基于51系列單片機(jī)及DS1302時(shí)鐘芯片的電子時(shí)鐘C語言畢業(yè)論文

1、基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師: 完成日期:摘要一、弓丨言1二、 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘硬件選擇分析22.1主要IC芯片選擇22.1.1微處理器選擇22.1.2 DS1302 簡介 42.1.3 DS1302 弓I腳說明 42.2電子時(shí)鐘硬件電路設(shè)計(jì) 52.2.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)62.2.2 整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能7三、Protel 軟件畫原理圖83.1系統(tǒng)工作流程圖 83.2原理圖 9四、proteus 軟件仿真及調(diào)試 94.1電路板的仿真 94.2軟件調(diào)試9五、源程序 10六、課設(shè)心得 13七、參考文獻(xiàn) 13基于單片機(jī)電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)摘要電子時(shí)鐘主要是利用電子技術(shù)將時(shí)鐘電子化、數(shù)字化，擁有時(shí)鐘

2、精確、體積小、界面友好、可擴(kuò)展性能強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生活和工作當(dāng)中。另外，在生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，也常常需要溫度，這就需要電子時(shí)鐘具有多功能性。本設(shè)計(jì)主要為實(shí)現(xiàn)一款可正常顯示時(shí)鐘日歷、帶有定時(shí)鬧鈴的多功能電子時(shí)鐘。本文對(duì)當(dāng)前電子鐘開發(fā)手段進(jìn)行了比較和分析，最終確定了采用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多功能電子時(shí)鐘。本設(shè)計(jì)應(yīng)用 AT89C52芯片作為核心，6位LED數(shù)碼管顯示，使用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片完成時(shí)鐘日歷的基本功能。這種實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡 單，性能可靠，實(shí)時(shí)性好，時(shí)間精確，操作簡單，編程容易。該電子時(shí)鐘可以應(yīng)用于一般的生活和工作中，也可通過改裝，提高性能，增加新功能，從而給人們的生活和工作

3、帶來更多的方便。關(guān)鍵詞：電子時(shí)鐘；多功能；AT89C52 ;時(shí)鐘日歷芯片、引言時(shí)間是人類生活必不可少的重要元素，如果沒有時(shí)間的概念，社會(huì)將不會(huì)有所發(fā)展和進(jìn) 步。從古代的水漏、十二天干地支，到后來的機(jī)械鐘表以及當(dāng)今的石英鐘，都充分顯現(xiàn)出了時(shí)間 的重要，同時(shí)也代表著科技的進(jìn)步。致力于計(jì)時(shí)器的研究和充分發(fā)揮時(shí)鐘的作用，將有著重要的 意義。1.1多功能電子時(shí)鐘研究的背景和意義20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會(huì)的各 個(gè)領(lǐng)域，有力的推動(dòng)和提高了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展與信息化程度，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一 步提升，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。時(shí)間對(duì)人們來說總是那么

4、寶貴，工作的忙碌性和繁雜容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。然而遇到重 大事情的時(shí)候，一旦忘記時(shí)間，就會(huì)給自己或他人造成很大麻煩。平時(shí)我們要求上班準(zhǔn)時(shí)，約會(huì) 或召開會(huì)議必然要提及時(shí)間；火車要準(zhǔn)點(diǎn)到達(dá)，航班要準(zhǔn)點(diǎn)起飛；工業(yè)生產(chǎn)中，很多環(huán)節(jié)都需要 用時(shí)間來確定工序替換時(shí)刻。所以說能隨時(shí)準(zhǔn)確的知道時(shí)間并利用時(shí)間，是我們生活和工作中必 不可少的。電子鐘是采用電子電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝臵，廣泛應(yīng)用于個(gè)人 家庭，車站， 碼頭辦公室等公共場(chǎng)所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵贰Ｓ捎跀?shù)字集成電 路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化 給人們生產(chǎn)生活帶來了極大

