基于單片機(jī)的電子時鐘設(shè)計(jì)

1、電子設(shè)計(jì)題 目： 基于單片機(jī)的電子時鐘設(shè)計(jì)學(xué) 院xxx專 業(yè)xxx班 級xxx學(xué)號xxx學(xué)生姓名xxx 2012年6月27日摘要：隨著時代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)。單片計(jì)算機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)。（single-chip microcomputer ）,是 cpu ,ram ,rom ,定時，計(jì)數(shù)和多種接口于一體的微控制器。他體積小，成本低，功能強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)品和工業(yè)自動化上。而51單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。這次課程設(shè)計(jì)通過對它的學(xué)習(xí)，應(yīng)用，從而達(dá)到學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、開發(fā)軟、硬的能力。本文將介紹一種基于單片機(jī)控

2、制的電子時鐘設(shè)計(jì)，時間可由鍵盤調(diào)整。主要用到的芯片有單片機(jī)stc89c52.液晶1602lcm模塊.時鐘芯片pcf8563等。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，1602lcm模塊，pcf8563， stc89c52引言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中電子時鐘就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)按鍵實(shí)現(xiàn)時鐘校準(zhǔn)時間與鬧鐘設(shè)置及倒計(jì)時的功能。系統(tǒng)由at89c51、lcd1602液晶顯示、按鍵等部分構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)

3、時間的調(diào)整、定時時間的設(shè)定，輸出等功能。目錄一.設(shè)計(jì)思路.41.1設(shè)計(jì)方案及其總體設(shè)計(jì)框圖41.2實(shí)時時鐘設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖4二 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì).52.1、單片機(jī)小系統(tǒng)的基本組成及其選擇.52.1.1單片機(jī)電源.時鐘電路.復(fù)位電路62.1.2 按鍵電路.實(shí)時時鐘電路.lcm模塊電路.72.1.3 總電路圖.72.1.4 開發(fā)板實(shí)物圖.82.2主要芯片及其功能.92.2.1 at89s52.92.2.2 pcf8563時鐘芯片簡介92.2.3 1602液晶顯示屏.15三、系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)（見附錄）：153.1主程序流程圖153.2pcf8563流程圖.16四、系統(tǒng)調(diào)試：keil編程16五、

4、電子設(shè)計(jì)心得體會：.17參考文獻(xiàn).17附錄：程序清單及其注釋：.18一.設(shè)計(jì)思路：設(shè)計(jì)方案及其總體設(shè)計(jì)框圖復(fù)位電路時間按鍵調(diào)整電路時鐘電路顯示實(shí)時時鐘電路實(shí)時時鐘設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖開始設(shè)置pcf8563初始時間復(fù)電標(biāo)志為復(fù)電？初始化讀pcf8563定時到？采集信息存數(shù)據(jù)接通iic信息上傳掉電標(biāo)志為掉電？成功？校時？寫pcf8563清除復(fù)位讀8563存時間清除掉電標(biāo)志讀pcf8563存時間接通iic時間上傳進(jìn)入睡眠狀態(tài)上傳成功？二、應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1、單片機(jī)小系統(tǒng)的基本組成及其選擇（1）單片機(jī)單片機(jī)選型參考 at89s51、at89s52 ：具備isp下載功能 ，可以使用usbasp程序下載線或者

5、并口下載 stc89c51、stc89c52：使用串口線+max232燒寫程序。 at89c51、at89c52 ：可以在最小系統(tǒng)板上使用，但需要另外用編程器燒寫程序 本次課程設(shè)計(jì)選用stc89c52型號單片機(jī)進(jìn)行操作。stc89c52是一個低功耗，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的flash只讀程序存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs -51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的stc

6、89c52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。   具有如下特點(diǎn)：40個引腳，8k bytes flash片內(nèi)程序存儲器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），32個外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計(jì)數(shù)器,2個 全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。        at89s52引腳圖     此外，at89s52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，cpu暫停工作，而r

7、am定時計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷 系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三 種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。         stc89c52引腳圖      此外，stc89c52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，cpu暫停工作，而ram定時計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷 系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有p

