1、 毕 业 设 计题 目： 多闹点数字钟的设计 学生姓名： 朱旭 学号： 1110064094 所 在 院 (系 )： 物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级： 电子信息科学与技术 1103班 指导教师： 宋 卫 星 完成地点： 博远楼 C1004教室 陕西理工学院毕业设计多闹点数字钟的设计朱旭（陕理工物理与电信工程学院电子信息科学与技术专业 1103 班，陕西汉中 723001）指导教师：宋卫星摘要 多闹点数字钟是由单片机作为数字钟的核心控制器，通过它的时钟信号进行实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。本设计是以单片机STC89C52为核心元件同时采用LCD显示器动
2、态显示“时”、“分”、“秒”、“年”、“月”、“日”的现代计时装置。更重要的是具有闹钟功能,至少可设置两个时间闹点，利用单片机实现的数字时钟具有编程灵活，便于功能的扩充等优点。关键词 多闹点、STC89C52 、 LCDMake more the design of the digital clockzhuxu（Grade11,Class3,Major Electronic Information Science and Technology,Physics Dept.,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi）Tutor
3、: SongweixingAbstract : Make more digital clock is very common, by single chip microcomputer as the core of the digital clock controller, through its function of timing clock signal, the time data by the MCU output, using the monitor display. This design has the functions of digital clock timing, wh
4、en the school, is based on single chip microcomputer AT89C52 as the core element and USES the dynamic display of the LCD display “when“, “points“ and “second“, “year“, “month“, “day“ modern timing devices. Also has alarm clock function, using the singlechip microcomputer digital clock has a flexible
5、 programming, function expansion conveviently.Key words : Make more alarm clock 、STC89C52、LCD陕西理工学院毕业设计目 录引言 .11 设计要求及目的 .11.1 设计要求 .11.2 设计思想 .11.3 总体设计方案 .12 硬件设计 .22.1 单片机简介 .22.2 复位电路设计 .22.3 蜂鸣器电路设计 .32.4 按键电路设计 .32.5 晶振电路设计 .32.6 时钟电路设计 .42.7 LCD 显示部分 .53 程序设计 .53.1 程序设计概述 .53.2 多闹点的实现 .54 多闹点
6、数字钟的 Protues软件仿真 .64.1 Protues 软件的概述 .64.2 Protues 软件的特点 .74.3 Protues 软件具有四大功能模块 .74.4 多闹点数字钟的 Protues 仿真 .8陕西理工学院毕业设计4.4.1. Protuse 软件仿真 .84.4.2. 电路功能仿真 .85 系统的调试和安装 .106 结束语和展望 .11致谢 .11参考文献 .11附录 .12陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 26 页引言20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品渗透进了社会的各个领域，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，同时使
7、现代电子产品的性能进一步提高，产品换代更新的节奏也越来越快。数字钟已经成为人们日常生活中必不可少的，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。电子钟是人们日常生活中常用的计时工具，而数字电子钟又具备体积小、重量轻、精确走时、结构简单、耗电量少等优点而在生活中被人们广泛应用。用单片机制作数字钟是单片机的一个非常典型的应用。数字钟采用数字电路实现对“时、分、秒” 数字显示及控制的计时装置，普遍应用于个人家庭及车站、码头、办公室等一系列公共场所，已经成为人们日常生活工作中不可缺少的必需品。近年来由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应
8、用，使得数字钟的精确度远远超过旧式钟表，钟表的数字化给人们生活生产带来了极大的便利。利用单片机设计一个电子时钟，单片和 LCD 显示器组合用来显示秒、分、时计数单元中的值，可以非常准确地显示标准时间，也可以设置多个闹点。1 设计要求及目的1.1 设计要求在日常工作、学习、生活中常常需要多时点提醒或对电气设备的工作程序进行控制。现要求利用模拟、数字电子技术或单片机技术设计一数字钟，至少可设置 2 个时间闹点。1.2 设计思想使用整个单片机作为中央控制器，由单片机执行采集时钟芯片的时间信号并通过显示模块来输出信号及相关的控制功能。时钟芯片产生时钟信号，利用单片机的 I/O 口传输给单片机；并通过I
9、/O 口实现 LCD 的显示。系统设有 4 个按键可以对时、分、秒、进行调整。1.3 总体设计方案本设计是以单片机及外围接口电路为核心硬件，辅以其他硬件电路，用汇编语言设计的程序来实现的。根据 C52 单片机的外围接口特点扩展相应的硬件电路，然后根据单片机的指令设计出数字钟相应的软件，再利用软件执行一定的程序来实现数字钟的功能。由于采用集成芯片的单片机来设计并制作电子钟，这样设计制作简单而且功能多、精确度高，也可以方便扩充其他功能，实现也比较简单。本设计是利用 STC89C52 单片机为主控芯片，由 LCD、晶振、电阻、电容、开关、蜂鸣器等元件组成硬件电路，通过编写软件程序来实现和控制的多闹点