5、的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào) 警、0按時(shí)自動(dòng)打鈴、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí) 電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用， 有著非常現(xiàn)實(shí)的意義1.2電子時(shí)鐘的功能電子時(shí)鐘主要是利用電子技術(shù)將時(shí)鐘電子化、數(shù)字化，擁有時(shí)間精確、體積小、界面友好、可擴(kuò)展性能強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生活和工作當(dāng)中。當(dāng)今市場(chǎng)上的電子時(shí)鐘品類繁多，外 形小巧別致。也有體型較大的，諸如公共場(chǎng)所的大型電子報(bào)時(shí)器等。電子時(shí)鐘首先是數(shù)字化了的 時(shí)間顯示或報(bào)時(shí)器，在此基礎(chǔ)上，人們可以根據(jù)不同場(chǎng)合的要求，在時(shí)鐘上加臵其他功能，比

6、如 定時(shí)鬧鈴，萬年歷，環(huán)境溫度、濕度檢測(cè)，環(huán)境空氣質(zhì)量檢測(cè)， USB擴(kuò)展口功能等。本設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘主要功能為：1. 具有時(shí)間顯示和手動(dòng)校對(duì)功能，24小時(shí)制；2. 具有年、月、日顯示和手動(dòng)校對(duì)功能；3. 具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功二、基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘硬件選擇分析考慮單片機(jī)貨源充足、價(jià)格低廉，可軟硬件結(jié)合使用，能夠較方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的多功能性， 故采用單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)。2.1主要IC芯片選擇2.1.1微處理器選擇目前在單片機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用比較廣泛的微處理器芯片主要為8XC5X系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)均采用標(biāo)準(zhǔn) MCS-52內(nèi)核，硬件資源相互兼容，品類齊全，功能完善，性能穩(wěn)定，體積 小，價(jià)格低廉，貨源充

7、足，調(diào)試和編程方便，所以應(yīng)用極為廣泛。例如比較常用的 AT89C2052 單片機(jī)，帶有 2KB Flash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器(E2PROM )的低壓、高性能8位CMOS微型計(jì)算機(jī)。擁有15條可編程10引腳，2個(gè)16位 定時(shí)器計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，可編程串行UART通道，并能直接驅(qū)動(dòng)LED輸出。僅僅是為了完成時(shí)鐘設(shè)計(jì)或者是環(huán)境溫度采集設(shè)計(jì)，應(yīng)用AT89C2052 單片機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)。但是將兩種功能結(jié)合在一片單片機(jī)上，就需要更多的IO引腳，故本設(shè)計(jì)采用具有32根IO 引腳的AT89C52單片機(jī)AT89C52單片機(jī)是一款低功耗，低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB （可經(jīng) 受100

8、0次擦寫周期）的FLASH可編程可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM ），器件采用 CMOS工藝和ATMEI公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)器（NURAM ）技術(shù)制造，其輸出引腳和指 令系統(tǒng)都與MCS-52兼容。片內(nèi)的FLASH存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性 存儲(chǔ)器編程器來編程。因此，AT89C52是一種功能強(qiáng)，靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便 的應(yīng)用在各個(gè)控制領(lǐng)域6。AT89C52具有以下主要性能：1. 4KB可改編程序Flash存儲(chǔ)器；2. 全靜態(tài)工作：0 24Hz ;3. 128 X8字節(jié)內(nèi)部RAM ;4. 32個(gè)外部雙向輸入輸出（IO） 口；5. 6個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；2個(gè)16

9、位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器；6. 可編程串行通道；7. 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89C52是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式 空閑方式（Idle Mode ）和掉電方式（Power Down Mode ）。在空閑方 式中，CPU停止工作，而 RAM、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電方式 中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。1910111213n1516r?IS19P1.0 Pl.lZP1 二Pl.3Pl.4Pl.5Fl.6 Pl_?KSTP3.0P3.1P3.2

10、P3.3P3.4P3.5P3.6P3_?IOCD TXD iSctoVCX PO J PO.PLPO 二FOJPO.EX.AJLLE :PROCPSEP2/TOF2aT1p、=* -mKDP2J1.2P2J:LIP2.：P2 J：圖2.1 AT89C52 芯片PDIP封裝引腳圖AT89C51為適應(yīng)不同的產(chǎn)品需求，采用 PDIP、TQFP、PLCC三種封裝形式，本系統(tǒng)采用雙列直插PDIP封裝形式。2.1.2 DS1302 簡介DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字

