电气工程及其自动化课程设计电子时钟.doc

桂林电子科技大学课程设计课题名称： 电子钟设计 专 业：电气工程及其自动化学 生： 指导教师： 郭福利 2013年12月25日目录一、设计要求-3二、设计方案和论证-31、总设计原理图-32、设计方案的选择-33、硬件部分-44、软件部分-75、pcb制板图与整体电路仿真-8三、元件清单-9四、安装与调试-9五、设计总结-六、参考文献-一、设计要求1.有8位显示2.可以显示时间、日期、星期3.几个按键可以校正时间。二、设计方案和论证本次设计时钟电路，使用了以atc89c52单片机为核心控制器件，再配上ds1302时钟芯片、lcd1602液晶显示、八个按键开关组成的简单时钟电路，并在题目要求的基础上用ds18b20拓展了一个温度检测电路。单片机的使用使电路得到了很大的简化，按键是用来调时和日期的，同时使用c语言程序来控制整个时钟运行及显示，程序的使用使得设计变得更加简单方便。此设计可以满足题目所提出的所有要求。（一)总设计原理框图如下图所示：（二）设计方案的选择1.计时方案方案1：采用实时时钟芯片现在市场上有很多实时时钟集成电路，如ds1287、ds12887、ds1302等。这些实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需要程序干预。因此，在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。方案2：使用单片机内部的可编程定时器。利用单片机内部的定时计数器进行中端定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本，但程序设计较为复杂。2.显示方案方案一：两个4位七段数码管显示由于单片机的i/o有限，并且无法直接驱动7段数码管显示，所以必须得加4个锁存器用于拓展单片机的i/o口，这样一来便会增加硬件的开销，其显示也较为麻烦，而且两个4位一体的7段数码管的体积有些大，因此也会增加板子的面积而且不够美观。方案二：lcd1602液晶显示lcd1602占用的i/o口较少，而且不用外加芯片驱动，显示较为方便，可以在一个界面上全部显示所要显示的内容，硬件开销小，编程方便，板子占用面积小。经过两个方案的比较，决定使用方案二。（三）硬件部分1、stc89c51单片机介绍stc89c51单片机是由深圳宏晶公司代理销售的一款mcu，是由美国设计生产的一种低电压、高性能cmos8位单片机，片内含8kbytes的可反复写的flashrom和128bytes的ram，2个16位定时计数器5。stc89c51单片机内部主要包括累加器acc(有时也简称为a)、程序状态字psw、地址指示器dptr、只读存储器rom、随机存取存储器ram、寄存器、并行i/o接口p0p3、定时器/计数器、串行i/o接口以及定时控制逻辑电路等。这些部件通过内部总线联接起来，构成一个完整的微型计算机。其管脚图如图所 示：vcc：电源。gnd：接地。p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能p3.0rxd（串行输入口）p3.1txd（串行输出口）p3.2/int0（外部中断0）p3.3/int1（外部中断1）p3.4t0（记时器0外部输入）p3.5t1（记时器1外部输入）p3.6/wr（外部数据存储器写选通）p3.7/rd（外部数据存储器读选通）p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时，ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。2、时钟显示电路 3、时钟校正电路本设计共用到了8个按键，其电路图及各个按键的功能如下： key1：key2：key3：key4：key5：key6：key7：key8：4、蜂鸣器电路电路接法：三极管选定npn型，基极b通过一个1k的电阻接到p3.6，射极e直接接地，集电极c接到蜂鸣器的阴极。单片机在复位后的个i/o口是高电平，此时三极管是截止的，通过编写程序当所设定的闹铃时间到，则p3.6输出低电平，此时三极管导通，导通后蜂鸣器与电源正极连通，构成一个工作回路，从而发出滴滴的响声。其中电阻r4在电路里起分压限流的作用，pnp三极管起到模拟开关的作用。8、外接电源电路外接电源电路用于连接外部5v电源与电子时钟电路，当上电正常时d1指示灯亮，否则说明上电不正常。（四）软件部分1、实验原理图：2、pcb制板图与电路仿真图3、实验总程序如下：#include#include1602.c#include1302.c#include18b20.csbit set_time = p27;sbit set_date = p26;sbit set_clock = p25;sbit add0 = p20;sbit add1 = p21;sbit add2 = p22;sbit set_week = p23;sbit confir = p24;systemtime time;unsigned char nweek;unsigned char code week76 = m o n,t u e,w e d,t h u,f r i,s a t,s u n;void scan();void main()double temp0;unsigned char day0;lcd_init();initial_ds1302();while(1)day0 = time.day;scan();ds1302_gettime(&time);if(day0 != time.day)nweek+;if(nweek = 7)nweek = 0;lcd_disp_str(0,0,time.datestring);lcd_disp_str(10,0,weeknweek);lcd_disp_str(0,1,time.timestring);tempchange();temp = get_temp();temp0 = 10*(temp*0.0625+0.05);lcd_disp_char(10,1,0 + (int)temp0/100);lcd_disp_char(11,1,0+(int)temp0%100/10);lcd_disp_char(12,1,.);lcd_disp_char(13,1,0+(int)temp0%10);lcd_disp_char(14,1,94);lcd_disp_char(15,1,c);void