《綜合電子設(shè)計報告》課程設(shè)計-基于單片機的可調(diào)時鐘

1、綜合電子設(shè)計報告-“基于單片機的可調(diào)時鐘”專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級 電信（2）班 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 提交日期 2011年 6 月 24日 目錄目錄1引言1第1章 時間計時原理21.1時鐘計時的方案選擇21.2時鐘顯示的方案選擇3第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計42.1 系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計42.2 主控制模塊的方案選擇與設(shè)計42.2.1單片機STC89C52簡介42.2.2主控制模塊電路62.3時鐘模塊的方案選擇與設(shè)計72.3.1 DS12887時鐘芯片簡介72.3.2時鐘模塊電路82.4按鍵電路的設(shè)計82.5顯示模塊的方案設(shè)計9第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計103.1系統(tǒng)主程序及流程圖103.2 DS

2、12887時鐘芯片的讀操作流程圖103.3液晶模塊的寫操作流程圖11第4章 實驗與調(diào)試114.1硬件測試11結(jié) 論14附錄A：電路原理圖15引言1課題的背景與意義單片機應(yīng)用的重要意義在于它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對.

3、時,分,秒.數(shù)字顯示的計時裝置.因此本電子設(shè)計所做的數(shù)字時鐘采用了以單片機為核心，結(jié)合相關(guān)的外圍元器件例如液晶顯示、按鍵電路、復(fù)位電路，再配以相應(yīng)的軟件，達到制作簡易數(shù)字鐘的目的，能實現(xiàn)實時時鐘顯示的功能，能進行年、月、日、時、分、秒的顯示。其硬件部分難點在于元器件的選擇、布局及焊接。2課題任務(wù)與設(shè)計思路按照課題的要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由主控模塊、時鐘模塊、顯示模塊、鍵掃描電路模塊共4個模塊組成。設(shè)計采STC89系列單片機，以C語言為程序設(shè)計的基礎(chǔ)，設(shè)計出用液晶顯示年、月、日、周、時、分、秒的時鐘。第1章 時間計時原理單片機的接口信號是數(shù)字信號。要想用單片機獲取時間這類非電信號的信息，必須使用

4、時間芯片，將時間信息轉(zhuǎn)換為電流或電壓輸出。如果轉(zhuǎn)換后的電流或電壓輸出是模擬信號，還必須進行A/D轉(zhuǎn)換，以滿足單片機接口的需要。如果是數(shù)字信號就可以直接送往單片機進行數(shù)據(jù)處理。1.1時鐘計時的方案選擇方案一：比較傳統(tǒng)的基于單片機的時鐘設(shè)計可以采用單片機內(nèi)部的晶振來產(chǎn)生脈沖，然后通過單片機內(nèi)部的計時器經(jīng)過分頻產(chǎn)生秒脈沖，然后通過軟件編程來實現(xiàn)時鐘的顯示，這種設(shè)計方案的優(yōu)點是外圍器件少，電路簡單清晰，電路焊接容易，出問題的故障幾率小。但是這種方案需由軟件編程來實現(xiàn)秒脈沖的產(chǎn)生，編程相對來說比較復(fù)雜，而且也不利于排故。另外由單片機內(nèi)部時鐘產(chǎn)生的秒脈沖由于受到溫漂的影響和程序執(zhí)行時的延時的影響，而使的計

5、時會產(chǎn)生不定的誤差，即使設(shè)計時間誤差補償程序也很難實現(xiàn)提供準(zhǔn)確時間的功能。另外，這種電路設(shè)計方案的另外一個設(shè)計要求就是晶振的選擇要求晶振的振蕩頻率必須通過分頻得到秒脈沖。這種設(shè)計還有一個非常大的缺點就是如果單片機斷電，時間計時就停止，再次上電時又從初始設(shè)定重新計時，這樣就需要在每次上電都調(diào)整時間，比較麻煩。方案二：在傳統(tǒng)的基于單片機的數(shù)字時鐘設(shè)計的基礎(chǔ)上經(jīng)過一些改進，引入12887時間芯片，將電路的控制部分和計時部分分開，電路的控制部分為單片機，計時部分為12887時間芯片。12887芯片是獨立計時，并且具有掉電保護功能，內(nèi)部自帶鋰電池，能夠在斷電的情況下繼續(xù)計時，主電路恢復(fù)供電之后能夠不必調(diào)