8、dip、tqfp和plcc等三 種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。（2）.電源（3）、時鐘電路石英晶振電路結(jié)構(gòu)原理如右圖所示int8563接單片機(jī)的p36引腳 （4）、復(fù)位電路 （5.）時間按鍵調(diào)整電路，如右圖電路結(jié)構(gòu)原理如右圖所示采用2*8按鍵掃描法。 （6）.實(shí)時時鐘電路 電路結(jié)構(gòu)原理如右圖所示 （8）.lcm模塊電路結(jié)構(gòu)原理如右圖： （9）總電路原理圖：2主要芯片及其功能at89s52（1）at89s52各引腳及i/o口介紹 p0口也可用做訪問片外數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器時的低8位地址/數(shù)據(jù)總線的復(fù)用口。這種情況下，p0口內(nèi)含上拉電阻。在flash編程時，p0口輸入代碼數(shù)據(jù)；在flash校

9、驗(yàn)時，p0口輸出代碼數(shù)據(jù)。在進(jìn)行編程校驗(yàn)時，需外接10k的上拉電阻。p1口8位、雙向i/o口，內(nèi)含上拉電阻。p1口為用戶使用的通用i/o口，每個引腳可驅(qū)動4個ttl負(fù)載。當(dāng)用做輸入時，每個端口首先置1。p1.0和p1.1引腳也用做定時器2的外部計(jì)數(shù)輸入(p1.0/t2)和觸發(fā)器輸入(p1.1/t2dx)。在編程和校驗(yàn)期間，p1口可輸入低字節(jié)地址。 p2口8位、雙向i/o口，內(nèi)部具有上拉電阻。p2口可用做通用i/o，可以驅(qū)動4個ttl負(fù)載。對p2口各位寫入1，可作為輸入。每個引腳由外部負(fù)載拉為低電平時，經(jīng)由內(nèi)部上拉電阻向外輸出電流。在訪問16位地址的外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時，p2口提供高8位

10、地址。用movx dptr類指令訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,p2口為高8位地址(即pch)；用movx r0和movx r1類指令訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口上的內(nèi)容是sfr p2的內(nèi)容。在編程和校驗(yàn)時，p2口接收地址線的高位和一些控制信號。p3口8位、雙向i/o口，內(nèi)部含有上拉電阻。 p3口可用做通用i/o口，可驅(qū)動4個ttl負(fù)載。當(dāng)用做輸入熟，要先將p3口各位置如外部負(fù)載將p3口拉低，則經(jīng)過上拉電阻向外輸出電流。在編程和校驗(yàn)時，p3口接收某些控制信號。 地址鎖存允許/編程脈沖輸入。 外部程序存儲器讀選通，低電平有效。 片外程序存儲器訪問允許。 xtal1和xtal2xtal1是片內(nèi)振蕩器反相放大

11、器和時鐘發(fā)生器的輸入端，xtal2是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。pcf8563時鐘芯片簡介（1）、概述pcf8563是plilips公司生產(chǎn)的低功耗的cmos實(shí)時時鐘日歷芯片，它提供一個可編程時鐘輸出，一個中斷輸出和掉電檢測器，所有的地址和數(shù)據(jù)通過i2c總線接口串行傳遞。最大總線速400kbits/s。 每次讀寫數(shù)據(jù)后內(nèi)嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)生增量。（2）pcf8563的內(nèi)部結(jié)構(gòu)pcf8563的外部引腳功能說明如圖所示：（3）pcf8563的工作原理pcf8563有16個位寄存器，一個可自動增量的地址寄存器，一個內(nèi)置32.768khz的振蕩器，帶有一個內(nèi)部集成的電容，一個分頻器用于給實(shí)時時

12、鐘rtc提供源時鐘，一個可編程時鐘輸出，一個定時器一個報警器，一個掉電檢測器和一個400khz i2c 總線接口。所有16個寄存器設(shè)計(jì)成可尋址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用前兩個寄存器內(nèi)存地址00h 01h。 用于控制寄存器和狀態(tài)寄存器內(nèi)存地址02h 08h， 用于時鐘計(jì)數(shù)器秒年計(jì)數(shù)器地址09h 0ch， 用于報警寄存器定義報警條件地址0dh ，控制clkout 管腳的輸出頻率地址0eh 和0fh，分別用于定時器控制寄存器和定時器寄存器秒分鐘小時日月年分鐘報警、小時報警、日報警寄存器編碼格式為bcd。星期和星期報警寄存器不以bcd格式編碼，當(dāng)一個rtc寄存器被讀時所有計(jì)數(shù)器的內(nèi)容被鎖存因