10、数字钟 1。系统设计框图如图1.1 所示。LCD片选 代码喇叭振荡电路 STC89C52 调时电路图1.1 系统设计思路陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 26 页2 硬件设计2.1 单片机简介STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案 2。具有以下标准功能：
11、8k 字节 Flash，512 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/ 计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，6T/12T 可选。单片机是在
12、一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。这些部件包括中央处理器 CPU、数据存储器 RAM、程序存储器 ROM、定时器/计数器和多种 I/O 接口电路。STC89C52 是一款单片封装的微控制器，适合于许多要求高集成度、低成本的场合。可以满足多方面的性能要求。采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需 2 到 4 个时钟周期（6 倍于标准 51 单片机器件） 3。STC89C52 提供以下标准功能：8k 字节 Flash 闪速存储器， 256 字节内部 RAM，32 个 IO 口线，两个 16 位定时计数器，一个 5 向量两级断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，STC89C
13、52 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。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。其引脚图如图 2.1 所示。图 2.1 STC89C52 引脚排列2.2 复位电路设计复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式，上电自动复位是在加电瞬间电容通过充电来实现的，在通电瞬间，电容通过电阻充电 RST 端出现正脉冲，用以复位。只要电源 Vcc 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位。关于参数的选定，在振荡稳定后应保证复位高电
14、平持续陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 26 页时间时间大于两个机器周期 4。本设计采用的复位电路如图 2.2 所示。图 2.2 复位电路图2.3 蜂鸣器电路设计蜂鸣器是种一体化结构的电子讯响器，用直流电压供电，普遍的应用于打印机和复印机、计算机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机及定时器等各类电子产品中作信号发声器件 5。蜂鸣器分为有源和无源两种，此处源值得是振荡源，而非电源。两者的区别是：有源蜂鸣器只要给一个电源，就能发声，所以程序控制方便，但由于多了一个振荡电路，价格上相对较高；无源蜂鸣器给直流信号无法使其发声，须通高低电平才能使其发声，显然高低电平的频率不能太低，但是频率也不能太
15、高，否则蜂鸣器的响应速度跟不上，由此可知无源蜂鸣器控制较为复杂。但是其价格便宜。本设计采用无源蜂鸣器，串联一个 1k 的电阻到单片机 I/O 口，这里的三极管接法为射极跟随器，和普通的开关工作的三极管工作（e 极接地，c 极输出）有所不同。射极跟随器的输出电压是跟随基极电压变化而变化的（U e=Ub+0.7V），尽管当基极电压很高（U bUe-0.7V）时，三极管确实是截止了（因为这时基极没有电流）；而基极低电平最低的时候（输入端为 0），三极管工作只能是接近于饱和状态，仍然属于放大状态（因为 Ue=Ub+0.7V）。基极低电平的时候，电流是从e 极 b 极和 e 极流向 c 极，符合 Ic=
16、Ib，I e=Ib+Ic，如图 2.3 所示。R11k Q1MPS3702BUZ1BUZERP3.6图 2.3 蜂鸣器电路设计2.4 按键电路设计按键电路的闭合状态通过相应的电路转换为高、低电平状态。按键闭合的过程在对应的 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，这种不稳定的状态称为抖动 6。抖动的持续时间长短与开关的机械特性有关，一般在 510ms 之间。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相互影响。P1.0 表示设置键，可设置年
17、月日时分秒，P1.1 表示调整键，P1.2 表示保存键，P1.3 表示闹钟模式键，可设置两个闹点。按键 设计如图 2.4 所示。2.5 晶振电路设计STC89C52 系列的单片机的时钟方式分为内部方式和外部方式。内部方式就是在单片机的XTAL1 和 XTAL2 的两引脚外接晶振，就够成了自激振荡器在单片机内部产生时钟脉冲信号。外部时钟方式是把外部已经有的时钟信号引入到单片机内部。时钟电路在计算机系统中扮演着相当重要的角色，是保证系统正常工作的基础 7。在一个单片机的应用系统中，时钟含有两方面的作用：一是指为保障系统可以顺利工作的基准振荡定时信号，主要由晶振及外围电路组成，晶振频率的高低C310
18、uR21kRST+5V陕西理工学院毕业设计第 4 页 共 26 页决定了单片机工作系统的性能；二是指单片机系统中的标准定时时钟，即定时时间。图 2.4 按键电路设计本设计是采用用一个 11.0592MHz 晶振和两个 30Pf 瓷片电容组成，为单片机提供脉冲信号，其中两个瓷片电容起微调作用。常用波特率通常按规范取为 1200,2400,4800,9600 等等，若采用12MHz 或 6MHz，由公式：波特率 =（2 SMOD/32）*(T1 溢出率) 得出的 T1 定时初值将不是一个整数，这样通信时便会积累误差，进而产生波特率误差，影响串行通信的同步性能。所以我们这儿采用11.0592MHz
19、的晶振，因为它能够非常准确的计算出 T1 的定时初值 8。之所以采用高性能的振荡电路，因为：1）单片机电子钟的计时脉冲基准是由外部晶振的频率经过 12 分频后提供，采用内部的定时/计数器来实现计时功能。所以，外接晶振频率精确度直接影响电子钟计时的准确性。 2）单片机电子钟利用内部定时/计数器溢出产生中断再乘以相应的倍率来实现秒、分、时的转换。大家都知道从定时/计数器产生中断请求到响应中断需要 3-8 个机器周期，定时中断子程序中的数据入栈和重装定时/计数器的初值还需要占用数个机器周期，还有从中断入口转到中断子程序也要占用一定的机器周期。晶振电路图如图 2.6 所示。图 2.6 晶振电路设计2.