6、整時間，為時鐘的日常操作省去了很大的麻煩，而且這種設(shè)計更節(jié)能，在需要觀察時間的時候比如白天就可以給主電路通電。而在夜晚不需要觀察時鐘的時候就可以給主電路斷電，這樣可以節(jié)約大量能量。時間芯片12887采用了內(nèi)部集成晶振的電路，并且具有內(nèi)部溫漂補償電路設(shè)計。能夠準(zhǔn)確計時，提供精確的時間，這樣就簡化了電路的器件選擇，另外也使程序的設(shè)計更加簡潔。在硬件設(shè)計方面，由于只增加了一個12887時間芯片，因此并不是特別復(fù)雜，而且這種獨立計時的設(shè)計使得產(chǎn)品排故更加方便。比較上述兩種方案可以看出，第二種方案計時更加準(zhǔn)確而且電路硬件設(shè)計先對來說并不復(fù)雜，軟件設(shè)計更加簡潔，因此采用第二種方案。1.2時鐘顯示的方案選擇

7、方案一：時鐘的顯示可以用多位七段LED數(shù)碼管顯示，七段 LED數(shù)碼管顯示耗能多，而且顯示位數(shù)有限，每增加一位都要在程序設(shè)計和硬件設(shè)計方面增加很多的工作量，不利于電路的擴展，而且無法顯示年、月、日、星期這些漢字，使得顯示不夠直觀，靈活。但是這種設(shè)計方案在顯示位數(shù)比較少時性價比比較高，價格便宜，方案二：采用點陣式數(shù)碼管顯示。點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,而在本課題設(shè)計中的顯示數(shù)字較多字符較少，而且此種方案耗能多，不符合現(xiàn)代的節(jié)能理念，所以不用此種作為顯示。方案三：采用LCD液晶顯示器顯示。而LCD液晶顯示則耗能少，能夠顯示年、月、日、星期等漢字，在顯示方面更加靈活

8、，而且改變顯示時只要改變軟件設(shè)計就可以，不用改變硬件電路的設(shè)計，易于電路的功能擴展。電路的軟件設(shè)計也很簡單。另外，這種設(shè)計硬件更加簡潔。采用LCD液晶顯示方案的缺點是在顯示位數(shù)比較少時，價格略顯昂貴。比較上述兩種方案可以看出方案三耗能少，顯示靈活，易于電路擴展而且不管是軟件設(shè)計還是硬件設(shè)計都比較簡單，因此采用第三種設(shè)計方案。綜上所述，本設(shè)計采用獨立計時，引入時鐘日歷芯片12887的設(shè)計方案。第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計根據(jù)實時時鐘的功能要求，基于單片機的設(shè)計方案要運用集成時鐘芯片，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)記錄，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄。實時時鐘的要求：基本要求a) 具有年、月、日、星期、時、分、秒等功

9、能；a) 具備年、月、日、星期、時、分、秒校準(zhǔn)功能；2.1 系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計主控芯片使用51系列STC89C52單片機，時鐘芯片使用美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM和內(nèi)置電池的實時時鐘DS12887。采用DS12887作為主要計時芯片，可以做到計時準(zhǔn)確。更重要的是，DS12887可以在外部電源斷電的情況下繼續(xù)計時，在沒有外部供電的情況下，DS12887可以連續(xù)計時10年以上。系統(tǒng)由主控制器STC89C52、時鐘芯片DS12887、LCD液晶顯示電路、鍵掃描電路模塊電路組成。2.2 主控制模塊的方案選擇與設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)計可采用數(shù)字電路實現(xiàn)，也可以采用單片機來完成。若用數(shù)字電

10、路完成，所設(shè)計的電路相當(dāng)復(fù)雜，大概需要十幾片數(shù)字集成塊，其功能也主要依賴數(shù)字電路的各功能模塊的組合來實現(xiàn)。若用單片機來設(shè)計完成，由于其功能的實現(xiàn)主要通過軟件編程來實現(xiàn)的，那么就降低了硬件電路的復(fù)雜性，所以在該設(shè)計中采用單片機作為主控模塊。另外這個課題設(shè)計的軟件程序比較簡單，不需要很強大的單片機，只要用簡單的單片機就可以滿足要求，因此我選用了性價比比較高的低端STC89C52單片機。2.2.1單片機STC89C52簡介STC89C52 是低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器