11、節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小于31天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.55.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)臵備用電源充電方式，提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。有主電源 和備份電源雙引腳，而且備份電源可由大容量電容（1F ）來替代。需要強(qiáng)調(diào)的是，DS1302需要使用32.768KHZ 的晶振。2.1.3 DS1302引腳說明圖2.2 DS1302 芯片引腳圖其的引腳功能參照表2.1表2.1 DS1302引腳功能說明引腳號(hào)名稱功能1V cci備份電源輸入2X132.768KHZ晶振輸入3X232.768KH

12、Z晶振輸出4GND地5RST控制移位寄存器復(fù)位610數(shù)據(jù)輸入輸出7SCLK串行時(shí)鐘8V CC2主電源輸入2.2電子時(shí)鐘硬件電路設(shè)計(jì)電子鬧鐘至少要包括秒信號(hào)發(fā)生器、時(shí)間顯示電路、按鍵電路、供電電源、鬧鈴指示電路 等幾部分。硬件電路框圖參照?qǐng)D2.3。該系統(tǒng)使用AT89C51單片機(jī)作為核心，通過讀取時(shí)鐘日歷芯片 DS1302數(shù)據(jù)，完成此電子 時(shí)鐘的主要功能一一時(shí)鐘。使用比較通用的8段共陽數(shù)碼管，做7位顯示，分別顯示時(shí)、分、秒。圖2.3多功能電子時(shí)鐘硬件系統(tǒng)框圖鍵盤是為了完成時(shí)鐘日歷的校對(duì)和日歷溫度的顯示功能。由于此電子時(shí)鐘要求具有鬧鈴功 能，所以設(shè)計(jì)有鬧鈴電路，進(jìn)行聲音響鈴。整個(gè)電路使用了兩種電源，

13、+5V電源將為整個(gè)電路供電。而+3V電源僅作為DS1302的備 用電源。當(dāng)+5V電源被切斷后，DS1302啟用+3V電源，可以保持DS1302繼續(xù)工作。當(dāng)+5V 電源恢復(fù)供電，LED依舊顯示當(dāng)前時(shí)間，而不會(huì)因?yàn)閿嚯娛瓜到y(tǒng)復(fù)位到初始化時(shí)間，避免了重 新校時(shí)的麻煩。2.2.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)鐘應(yīng)用了實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片 DS1302，其連接如圖2.4。該硬件電路設(shè)計(jì)簡單，抗干 擾能力強(qiáng)。如圖，AT89C51單片機(jī)P1.7直接接DS1302 的RST端，上電后，AT89C51的P1.7腳 自動(dòng)輸出高電平。P1.5作為串行時(shí)鐘接口，P1.6作為時(shí)鐘數(shù)據(jù)的10。DS1302采用雙電源供 電，平時(shí)由+5V電

14、源供電，當(dāng)+5V掉電之后，由圖中BT1 （ +3V備用電池）供電。特別需要注意X1和X2兩端連接的晶振丫1，該晶振頻率為32.768KHZ。1234SCBT1IEFYY132.768KHZU2vccX1X2GNDDS1302-Dn圖2.4系統(tǒng)時(shí)鐘電路2.2.2整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能采用蜂鳴器鬧鈴結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，但是發(fā)出的鬧鈴聲音單一。也可以在編程的時(shí)候編 寫一段音樂程序，待鬧鈴時(shí)間到時(shí)，調(diào)用該音樂程序給揚(yáng)聲器，便響起音樂。不過該方法只能做 一些簡單音樂，并且音樂程序會(huì)占用很多單片機(jī)存儲(chǔ)資源。還有一種方法是采用錄音放音芯片1420做鬧鈴，先對(duì)錄放音設(shè)備錄入一段音樂，當(dāng)?shù)皆O(shè)定 時(shí)間時(shí)，單片機(jī)控制錄放音設(shè)

