1、 基于 51单片机多功能数字时钟姓名：刘波学号：011051201 系统设计1.1 设计要求设计制作一个 24小时制多功能数字钟。1.1.1主要性能指标1、数字显示年、月、周、日、时、分、秒。1.1.2创意部分要求准确的进行年、月、周、日、时、分、秒的转换，切换两种显示模式。1.2 总体设计方案1.2.1概述及设计思路该设计方案是以 MC51 单片机为核心，采用 LCD 液晶屏幕显示系统，温度采集模块、日期提醒、键盘时间调整预设置等模块，所构建的数字时钟系统，能动态显示实时时钟的时、分、秒，数据显示(误差限制在 30 每天)。1.2.2方案论证（1）时钟模块【方案一】 采用单片机内置定时/计数
2、器。它的处理过程主要是先设定单片机内部定时/计数器的工作方式，对机器周期计数确定基准时间，然后用另外一个定时器软件计数的方法对基准时间形成秒，秒计 60次形成分，分计 60次形成小时。依此类推，获取日期也是采用相同的方法。该方案在具体实现过程中，计时存在较大的误差。如果晶振受到其他外界信号干扰，或者基准时间计算不准确，都会导致时间显示错误。【方案二】 采用 555多谐振荡器。由 555 定时器组成一个多谐振荡器，产生周期为100HZ 的脉冲，然后经过两个 74LS160 组成的分频器得到 1HZ 的秒脉冲。多谐振荡器的稳定度及频率的准确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用成品晶振构成振荡器电
3、路。计时精度取决于振荡器的频率，振荡器频率越高计时精度越高。【方案三】采用 DS1302时钟芯片。DS1302 是一种高性能、超低功耗的实时时钟芯片，附加 31字节静态 RAM，可以通过串行接口与单片机进行通信。实时时钟提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息，每个月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过 AM/PM标志位决定采用 24或 12小时时间格式。芯片内部集成备用电源，当外围电路电路有电源供应的时候，备用电源充电储能。当外围电路掉电时，DS1302芯片工作在休眠状态，以备用电源供电。当外围电路再次供电，即可唤醒休眠进入正常工作状态，显示时间无任何异常。该系统设计中，采用方案三。（
4、2）数据显示【方案一】 采用 LED数码管显示数据。LED 数码管是由若干个发光二极管组成的显示字段的显示器件，当数码管中的某个发光二极管导通的时候，相应的一个字段便发光，不导通则不发光。一般来说，LED 数码管的控制可分为段选控制和位选控制。段选是 LED所显示的字段，如：a，b，c，d，e，f，g，dp,当 a，b，c 同时点亮时显示数字 7；当 a，b，d，e，g 同时点亮时显示数字 2。位选则是显示该数字的位。根据以上控制原理，可实现对时间和温度的显示。【方案二】 采用 LCD1602液晶屏显示数据。液晶屏的应用非常广泛，比如日常生活中的手表、时钟、计算器、仪器仪表、家电、医疗器械、车
5、船仪表、声象设备文体用品、通讯设备视频图像显示和大画面显示等等。LCD1602 液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 如清除显示指令 01H，光标复位到地址 00H 位置 ；光标复位指令 00H，光标返回到地址。LCD1602 液晶屏具有字符发生器，可以直观的显示汉字、图形、字符，并且显示容量大，进行数据的实时显示简单方便。该系统设计中，需要显示的数据比较多。如果使用 LED数码管，那么就要用分屏切换来显示数据，那样既不直观又不方便，并且对单片机的 I/O口开销比较大。若使用 LCD液晶屏显示数据，则不需要分屏切换，而且还节省了 I/O资源。因此，采用方案二。2 系统
6、组成与工作原理 2.1 系统框图及工作原理图 2-1 系统框架图工作原理：本设计采用 STC89C51单片机作为本次课程设计的控制模块。单片机可把由 DS18B20、DS1302 中的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历的显示。以 LCD液晶显示器为显示模块，把单片机传来的的数据显示出来，并且显示多样化，在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。2.2 单元电路设计2.2.1MC-51 单片机89S51各引脚功能介绍：VCC：DS1302DS18B02LCD 液晶显示键盘输入AT89S5189S51 电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。XTAL1
7、：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。EA/Vpp：“EA“为英文“External Access“的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部 EPROM中）来执行程序。因此在 8031及 8032中，EA 引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8752 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，
8、在将程序代码烧录至8751内部 EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp） 。ALE/PROG：端口 3的管脚设置：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断 0输入。P3.3：INT1，外部中断 1输入。P3.4：T0，计时计数器 0输入。P3.5：T1，计时计数器 1输入。P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。2.2.2复位电路MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚 RST通过一个斯密特AT89S51 触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个
9、机器周期的 S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。上电复位：上电复位电路是种简单的复位电路，只要在 RST复位引脚接一个电容到 VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到 RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着 VCC对电容的充电过程而回落，所以 RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST 引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要 Vcc的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位。图 2-2
10、-2 复位电路2.2.3时钟电路时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式（如图 3-3所示） 。MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚 XTAL1，输出端为引脚 XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。图 2-2-3 时钟电路2.2.4显示电路采用 LCD显示，LCD 显示具有丰
11、富多样性，灵活性，电路简单、易于控制而且功耗小，对于信息量多的系统，是比较适合的,LCD 液晶显示模块采用 LCD1602型号，具有很低的功耗，正常工作室电流仅 2.0mA/5.0V。通过编程实现总动关闭屏幕能够更有效地降低功耗。LCD1602 分两行显示，每行可现实多达 16个字符，其内部的字符发生器已经存储了 160个不同的点阵字符图形，通过内部指令可实现对其显示多样的控制。LCD1602的特性： +5V电压，对比度可调 内含复位电路 提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 有 80字节显示数据存储器 DDRAM 内建有 160个 5X7点阵的字型的字符发生器
12、CGROM 8个可由用户自定义的 5X7的字符发生器 CGRAM图 2-2-4 显示电路图2.2.5按键电路按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关，一般在 5-10ms之间。为了避免 CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。本文采用的是独立式按键，直接用 I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条 I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。P2.2口表示功能移位键，按键选择要调整
13、的时十位、时个位、分十位或分个位。 P2.1口表示数字“+“键，按一下则对应的数字加 1。P2.0口表示数字“-”键，按一下则对应的数字减 1。图 2-2-5 按键控制模块P2.3口表示时间表的切换，程序默认为日常时间表，当按下该开关，使输入为低电平时，表示当前执行的是温度显示。再按键，使键抬起，输入维高电平时，表示当前执行的是日常作息时间表。3 软件设计3.1 程序流程图开始系统初始化调用 DS1302 子程序 调用 DS18B20 子程序调用 LCD 液晶子程序数据显示3.2 系统程序#include #include #include#define LCM_RS P1_3 /定义引脚#d
14、efine LCM_RW P1_4#define LCM_E P1_5#define LCM_Data P0#define Busy 0x80 /用于检测 LCM 状态字中的 Busy 标识#define uchar unsigned charuchar id,timecount,dipsmodid;bit lmcinit_or_not; /是否需要清屏标志位“1”为需要“0”为不需要bit flag,sflag; /flag 是时钟冒号闪烁标志，sflag 是温度负号显示标志void Disp_line1(void); /显示屏幕第一行 void Disp_line2(void); /显示屏幕第二行void id_case1_key();
