課程設(shè)計論文基于單片機的LED數(shù)碼管數(shù)字電子鐘

1、題 目：基于單片機的led數(shù)字電子鐘學(xué)生姓名： 學(xué) 號：專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器班 級：1004班摘要數(shù)字電子鐘是采用電子電路實現(xiàn)對年、月、日、時、分、秒數(shù)字顯示的計時裝置，由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體震蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字電子鐘的精度遠遠超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚谋匦杵贰?本次課程設(shè)計的是基于at89c52單片機和實時時鐘芯片ds1302在數(shù)碼管上進行時鐘顯示，并能通過按鍵對其進行調(diào)時和校準(zhǔn)，并且可以設(shè)置鬧鐘，且具有秒表功能。通過按鍵可以切換時鐘和秒表功能，同時可以對鬧鐘進行設(shè)置。采用at89c52單片機和ds1302實時時鐘

2、芯片，使用5v電源供電。ds1302是一種高性能、低功耗、帶ram的實時時鐘芯片，它能夠?qū)r，分，秒進行精確計時，它與單片機的接口使用同步串行通信，僅用3條線與之相連接，就可以實現(xiàn)mcs-51單片機對其進行讀寫操作，把讀出的時間數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管上顯示。程序運行時，數(shù)碼管將從當(dāng)前時間開始顯示，通過調(diào)節(jié)按鍵可以分別對小時和分鐘進行調(diào)整，調(diào)整后，時鐘以新的時間為起點繼續(xù)刷新顯示。這種實現(xiàn)方法的優(yōu)點是電路簡單，性能可靠，實時性好，時間和日期精度高，操作簡單，編程容易。目錄目錄-1一 前言-21.1課題研究的現(xiàn)實性意義-21.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀-21.3課題基本概況-3二 總體方案設(shè)計-42.1方案原理-4

3、2.2 硬件選擇-42.2.1 ds1302簡介-42.2.2單片機-52.2.3顯示方案-6三 硬件設(shè)計-83.1顯示模塊-93.2獨立按鍵模塊-93.3實時時鐘芯片ds1302-10四 軟件設(shè)計-114.1 程序流程圖-114.2 按鍵子程序-124.3 功能鍵按鍵程序流程圖-124.4 時間調(diào)整程序-13五 總結(jié)-14六 硬件原理圖-15第1章 前言1.1課題研究的現(xiàn)實性意義20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。隨著科技的

4、發(fā)展和社會的進步，人們對鐘表的要求也越來越高，傳統(tǒng)的鐘表已不能滿足人們的需求。單片機在多功能電子鐘中的應(yīng)用已是非常普遍的，人們對電子鐘的功能及工作順序都非常熟悉。電子時鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時間、日期數(shù)字顯示的計時裝置，是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以及車站、航站、劇院、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機上各個儀表的控制，從計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理；以及我們生活中廣泛使用的各種智能ic卡等，這些都離不開單片機。以前沒有單片機時，這些東西也能做，但是智能使

5、用復(fù)雜的模擬電路、然而這樣做出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且成本高，并且由于長期使用，與元件不斷老化，控制精度自然也會達不到標(biāo)準(zhǔn)。在單片機產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑耍覀冎恍枰趩纹瑱C外圍接一點簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設(shè)備逐漸增多，不同的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來很不方便。根據(jù)這種實際情況，設(shè)計了一個單片機多功能電子鐘系統(tǒng)，他可以避免多種控制器的混淆，利用一個控制器對多路電器進行控制，同時又可以進行時鐘校準(zhǔn)，它可以任意設(shè)置時間。這種具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人們的勞

6、動，擴大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片, 而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括地講, 一塊芯片就成了一臺計算機。它體積小、質(zhì)量輕、價格便宜, 為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。世紀(jì)跨越了三個“電” 的時代, 即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進人的電腦時代。不過, 這里的電腦, 通常是指個人計算機, 簡稱機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機, 大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機。顧名思義, 這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路, 即可進行簡單運算和控制。因為它體積小, 通

7、常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中, 起著有如人類頭腦的作用, 它出了毛病, 整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在, 這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛, 如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機, 就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效, 常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型” , 如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品, 不是電路太復(fù)雜, 就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因, 可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。單片機應(yīng)用系統(tǒng)因其優(yōu)異的性能、高可靠性以及成本低廉被廣泛應(yīng)用于航空航天、工業(yè)測控、機器人感覺、數(shù)字信號處理、通