11、件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 STC89C52 單片機適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。STC89C52單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個I/O口P0、P1、P2、P3,每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入。STC89C52 PDIP管腳封裝，如圖2-2所示。圖2-2 STC89C52 PDIP管腳封裝2.2.2主控制模塊電路 單片機STC89C52的P0口作為輸出口。P1與DS12887的AD相連，進行時間數(shù)據(jù)的采集；P3.4DS12887的17腳DS相連， P3

12、.7腳與DS12887的13腳CS相連；P3.6腳與DS12887的14腳AS相連。單片機的第18引腳和19引腳接時鐘電路，XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端，XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為11.0592MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為30pF。第9引腳為復(fù)位輸入端，接上電容，電阻后構(gòu)成上電復(fù)位電路。20引腳為接地端，40引腳為電源端。/EA端（31引腳）接+5V電壓。2.3時鐘模塊的方案選擇與設(shè)計方案一：美國Dallas

13、公司生產(chǎn)的串行時鐘DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動地對秒、分、時、日、周、月、年進行計數(shù)，而且工作電壓2.5V5.5V范圍內(nèi)，2.5V時耗電小于300nA，可方便地與單片機接口，從而解決并行實時芯片使得電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，但是DS1302時鐘芯片沒有內(nèi)置電池，在電路掉電的情況下不能繼續(xù)計時，在電路恢復(fù)供電之后需要校正時間比較麻煩。方案二：美國Dallas公司生產(chǎn)的串行時鐘DS12887芯片也是一種高性能的時鐘芯片，可自動地對秒、分、時、日、周、月、年進行計數(shù)，可以方便地與單片機接口，從而解決并行實時芯片使得電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，而且DS12887時鐘芯片沒有內(nèi)置電池，在電路掉電的情

14、況下能繼續(xù)計時，在電路恢復(fù)供電之后不需要校正時間因此選用DS12887芯片。2.3.1 DS12887時鐘芯片簡介DS12887是美國DALLAS公司生產(chǎn)的時鐘日歷芯片，具有24個引腳。DS12887和MCB及DS1287管腳兼容。內(nèi)部自帶鋰電池，在沒有外部電源的情況下可工作十年。它有內(nèi)部集成晶振?？捎嬎愕?100年前的時、分、秒、星期、日、月、年七種日歷信息，并帶閏年補償。用2進制或BCD碼代表日歷或鬧鐘信息?？蛇x用夏令時模式?？梢赃x用MOTOROLA和INTEL兩種總線模式。它采用數(shù)據(jù)地址總線復(fù)用模式。內(nèi)鍵128字節(jié)RAM，這128字節(jié)RAM中前14字節(jié)是時鐘控制寄存器。其余為通用RAM。

15、它可以輸出可編程方波。它可以產(chǎn)生3種可編程中斷；一，時間中斷，可產(chǎn)生每秒一次直到每天一次中斷；二，周期性中斷，可產(chǎn)生122ms到500ms周期性中斷；三，時間更新結(jié)束中斷。DS12887有24個引腳，其引腳如圖2-5所示。圖2-5DS12887引腳圖2.3.2時鐘模塊電路時鐘模塊DS12887的AD口與單片機的P0口相連，進行時間、日歷數(shù)據(jù)輸出。其它各功能端口的連接在主控電路中已有描述，不在贅述。另外DS12887的12腳與電源地相連，24腳與電源相連?？偩€選擇端口MOT端與電源地相連。電路圖如圖2-8所示。圖2-8 時鐘模塊電路2.4按鍵電路的設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，系統(tǒng)的按鍵電路用4個按鍵和一個

16、撥碼開關(guān)就可以進行對時間的調(diào)整，按鍵就采用最簡單的點動式按鈕，由單片機的I/O進行掃描，來實現(xiàn)掃描按鍵功能。其中，時間調(diào)整按鈕與單片機STC89C52的P3.5相連，其功能是當(dāng)按下此鍵時，開始調(diào)整年、月、日、星期、時、分、秒，沒按一次就改變一個相應(yīng)的要改變的位；鬧鐘調(diào)整按鈕與單片機STC89C52的P2.5相連，其功能是當(dāng)按下此鍵時開始進行鬧鐘調(diào)整，并且每按一次就改變一次要調(diào)整的位；加法按鈕與單片機STC89C52的P2.6連，其功能是每按一次此鍵就將相應(yīng)的要改變的位的數(shù)值加一；減法按鈕與單片機STC89C52的P2.7連，其功能是每按下一次此鍵就將要改變的位的數(shù)值減一。2.5顯示模塊的方案設(shè)