scan()if(set_time = 0)ds1302_timestop(1);while(confir = 1)timetostr(&time);lcd_disp_str(0,1,time.timestring);if(add0 = 0)/delay();if(add0 = 0)if(time.hour23)time.hour+;elsetime.hour = 0;while(add0 = 0);if(add1 = 0)/delay();if(add1 = 0)if(time.minute59)time.minute+;elsetime.minute = 0;while(add1 = 0) ;if(add2 = 0)/delay();if(add2 = 0)if(time.second59)time.second+;elsetime.second = 0;while(add2 = 0);ds1302_settime(time);ds1302_timestop(0);if(set_date = 0)ds1302_timestop(1);while(confir = 1)datetostr(&time);lcd_disp_str(0,0,time.datestring);lcd_disp_str(10,0,weeknweek);if(add0 = 0)/delay();if(add0 = 0)if(time.year99)time.year+;elsetime.year = 0;while(add0 = 0);if(add1 = 0)/delay();if(add1 = 0)if(time.month12)time.month+;elsetime.month = 1;while(add1 = 0);if(add2 = 0)/delay();if(add2 = 0)if(time.day31)time.day+;elsetime.day = 0;while(add2 = 0);if(set_week = 0)/delay();if(set_week = 0)if(nweek6)nweek+;elsenweek = 0;while(set_week = 0);ds1302_settime(time);ds1302_timestop(0);/*void timeset() interrupt 0ds1302_timestop(1);while(confir = 1)timetostr(&time);lcd_disp_str(0,1,time.timestring);if(add0 = 0)/delay();if(add0 = 0)if(time.hour23)time.hour+;elsetime.hour = 0;while(add0 = 0);if(add1 = 0)/delay();if(add1 = 0)if(time.minute59)time.minute+;elsetime.minute = 0;while(add1 = 0);if(add2 = 0)/delay();if(add2 = 0)if(time.second59)time.second+;elsetime.second = 0;while(add2 = 0);ds1302_settime(time);ds1302_timestop(0);void dateset() interrupt 2ds1302_timestop(1);while(confir = 1)datetostr(&time);lcd_disp_str(0,0,time.datestring);if(add0 = 0)/delay();if(add0 = 0)if(time.year99)time.year+;elsetime.year = 0;while(add0 = 0);if(add1 = 0)/delay();if(add1 = 0)if(time.month12)time.month+;elsetime.month = 1;while(add1 = 0);if(add2 = 0)/delay();if(add2 = 0)if(time.day31)time.day+;elsetime.day = 0;while(add2 = 0);ds1302_settime(time);ds1302_timestop(0);#includesbit ds1302_clk = p30; /实时时钟时钟线引脚sbit ds1302_io = p31; /实时时钟数据线引脚sbit ds1302_rst = p32;/实时时钟复位线引脚/*sbit ds1302_clk = p36; /实时时钟时钟线引脚sbit ds1302_io = p34; /实时时钟数据线引脚sbit ds1302_rst = p35;*/实时时钟复位线引脚sbit acc0 = acc0;sbit acc7 = acc7;typedef struct _systemtime_unsigned char second;unsigned char minute;unsigned char hour;unsigned char week;unsigned char day;unsigned char month;unsigned char year;unsigned char datestring9;unsigned char timestring9;systemtime;/定义的时间类型#define am(x)x#define pm(x)(x+12) / 转成24小时制#define ds1302_second0x80#define ds1302_minute0x82#define ds1302_hour0x84#define ds1302_week0x8a#define ds1302_day0x86#define ds1302_month0x88#define ds1302_year0x8c#define ds1302_ram(x)(0xc0+(x)*2) /用于计算 ds1302_ram 地址的宏void ds1302inputbyte(unsigned char d) /实时时钟写入一字节(内部函数)unsigned char i;acc = d;for(i=8; i0; i-)ds1302_io = acc0; /相当于汇编中的 rrcds1302_clk = 