1、基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作题 目 基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作 1 绪论 .21.1 引言 .21.2 研究目的 .21.3 系统基本方案选择和论证 .21.3.1 单片机芯片的选择方案和论证： .21.3.2 显示模块选择方案和论证： .21.3.3 时钟芯片的选择方案和论证： .21.3.4 电路设计最终方案确定 .31.4 硬件系统框图 .32 主要元件介绍 .42.1 STC89C52 以及最小系统介绍 .42.1.1 ST89C52 单片机： .42.1.2 计时芯片 DS1302： .52.1.3 字符液晶显示屏 LCD1602 资料： .62.1.4 电源模
2、块： .83. 硬件电路连接图： .83.1 单片机的连接图 .83.2 DS1302 计时模块 .93.3 LCD1602 液晶显示模块 .93.4 按键模块 .94. 系统的软件设计： .104.1 软件设计流程图： .105. 系统的调试： .116. 总结： .12参考文献 .13附录一： .14附录二： .15附录三： .29嵌入式综合课程设计 III基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作（基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作）任务提出：随着单片机技术的飞速发展，在其推动下，现代的电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电
3、子产品性能进一步提高。时间就是金钱、时间就是生命、时间就是胜利，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要，时钟是我们生活中必不可少的工具。电子钟的设计方法有很多种，但是基于单片机并通过LCD 显示的电子时钟具有编程灵活、精确度高、便于携带、显示直观等特点。利用 STC89C52 单片机对 DS1302 时钟芯片进行读写操作并通过 LCD1602 字符液晶显示实时时钟信息，这样便构成了一个单片机电子时钟。设计要求：利用单片机作为核心控制器件，制作一个数字时钟。要求其具有如下功能： 具有年、月、日、星期、时、分、秒显示功能； 具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能； 具有闹钟显示、调节设定、鸣
4、叫功能； 计时器模块能够准确计时； 显示模块能够清晰、稳定显示，不出现乱码； 输入模块能够正确输入指令； 控制模块能够正确控制输入、输出显示； 整个系统能够正常、稳定工作。陕西理工学院课程设计论文第 1 页 共 29 页摘 要随着单片机技术的飞速发展，在其推动下，现代的电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高。时间就是金钱、时间就是生命、时间就是胜利，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要，时钟是我们生活中必不可少的工具。电子钟的设计方法有很多种，但是基于单片机并通过LCD 显示的电子时钟具有编程灵活、精确度
5、高、便于携带、显示直观等特点。利用 STC89C52 单片机对 DS1302 时钟芯片进行读写操作并通过 LCD1602 字符液晶显示实时时钟信息，这样便构成了一个单片机电子时钟。【关键词】：单片机，电子时钟，STC89C52，蜂鸣器陕西理工学院课程设计论文第 2 页 共 29 页1 绪论1.1 引言时间，对人们来说是非常宝贵的，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要。因此自从时钟发明的那刻起，就成为人类的好朋友。随着时间的流逝，科学技术的不断发展和提高，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好、更方便、更精确的显示时间，这就要求人们不断设计研发出新型的时钟。高精度的
6、计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用 LED 显示器代替指针进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在单片机的应用系统中，时钟有两个方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：
7、一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时器计数器来实现；二是用专门的时钟芯片实现。1.2 研究目的通过利用 STC89C52 单片机和 DS1302 芯片以及外围的按键和 LCD 显示器等部件，设计一个基于单片机的电子时钟。设计的电子时钟通过液晶显示器显示，并能通过按键对时间以及闹钟进行置。1.3 系统基本方案选择和论证1.3.1 单片机芯片的选择方案和论证：方案一: 采用 STC89C52 芯片作为硬件核心。STC89C52 内部具有 8KB ROM 存储空间,512 字节数据存储空间，带有 2K 字节的 EEPROM存储空间，与 MCS-51 系列单片机完全兼容,STC89C52 可以通
8、过串口下载。方案二: 采用 AT89S52。AT89S52 片内具有 8K 字节程序存储空间，256 字节的数据存储空间没有 EEPROM 存储空间，也与 MCS-51 系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C52 相对 ATS89C52 价格便宜，且抗干扰能力强。考虑到成本因素，因此选STC89C52。1.3.2 显示模块选择方案和论证：方案一：采用点阵式数码管显示。点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且也相对较高,所以不用此种作为显示。方案二：采用 LED 数码管动态扫描。LED 数码
9、管价格便宜,对于显示数字最合适,但功耗较大，且显示容量不够，所以也不用此种方案。方案三：采用 LCD 液晶显示屏。液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字，显示多样,清晰可见,且价格适中，所以采用 LCD数码管作为显示。1.3.3 时钟芯片的选择方案和论证：方案一：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。所以不采用此方案。陕西理工学院课程设计论文第 3 页 共 29 页方案二：采用 DS1302 时钟芯片实现时钟，DS1302 芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月
10、、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,工作电压 2.5V5.5V 范围内，2.5V时耗电小于 300nA. 1.3.4 电路设计最终方案确定综上各方案所述,对此次作品的方案选定:采用 STC89C52 单片机作为主控制系统;采用 DS1302作为时钟芯片;采用 LCD1602 液晶作为显示器件。1.4 硬件系统框图该系统采用单片机 89C52 作为控制芯片，把 DS1302 计时模块传来的信息和键盘输入的指令进行处理，控制着液晶屏 LCD1602 的显示和蜂鸣器的驱动。单片机DS1302 计时模块键盘输入模块LCD1602 显示模块蜂鸣器陕西理工学院课程设计论文第 4 页 共 29 页2