8、信等各個技術(shù)領(lǐng)域， 然而在比較特殊的應(yīng)用系統(tǒng)中， 我們不僅希望單片機系統(tǒng)能夠完成數(shù)據(jù)的采集處理， 而且同時還想知道產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)的時刻， 以便于更詳細地了解和掌握現(xiàn)場情況， 因此為單片機系統(tǒng)增加數(shù)字時鐘將是不可回避的一項新型的工程技術(shù)。數(shù)字電子時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以及車站、航站、劇院、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。1.3課題基本概況 本設(shè)計基于單片機原理，以單片機at89c52芯片、ds1302時鐘芯片及l(fā)ed數(shù)碼管為核心，通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，設(shè)計制作出一個電子鐘系統(tǒng)。該

9、時鐘系統(tǒng)主要由時鐘模塊、顯示模塊、控制模塊組成。它的計時周期為24小時，顯滿刻度為“23時59分59秒”。能夠準(zhǔn)確顯示時間，可隨時進行時間調(diào)整，可設(shè)置鬧鐘，有秒表功能。設(shè)計以硬件軟件化為指導(dǎo)思想，充分發(fā)揮單片機功能，大部分能通過軟件編程來實現(xiàn)，電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。同時，該時鐘系統(tǒng)還具有功耗小、成本低的特點，具有很強的實用性。第2章 總體方案設(shè)計2.1方案原理使用串行接口時鐘芯片ds1302設(shè)計時鐘電路。該設(shè)計方案以mcs-51單片機為主控芯片，以串行時鐘芯片ds1302為核心計時芯片，然后再通過一個74ls164緩沖器驅(qū)動兩組數(shù)碼管組（每個數(shù)碼管組由四個數(shù)碼管連在一起組成）組成數(shù)字時鐘

10、電路。更重要的是，ds1302時鐘芯片的加入大大提高了數(shù)字鐘時間的準(zhǔn)確性，而且該電路在斷電后不丟失時間和數(shù)據(jù)信息時也使得該方案的研究與提升更具有開發(fā)的意義。其功能如下：1.電子時鐘用8位數(shù)碼管靜態(tài)顯示；2.時間顯示格式：xx-xx-xx，分別為時、分、秒。3.可以通過按鍵切換顯示日歷，格式:xx-xx-xx,分別為年、月、日。4.具有秒表和校時功能。2.2 硬件選擇2.2.1 ds1302簡介為了能夠較精確的計時，選擇了ds1302時鐘芯片。 ds1302是美國dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，工

11、作電壓寬達2.55.5v。時鐘可工作在24小時格式或12小時（am/pm）格式。 ds1302與單片機的接口使用同步串行通信，僅用3條線與之相連接?？刹捎靡淮蝹魉鸵粋€字節(jié)或突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或ram數(shù)據(jù)。ds1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的ram寄存器。ds1302是ds1202的升級產(chǎn)品，與ds1202兼容，但增加了主電源后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。ds1302的引腳功能如表2.1所示，外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。 表2.1 ds1302引腳功能表引腳號引腳名稱功能1vcc2主電源2、3x1、x2振蕩源，外接32

12、768hz晶振4gnd地線5rst復(fù)位/片選線6i/o串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端（雙向）7sclk串行時鐘輸入端8vcc1后備電源 圖2.1 ds1302管腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2.2單片機 本次設(shè)計選擇的單片機為at89c52。at89c52是51系列單片機的一個型號，它是atmel公司生產(chǎn)的。at89c52是一個低電壓，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），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和f

13、lash存儲單元，功能強大的at89c52單片機可提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。  at89c52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，at89c52可以按照常規(guī)方法進行編程,但不可以在線編程(s系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 圖2.2 at89c52單片機 圖2.3 at89c52單片機引腳2.2.3顯示方案根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計采用led數(shù)碼管靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是

14、把多個led顯示器的每一段與一個獨立的并行口連接起來，而公共端則根據(jù)數(shù)碼管的種類確定連接vcc或gnd。當(dāng)顯示器顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，直至新的時鐘信號到來。該方式每一位都需要一個8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當(dāng)所顯示的位數(shù)較多時，靜態(tài)顯示所需的i/o口太多，造成了資源的浪費。因此，通過移位寄存器74ls164可以減少所需的i/o口，可以用并行口的口線。通過移位寄存器74ls164將相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的數(shù)碼管上。74ls164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。當(dāng)清除段(clear)為低電平時，輸出端均為