1;ds1302_clk = 0;acc = acc 1;unsigned char ds1302outputbyte(void) /实时时钟读取一字节(内部函数)unsigned char i;for(i=8; i0; i-)acc = acc 1; /相当于汇编中的 rrcacc7 = ds1302_io;ds1302_clk = 1;ds1302_clk = 0;return(acc);void write1302(unsigned char ucaddr, unsigned char ucda)/ucaddr: ds1302地址, ucdata: 要写的数据ds1302_rst = 0;ds1302_clk = 0;ds1302_rst = 1;ds1302inputbyte(ucaddr); / 地址，命令ds1302inputbyte(ucda); / 写1byte数据ds1302_clk = 1;ds1302_rst = 0;unsigned char read1302(unsigned char ucaddr)/读取ds1302某地址的数据unsigned char ucdata;ds1302_rst = 0;ds1302_clk = 0;ds1302_rst = 1;ds1302inputbyte(ucaddr|0x01); / 地址，命令ucdata = ds1302outputbyte(); / 读1byte数据ds1302_clk = 1;ds1302_rst = 0;return(ucdata);void ds1302_setprotect(bit flag) /是否写保护if(flag)write1302(0x8e,0x10);elsewrite1302(0x8e,0x00);void ds1302_settime(systemtime time) / 设置时间函数ds1302_setprotect(0);write1302(ds1302_second, (time.second/10)4 | (time.second%10);write1302(ds1302_minute, (time.minute/10)4 | (time.minute%10);write1302(ds1302_hour, (time.hour/10)4 | (time.hour%10);write1302(ds1302_year,(time.year/10)4 | (time.year%10);write1302(ds1302_month,(time.month/10)4 | (time.month%10);write1302(ds1302_day,(time.day/10)datestring0 = time-year/10 + 0;time-datestring1 = time-year%10 + 0;time-datestring2 = -;time-datestring3 = time-month/10 + 0;time-datestring4 = time-month%10 + 0;time-datestring5 = -;time-datestring6 = time-day/10 + 0;time-datestring7 = time-day%10 + 0;time-datestring8 = 0;void timetostr(systemtime *time)time-timestring0 = time-hour/10 + 0;time-timestring1 = time-hour%10 + 0;time-timestring2 = :;time-timestring3 = time-minute/10 + 0;time-timestring4 = time-minute%10 + 0;time-timestring5 = :;time-timestring6 = time-second/10 + 0;time-timestring7 = time-second%10 + 0;time-datestring8 = 0;void ds1302_gettime(systemtime *time)unsigned char readvalue;readvalue = read1302(ds1302_second);time-second = (readvalue&0x70)4)*10 + (readvalue&0x0f);readvalue = read1302(ds1302_minute);time-minute = (readvalue&0x70)4)*10 + (readvalue&0x0f);readvalue = read1302(ds1302_hour);time-hour = (readvalue&0x70)4)*10 + (readvalue&0x0f);readvalue = read1302(ds1302_day);time-day = (readvalue&0x70)4)*10 + (readvalue&0x0f);readvalue = read1302(ds1302_week);time-week = (readvalue&0x70)4)*10 + (readvalue&0x0f);readvalue = read1302(ds1302_month);time-month = (readvalue&0x70)4)*10 + (readvalue&0x0f);readvalue = read1302(ds1302_year);time-year = (readvalue&0x70)4)*10 + (readvalue&0x0f);datetostr(time);timetostr(time);void initial_ds1302(void)unsigned char second=read1302(ds1302_second);if(second&0x80)write1302(ds1302_second, (0/10)0; i-) /8byte = 7byte 时钟数据 + 1byte 控制ds1302inputbyte(*pwclock); / 写1byte数据pwclock+;ds1302_clk = 1;ds1302_rst = 0;void burstread1302(unsigned char *prclock)/读取ds1302时钟数据(时钟多字节方式)unsigned