17、計此設(shè)計方案采用了LCD液晶顯示，由于此設(shè)計不需要顯示太多內(nèi)容，因此選用了1602液晶顯示器。圖2-10 顯示模塊第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件是系統(tǒng)的主要組成部分，也是整個調(diào)試的重點和難點工作。依據(jù)課題設(shè)計的要求，采用C語言進行軟件編程，用模塊化程序設(shè)計思想，將軟件劃分成若干模塊單元；包括：DS12887時鐘模塊、1602液晶顯示模塊，鍵盤掃描子程序。3.1系統(tǒng)主程序及流程圖主程序的主要功能是顯示日期時間信息。在主程序中，系統(tǒng)上電自動復(fù)位以后首先進行系統(tǒng)的液晶顯示、時鐘芯片DS12887初始化，然后讀寫日期、時間等信息，待數(shù)據(jù)讀寫結(jié)束后顯示時鐘。主程序流程如圖3-1所示。圖3-1 主程序流程圖主程

18、序說明，當(dāng)主程序運行時，先將液晶顯示器清屏，然后將單片機和時鐘日歷芯片DS12887初始化。3.2 DS12887時鐘芯片的讀操作流程圖首先對時鐘芯片DS12887初始化，經(jīng)過對狀態(tài)寄存器判斷之后，對DS12887進行讀操作，讀操作時利用時鐘日歷地址相鄰的特點，直接使地址增加，隨后判斷數(shù)據(jù)是否讀完了。若讀完了，則返回主程序；若沒有讀完，則繼續(xù)增加地址，直到讀數(shù)據(jù)完成為止。如圖3-2所示。圖3-2 DS12887時鐘芯片的讀操作流程圖3.3液晶模塊的寫操作流程圖本設(shè)計用的液晶是1602液晶模塊，第一行顯示年，月，日，星期，第二行顯示時，分，秒。圖3-3 時間顯示，屏一顯示流程圖第4章 實驗與調(diào)試

19、驗證理論的最好的方法是實踐，因此本設(shè)計通過實驗，用實物的調(diào)試來驗證之上設(shè)計的可行性。雖然現(xiàn)在很多設(shè)計采用仿真來模擬結(jié)果，但是放著和實際還是有一定差距的，而且有些實際問題是仿真所不能顯示的，為了更好的驗證本設(shè)計方案，因此本設(shè)計采用實物來驗證。4.1硬件測試本設(shè)計的硬件驗證電路完全由按照上述理論進行焊接。其電路焊接如圖4-1所示。圖4-1 焊接面實物圖硬件焊接好后需要測試是否都連接好了，本設(shè)計采用的測試方法是用萬用表來測量，用萬用表的兩個表筆分別接連線的兩端，測試是否電阻為零，如果電阻為零說明連接正確，如果有電阻說明沒有連接好。由于實驗板上的有些焊點離的比較近，在焊接時可能由于不小心將焊錫滴落在兩

20、個焊點之間造成短路，短路是對電路板最大的危害之一，因此要細(xì)心的檢查每兩個相鄰的焊點之間是否有短路發(fā)生。圖 4-2 實物圖結(jié) 論1、本文的主要工作和成果系統(tǒng)采用了以廣泛使用的單片機STC89C52為核心，配合時鐘芯片DS12887，并采用LCD顯示電路。主要工作和成果如下：（1）介紹基于單片機的時鐘電路的設(shè)計方法，并對基于單片機的時鐘的應(yīng)用進行了初步探討。（2）介紹了時鐘芯片DS12887的基本原理、特性及使用方法。對單片機軟硬件資源和接口擴展都有了深入的學(xué)習(xí)。（3）在系統(tǒng)的軟件仿真調(diào)試中，運用了PROTEL等軟件；學(xué)習(xí)了他們的基本操作，掌握了程序的編譯過程、電路圖的繪制過程。（4）課題設(shè)計取得

21、了較好的效果，達到了課題的基本要求。2、課題設(shè)計中不足及其展望本設(shè)計重點研究實現(xiàn)了基于單片機與時鐘芯片這種模式的時鐘，從原理上對單片機和時鐘芯片有了深一步的認(rèn)識。但是，時鐘除了能夠顯示基本日期時間功能外，還可以顯示、設(shè)置鬧鐘并可在工業(yè)測量控制系統(tǒng)中起到定時、監(jiān)控作用，以及對某些影像數(shù)據(jù)的實時記錄功能等。所以說，實時時鐘在工農(nóng)業(yè)的監(jiān)控中，它能發(fā)揮的作用會更多更大！它的這些功能還沒有完善，希望以后有機會可繼續(xù)完善其相應(yīng)的功能。附錄A：電路原理圖附錄A：源程序/* writer: xulin*/#includereg52.h#define uchar unsigned char#define uin