15、備放音。采用錄放音電路，鈴聲可以是預(yù)先設(shè)定的一段自己喜歡的 音樂，符合電器設(shè)備人性化的要求。且 1420芯片可以分段錄音，還具有語音報(bào)時(shí)功能。另外，也可以購臵一塊音樂集成電路，加臵在單片機(jī)和蜂鳴器之間，當(dāng)單片機(jī)連接鬧鈴電 路的管腳送出高電平時(shí)，音樂集成電路會(huì)給蜂鳴器特定脈沖，使蜂鳴器發(fā)聲。此類集成電路體積 較小，使用方便，不足的是音樂簡單、單一。鬧鈴的鬧鐘不是本設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，故采用最簡單的方法，占用單片機(jī)一根 10 口 P1.7，中 間用PNP型三極管S9012連接P1.7和蜂鳴器。當(dāng)P1.7引腳為低電平時(shí)，S9012的發(fā)射極和 集電極導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲。當(dāng)響鈴標(biāo)志位為“P”時(shí)送一定頻率脈沖，

16、使蜂鳴器 U11發(fā)出聲音。如圖2.5R810KP2. 0圖2.5鬧鈴電路1、 Protel軟件畫原理圖3.1系統(tǒng)工作流程圖3.2 原理圖四、proteus軟件仿真及調(diào)試4.1電路板的仿真利用keil軟件編寫源程序。在protues中畫好其電路圖如下圖4.1所示：4.2軟件調(diào)試在硬件調(diào)試完畢的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步完善程序，也就是進(jìn)入軟件調(diào)試階段。在本設(shè)計(jì)中，軟件調(diào)試主要分兩大部分：實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷子程序調(diào)試、按鍵子程序調(diào)試。將這兩部分調(diào)試成 功，那么整個(gè)設(shè)計(jì)的軟件部分也就基本完成了ffe View Edit Tods 佻s 儼 由 Eph Source Debug bbriy Tempipbe SyB

17、em Hdp【。百 申仔Si晶臥純敗呎Q XZXHH 乂皆*產(chǎn) XJ AZ 亶吾3 3 9r+LszftflUTTCH ELEZER Ctf CRYSTAL D5W 海咲5“ REEHIELI3 *1 k |!：r#s4-陣口坊護(hù)冒嗣4UI* co_p :圖4.1數(shù)字鐘仿真圖五、源程序用C語言編寫：#in elude reg52.,sec;void delay(i nt n);sbit shi=P1A0;void show();sbit fen=卩1人1；void fmzz();sbit miao=P1A2;*DS1302 單字節(jié)寫入：*sbit rst=P1A4;void write_ds1

18、302_byte(uchar dat)sbit sck=P1A5;sbit io=P1A6;uchar i;sbit fm=P1A7;for (i=0;i1;void read_rtc();sck=1;void set_rtc();I M l H | I O 期靈即輔INATIhG (F.1()00CBlCF1JlMd25?|void display。；P2=0x08;P0=data_7segmi n%16;delaun sig ned int m;void write_ds1302(uchar add,uchar dat) rst=0 ;_nop_();sck=0; _n op_();rst

19、=1;_ nop_();write_ds1302_byte(add); write_ds1302_byte(dat);rst=0 ;_nop_();io=1;sck=1;*DS1302 讀?。?uchar read_ds1302(uchar add)uchar i,value;rst=0 ;_nop_();sck=0; _n op_();rst=1;_ nop_();write_ds1302_byte(add);for (i=0;i1;sck=0;if (io) value=value|0x80;sck=1;rst=0 ;_nop_();sck=0; _n op_();sck=1;io=1;r

20、etur n value;if (shi=0) delay(100);if (shi=0)=0) delay(100);if (fen=0)min=(m in 4)*10+(m in& OxOf);mi n+;if (min=60) min=0;mi n=(mi n10)4)*10+(sec&0x0f); sec+;if (sec=60) sec=0;sec=(sec10)4)+(sec%10); write_ds1302(0x80,sec);*讀取時(shí)間：*void read_rtc()=read_ds1302(0x83); sec=read_ds1302(0x81);*顯示時(shí)間：*void display()un sig ned int a=1;y(a);P2=0x10;P0=data_7segsec16;delay(a );P2=0x20;P0=data_