15、低電平。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（a或b）之一串行輸入；任意一個輸出端為低電平，禁止新數(shù)據(jù)輸入；在時鐘端（clock）脈沖上升沿作用下q0為低電平。當(dāng)a、b有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在clock上升沿作用下決定q0的狀態(tài)。8個led數(shù)碼管分別對應(yīng)8個74ls164，而74ls164的七個輸出分別對應(yīng)一個數(shù)碼管的段碼。當(dāng)有數(shù)據(jù)來時，74ls164就把數(shù)據(jù)發(fā)給相應(yīng)的段碼，從而顯示出時間。 圖2.4 靜態(tài)顯示第3章 硬件設(shè)計該設(shè)計以stc89c52rc單片機為中心，分別設(shè)計了鍵盤電路、時鐘芯片電路、led數(shù)碼管顯示電路。其總體框圖和仿真原理圖如圖3.1和圖3.2所示。at89c52獨立按鍵

16、74ls164數(shù)碼管ds1302 圖3.1 總體框圖 圖3.2 仿真原理圖3.1顯示模塊八段數(shù)碼顯示管有兩種，一種是共陽數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個陽極相連接的發(fā)光二極管組成；另一種是共陰數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個陰極相連接的發(fā)光二極管組成。二者原理不同但功能相同。本設(shè)計的時間顯示硬件部分用8只數(shù)碼管為顯示管，這些數(shù)碼管為共陰極連接。其硬件連接圖如圖3.3。 圖3.3 顯示電路3.2獨立按鍵模塊 四個獨立按鍵通過p1口進行連接，其公共端接地。第一個按鍵控制時間調(diào)整，第二個按鍵是加鍵，第三個按鍵是減鍵，最后一個是切換鍵。接通電源，數(shù)碼管顯示，000000。按一下k4鍵顯示時、分、秒，并且走時顯示，此為正常

17、工作模式，按兩次k4鍵顯示年，月，日，按下三次后顯示秒表。之后按下k1鍵一次顯示秒可調(diào)，按兩次顯示分可調(diào)，按三次顯示時可調(diào)，之后依次循環(huán)。其硬件連接如圖3.4。 圖3.4按鍵電路3.3實時時鐘芯片ds1302ds1302采用三線接口與cpu進行同步通信，因此將3個p3口與ds1302進行連接。ds1302的x1和x2管腳外接標(biāo)ds1302的復(fù)位引腳通過把輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 輸入有兩種功能：首先，接通控制邏輯，允許地址命令序列送入移位寄存器；其次，提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對ds1302進行操作。如果在傳送過程中置為低電

18、平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在vcc2.5v之前，必須保持低電平。只有在sclk為低電平時，才能將rst置為高電平。其連接線路如圖3.5圖3.5時鐘芯片電路第4章 軟件設(shè)計4.1 程序流程圖本實驗由c語言編寫完成。主程序流程如下：開始初始化子程序初始化ds1302掃描按鍵程序是否有鍵按下 調(diào)用ds1302時間函數(shù) 否外部中斷按鍵調(diào)時 是刷新數(shù)碼管顯示4.2 按鍵子程序小時加/減1加/減鍵有效等待按鍵程序控制鍵有效，進入小時調(diào)整程序控制鍵有效，進入分鐘調(diào)整程序等待按鍵程序加/減鍵有效分鐘加/減14.3 功能鍵按鍵程序流程圖s1功能鍵是否按下sinum累加s1num=1s1num=2s1num=5s1num=4s1num=3調(diào)整秒調(diào)整分清零鬧鐘調(diào)整時x清零4.4 時間調(diào)整程序中斷miao+=miao>59miao=0,fen+fen>59fen=0,shi+shi>23中斷返回shi=0第5章 總結(jié) 通過本次設(shè)計，我對單片機的了解又有了進一步的加深，并且系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了ds1302的相關(guān)知識，我發(fā)現(xiàn)只有動手做才會讓自己學(xué)到更多的東西，才會發(fā)現(xiàn)自己有那么多的不足，并且還讓我更熟悉了對文檔的整理的能