hour));} if(jian==0) delay(5); if(jian==0) { while(!jian); hour=bcdtodec(uc_R1302(0x85)); hour--; if(hour==-1) hour=23; L1602_char(2,6,hour/10/*%10*/+48); 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