20、6 时钟电路设计时钟电路用 DS1302，DS1302 的引脚排列,其中 Vcc1 为后备电源，Vcc2 为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。设计的时候 Vcc1 接地，Vcc2 接电源，X1 和 X2 是振荡源，外接 32KHz 晶振。RST 是复位/片选线，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送9。时钟电路设计如图 2.7 所示。RST5 SCLK7 I/O6X1 2X2 3VC18 VC21U2DS1302X2CRYSTALP2.0P2.2P2.1+5V图 2.7 时钟电路图陕西理工学院毕业设计第 5 页 共 26 页2.7 LCD 显示部分为了获得更好
21、的效果本设计采用了型号为 1602 的 LCD。LCD 有 LED 数码显示更好的更的直观效果，也更加经久耐用。液晶显示模块体积小功耗低、显示内容丰富，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件之一了。本 LCD 是 2 行 16 列液晶可显示 2 行 16列英文字符，有 8 位数据总线 D0-D7，RS，R/W，EN 三个控制端口（共 14 线），工作电压为5V。没背光，和常用的 1602B 功能和引脚一样（除了调背光的二个线脚）. 该模块也可只用 D4-D7作为四位数据分两次传送 9。这样的话可以节省 MCU 的 I/O 口资源。引脚说明如图 2.8 所示。D714D
22、613D512D41D310D29D18D07E6RW5RS4VS1VD2VE3LCD1LM016L图 2.8 LCD1602 引脚分布第 1 脚：VSS 为地电源。 第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 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。 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。当 RS 和 R/W 共同为低电平时不仅可以写入指令还可以显示地址，当 R
23、S 为低电平、R/W 是高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平和 R/W 为低电平时就能写入数据。 第 6 脚：E 端是使能端，当 E 端由高电平变为低电平时，液晶模块执行相应的命令。 第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线 10。综合以上设计得图 2.9 所示的多闹点数字钟设计电路。3 程序设计3.1 程序设计概述这里用汇编的单片机程序构成了本设计的软件系统。该程序实现时间及定时(时间以 0 点 0 分0 秒为基准计算，闹铃定时以 0 时 0 分为基准计算）的显示，有外中断 0 和五个开关实现校时，闹钟功能。其中程序的晶振频率为 12MHz，最小计时单位为 1/20 秒。主芯片 P
24、0.1-P 0.7 输出数据到 LCD 数据总线，P2.5-P2.7 输出 LCD 控制信号，P3.6 输出声音信号，P1.0-P1.3 输入外部控制信号，整个软件系统也是根据这个关系连接成一个完整的系统。本设计中主程序主要实现显示的初始化和调用各子程序工作的功能，读取时间的子程序主要实现初始化，时间信息的采集和显示段码的码的存取。分别对各个器件的功能进行编程设计，根据主程序流程图（如下）进行全面的分析。设计中计时主要以定时器 T0 中断完成，定点闹铃使用峰鸣器来完成。当端口有开关按下时，转入相应的功能程序。其主程序执行流程如图 3.1 所示。3.2 多闹点的实现闹点功能的实现涉及到两个方面：
25、闹铃时间设定和是否闹铃判别与相应处理。闹铃时间设定模块的设计可参照时间设定模块，这里着重阐述闹铃判别与处理模块的设计问题。闹铃判别与闹铃处理的关键在于判别何时要进行闹铃。当时十位、时个位、分十位、分个位中任一位发生改变（进位）时，就必须进行闹铃判别 11。程序如附录所示。陕西理工学院毕业设计第 6 页 共 26 页图 2.9 多闹点数字钟设计图 3.1 主程序执行流程4 多闹点数字钟的 Protues 软件仿真4.1 Protues 软件的概述Protues 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版 EDA 工具软件。它不仅仅具有其他的 EDA工具软件的仿真功能，还可以仿真单片机和它的外围器件。它是当下最好的仿真单片机和其外围器件的软件工具。虽然现在国内推广刚刚开始，还不是很成熟，但已经受到单片机爱好者和从事单片开 始初始化显示按键闹钟时间 蜂鸣器调时保存闹钟钟设置闹钟时间