11、主要元件介绍2.1 STC89C52 以及最小系统介绍2.1.1 ST89C52 单片机：1. 主要性能参数：与 MCS-51 产品指令和引脚完全兼容。8 字节可重擦写 FLASH 闪速存储器1000 次擦写周期全静态操作：0HZ-24MHZ三级加密程序存储器256X8 字节内部 RAM32 个可编程 I/0 口线3 个 16 位定时计数器8 个中断源可编程串行 UART 通道、低功耗空闲和掉电模式。2. 功能特性：STC89C52 提供以下标准功能： 8 字节 FLASH 闪速存储器， 256 字节内部 RAM , 32 个 I/O 口线，3 个 16 位定时计数器，一个 6 向量两级中断结
12、构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时计数器串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位.3. 管脚图：STC89C52 引脚介绍：主电源引脚（2 根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V 电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2 根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4 根）RST/VPP(Pin
13、9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32 根）STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1 、P2、P3 口，每个口有 8 位（8 根引脚） ，共 32 根。P0 口（Pin39Pin32 ）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7 P1 口（Pin1Pin8 ）：8 位准双向 I/
14、O 口线，名称为 P1.0P1.7 P2 口（Pin21Pin28 ）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.7 P3 口（Pin10Pin17 ）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7 陕西理工学院课程设计论文第 5 页 共 29 页2.1.2 计时芯片 DS1302：1.概述：DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和 31 字节静态RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整。时钟操作可通过 AM/PM 指示决定采用 24 或12
15、小时格式。DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线RES 复位 I/O 数据线 SCLK 串行时钟。RAM 的读 /写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方式通信。DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于 1mW。2. DS1302 功能特性：双电源管脚用于主电源和备份电源供应 VCC1 为可编程涓流充电电源；附加七个字节的存储器；实时时钟具有能计算 2100 年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力 31*8 位暂存数据存储 RAM；串行 I/O 口方式使得管脚数量最少；宽范围工作电压2.05.5V；工作
16、电流 2.0V 时 ,小于 300nA；读/ 写时钟或 RAM 数据时有两种传送方式：单字节传送和多字节传送字符组方式；8 脚 DIP 封装或可选的 8 脚 SOIC 封装；简单 3 线接口；与 TTL 兼容（VCC=5V） ；可选工业级温度范围:-40+85。3. 管脚描述：X1、X232.768KHz 晶振管脚GND地RST复位脚I/O数据输入/输出引脚SCLK串行时钟VCC1、VCC2电源供电管脚4. DS1302 的控制字如表所示。控制字节最高有效位（位 7）必须是逻辑 1，如果它为 0，则不能把数据写入 DS1302 中，位 6 如果 0，则表示存取日历时钟数据，为 1 表示存取 R
17、AM 数据；位 5 至位 1 指示操作单元的地址；最低有效位（位 0）如为 0 表示要进行写操作，为 1 表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始传输。数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时，数据被写入 DS1302，数据输入从低位即位 0 开始。同样，在紧跟 8 位的控制指令字后的下一个 SCLK 冲的下降沿读出DS1302 的数据，读出数据时从低位 0 位到高位 7。其读写时序如图示:DS1302 控制字陕西理工学院课程设计论文第 6 页 共 29 页2.1.3 字符液晶显示屏 LCD1602 资料：1. 概述：工业字符型液晶，1602 是指显示的内容为
18、 16*2，即能够同时显示两行，每行 16 个符。常见的1602 字符液晶有两种，一种显示的是绿色背光黑色字体，另一种显示蓝色背光白色字体，目前市面上字符液晶绝大多数是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的。本课题所用 1602 液晶模块，显示屏是蓝色背光白色字体。如图2.引脚功能说明：第 1 脚：GND 为地电源。第 2 脚：VCC 接 5V 正电源。第 3 脚：VO 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生重影，使用一个 10K 的电位器调整对比度。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器
19、。第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚：DB0DB7 为 8 位双向数据线。第 1516 脚：背光灯电源。DS1302 读写时序陕西理工学院课程设计论文第 7 页 共 29 页3. LCD1602 液晶屏的使用时序：4. LCD1602 存储器 RAM：1602 液晶控制器芯片内部带有 80 个 8 位的 RAM 缓冲区，其地址和屏幕的对应关系如图示:DS1302 读写时序LCD1602 写时序LCD1602 读时序陕西理工学院课程设计论文第 8 页 共 29 页
20、2.1.4 电源模块：系统的供电采用 5V 供电，具体的连接如图示：变压器采用的是：AC220AC9V，稳压芯片是 LM7805。3. 硬件电路连接图：以 STC89C52 单片机最小系统为核心控制，时钟电路由 DS1302 芯片提供，采用三线与单片机进行通信，用四个独立的按键进行年、月、日、时间、星期等调整，最终的结果通过 LCD1602 液晶显示屏显示出来。3.1 单片机的连接图其中 XTAL1 和 XTAL2 接 11.0592MHZ 的晶振，RST 经开关接+5V,控制系统的复位。P1 口与DS1302 计时模块连接，进行通信与对其控制。P2 口与 LCD1602 液晶显示模块连接，控制着LCD1602 的显示。P3 口与按键连接，通过 P3 口输入控制信号。