13、此在傳送條件下可以禁止對時鐘日歷芯片的錯讀。（4）pcf8563的寄存器和控制命令pcf8563的寄存器如表2 pcf8563共有16個寄存器。其中00h、01h為控制方式寄存器，09h、0ch為報警功能寄存器；0dh為時鐘輸出寄存器；0eh和0fh 為定時器功能寄存器；02h、08h為秒年時間寄存器；各寄存器的位描述如以下表所示。表3 控制/狀態(tài)寄存器1位描述表4 int 操作（bit ti/tp=1）表5 控制/狀態(tài)寄存器2位描述表6 af 和tf 值描述秒分鐘和小時寄存器表 7 秒/vl 寄存器位描述地址02h表8 分鐘寄存器位描述地址（03h）表9 小時寄存器位描述地址04h日星期月/

14、世紀(jì)和年寄存器表 10 日寄存器位描述地址05h表11 星期寄存器位描述地址06h表13 月/世紀(jì)寄存器位描述地址07h表15 年寄存器位描述地址08h倒計(jì)數(shù)定時器寄存器定時器寄存器是一個位字節(jié)的倒計(jì)數(shù)定時器。它由定時器控制器中位te決定有效或無效；定時器的時鐘也可以由定時器控制器選擇其它定時器功能，如中斷產(chǎn)生由控制狀態(tài)寄存器控制，為了能精確讀回倒計(jì)數(shù)的數(shù)值i2c總線時鐘，scl的頻率應(yīng)至少為所選定定時器時鐘頻率的兩倍。表16 定時器控制器寄存器位描述地址0eh表17 定時器時鐘頻率選擇表18 定時器倒計(jì)數(shù)數(shù)值寄存器位描述地址0fh以下是pcf8563的por時序圖石英晶片頻率調(diào)整方法(1)

15、定值osci 電容計(jì)算所需的電容平均值用此值的定值電容通電后在clkout 管腳上測出的頻率應(yīng)為32.768khz；測出的頻率值偏差取決于石英晶片電容偏差和器件之間的偏差；平均偏差可達(dá)5分鐘/年。方法(2) osci 微調(diào)電容可通過調(diào)整osci管腳的微調(diào)電容，使振蕩器頻率達(dá)到精確值，這時可測出通電時管腳clkout上的32.768khz信號。方法(3) osci 輸出直接測量管腳osci的輸出pcf8563的讀寫程序見附錄1602液晶顯示屏調(diào)用子程序設(shè)置第二行顯示位置與內(nèi)容調(diào)用子程序設(shè)置第一行顯示位置與內(nèi)容1602液晶顯示流程圖：延時初始化1602始三、系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)（程序見附錄）初始化調(diào)

16、用顯示子程序 是否正確 n y初次上串 n n讀出時間，初值計(jì)算，處理顯示，數(shù)據(jù)刷新 發(fā)時間轉(zhuǎn)換開始命令 主程序流程圖開始pcf8563初始化讀取時間顯示時間pcf8563流程圖四、系統(tǒng)調(diào)試：仿真器的介紹：keil c51是美國keil software公司出品的51系列兼容單片機(jī)c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，c語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。keil提供了包括c編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行keil軟件需要win98、nt、win2000、wi

17、nxp等操作系統(tǒng)。如果使用c語言編程，那么keil幾乎就是不二之選，即使不使用c語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。 keil軟件的開發(fā)運(yùn)用（1）keil c51單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) c51工具包的整體結(jié)構(gòu)，uvision與ishell分別是c51 for windows和for dos的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用ide本身或其它編輯器編輯c或匯編源文件。然后分別由c51及c51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.obj)。目標(biāo)文件可由lib51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)l5

18、1連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.abs)。abs文件由oh51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的hex文件，以供調(diào)試器dscope51或tscope51使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如eprom中。（2）使用獨(dú)立的keil仿真器時，注意事項(xiàng) l 仿真器標(biāo)配11.0592mhz的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。 l 仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。 仿真芯片的31腳（/ea）已接至高電平，所以仿真時只能使用片內(nèi)rom，不能使用片外rom；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部rom（其cpu的/ea引腳接至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。Ø 五、電子課程設(shè)計(jì)心得體會： 從這次的電子設(shè)計(jì)中，