22、t unsigned int#include1602.h#includeds12887.hsbit s1=P25;sbit s2=P26;sbit s3=P27;uchar s1num,flag;void keyscan();/*main function*/void main() flag=1;s1num=0; init_ds12887();init_1602();/set_time();printf(); while(1) keyscan(); if(flag=1) printf(); /*/*設(shè)置時間子函數(shù)*/void keyscan()if(s1=0)delay(20);if(s1=0

23、)s1num+;flag=0; /進入設(shè)置時間函數(shù)后把標(biāo)志位置0.讓程序暫時不進入printf函數(shù)。while(!s1);if(s1num=1)write_com(0x80+0x40+11);write_com(0x0f); / 顯示光標(biāo)，光標(biāo)閃爍。if(s1num=2)write_com(0x80+0x40+8);if(s1num=3)write_com(0x80+0x40+5);if(s1num=4)s1num=0;write_com(0x0c);flag=1;if(s1num!=0)if(s2=0)delay(20);if(s2=0)while(!s2);if(s1num=1)secon

24、d+;if(second=60)second=0;DislpaySecondLine(11,second);write_com(0x80+0x40+12);write_ds(0,second); /調(diào)好時間后還必須寫到ds12887里面，再顯示時候就是調(diào)好的時間啦。if(s1num=2)minute+;if(minute=60)minute=0;DislpaySecondLine(8,minute);write_com(0x80+0x40+8);write_ds(2,minute);if(s1num=3)hour+;if(hour=24)hour=0;DislpaySecondLine(5,h

25、our);write_com(0x80+0x40+5);write_ds(4,hour);if(s3=0)delay(20);if(s3=0)while(!s3);if(s1num=1)second-;if(second=-1)second=59;DislpaySecondLine(11,second);write_com(0x80+0x40+11);write_ds(0,second);if(s1num=2)minute-;if(minute=-1)minute=59;DislpaySecondLine(8,minute);write_com(0x80+0x40+8);write_ds(2,

26、minute);if(s1num=3)hour-;if(hour=-1)hour=23;DislpaySecondLine(5,hour);write_com(0x80+0x40+5);write_ds(4,hour); /*/sbit rs=P20;sbit e=P21;uchar code years= 20 / : /;uchar code time=time : :;/*1ms延時子函數(shù)*/void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/*1602液晶寫指令子函數(shù)*/void write_com(uchar com)

27、rs=0;P0=com;delay(5);e=1;delay(5);e=0;/*1602液晶寫數(shù)據(jù)子函數(shù)*/void write_data(uchar date)rs=1;P0=date;delay(5);e=1;delay(5);e=0;/*1602液晶初始化函數(shù)*/void init_1602()uchar n1,n2;e=0;write_com(0x01); / 清屏write_com(0x38); / 設(shè)置為16*2顯示write_com(0x0c); / 開顯示，不顯示光標(biāo)write_com(0x06); / 寫一個字符后地址指針加1write_com(0x80); / 設(shè)置數(shù)據(jù)地址

28、指針，從80h開始 for(n1=0;n113;n1+) write_data(yearsn1);write_com(0x80+0x40);for(n2=0;n211;n2+) write_data(timen2);/*DS12887位聲明*MOT 引腳接GND 選擇Intel時序*rest 接高*/sbit dscs=P37;sbit dsas=P36;sbit dsrw=P35;sbit dsds=P34;/*寫數(shù)據(jù)子函數(shù)，先寫地址，再寫數(shù)據(jù)*/void write_ds(uchar add,uchar date) dscs=0;dsas=1;dsds=1;dsrw=1;P1=add;dsas=0;dsrw=0;P1=date;dsrw=1;dsas=1;dscs=1;/*讀數(shù)據(jù)子函數(shù)*/uchar read_ds(uchar add) uchar ds_date;dsas=1;dsds=1;dsrw=1;dscs=0;P1=add;dsas=0;dsds=0;P1=0xff;ds_date=P1;dsds=1;dsas=1;dscs=1;return ds_date;/*這個是顯示子函數(shù) 顯示在1602第一行顯示日期*/void Displ