char i;ds1302_rst = 0;ds1302_clk = 0;ds1302_rst = 1;ds1302inputbyte(0xbf); / 0xbf:时钟多字节读命令for (i=8; i0; i-)*prclock = ds1302outputbyte(); / 读1byte数据prclock+;ds1302_clk = 1;ds1302_rst = 0;void ds1302_timestop(bit flag) / 是否将时钟停止unsigned char data;data=read1302(ds1302_second);ds1302_setprotect(0);if(flag)write1302(ds1302_second, data|0x80);elsewrite1302(ds1302_second, data&0x7f);#include#include #include #include /*lcd1602 设置 start*/#define lcd_db p0sbit lcd_rs=p11;unsigned char lcd_rw;sbit lcd_e=p10;/*#define lcd_db p0sbit lcd_rs=p26;sbit lcd_rw = p25;sbit lcd_e=p27;*/*lcd1602 设置 start*/*定义函数*/#define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid lcd_init(void); /初始化函数void lcd_write_command(uchar command); /写指令函数void lcd_write_data(uchar dat); /写数据函数void lcd_disp_char(uchar x,uchar y,uchar dat);/ 在某个屏幕位置上显示一个字符,x（0-15),y(1-2)void lcd_disp_str(uchar x,uchar y,uchar *str); /lcd1602 显示字符串函数void delay_n10us(uint n); /延时函数uint jishu,jishu1=0,wendu,bb,fen=0,miao=0,fmiao=0;/*-;模块名称:lcd_init();功 能:初始化lcd1602;占用资源:-;参数说明:-;-*/void delay(uint z)uint i,j;for(i=z;i0;i-)for(j=100;j0;j-);void lcd_init(void)delay_n10us(10);lcd_write_command(0x38);/设置8 位格式，2 行，5x7delay_n10us(10);lcd_write_command(0x0c);/整体显示，关光标，不闪烁delay_n10us(10);lcd_write_command(0x06);/设定输入方式，增量不移位delay_n10us(10);lcd_write_command(0x01);/清除屏幕显示delay_n10us(100); /延时清屏，延时函数，延时约n 个10us/*-;模块名称:lcd_write_command();功 能:lcd1602 写指令函数;占用资源: p2.0-rs(lcd_rs),p2.1-rw(lcd_rw),p2.2-e(lcd_e).;参数说明:dat 为写命令参数;-*/void lcd_write_command(uchar dat)delay_n10us(10);lcd_rs=0; /指令lcd_rw=0; /写入lcd_e=1; /允许lcd_db=dat;delay_n10us(10); /lcd_e=0;delay_n10us(10); /*-;模块名称:lcd_write_data();功 能:lcd1602 写数据函数;占用资源: p2.0-rs(lcd_rs),p2.1-rw(lcd_rw),p2.2-e(lcd_e).;参数说明:dat 为写数据参数;-*/void lcd_write_data(uchar dat)delay_n10us(10);lcd_rs=1;/数据lcd_rw=0; /写入lcd_e=1;/允许lcd_db=dat;delay_n10us(10);lcd_e=0;delay_n10us(10);/*-;模块名称:;功 能:显示一个字符;占用资源:-;参数说明:;-*/void lcd_disp_char(uchar x,uchar y,uchar dat)uchar address;if(y=1)address=0x80+x;elseaddress=0xc0+x;lcd_write_command(address);lcd_write_data(dat);/*-;模块名称:;功 能:显示一个字符串。;占用资源:-;参数说明:;-*/void lcd_disp_str(uchar x,uchar y,uchar *str)uchar address;if(y=1)address=0x80+x;elseaddress=0xc0+x;lcd_write_command(address);while(*str!=0)lcd_write_data(*str);str+;/*-;模块名称:delay_n10us();功 能:延时函数，延时约n 个10us;占用资源:-;参数说明:-;-*/void delay_n10us(uint n) /延时n 个10us12m 晶振uint i;for(i=n;i0;i-)_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/*lcd1602 设置 end*/*主函数*/*void main()while(1)lcd_init();lcd_disp_char(0,1,1+0);/显示一个字符lcd_disp_char(15,1,1+0);/显示一个字符lcd_disp_str(3,1,we are good);/显示字符串delay(500);/延时lcd_disp_str(5,2,partner!);/显示字符串delay(500);/延时*/#includesbit ds = p37;unsigned int temp;void delay()int i , j;for(i=0;i10;i+)for(j=0;j0)i-;ds = 1;i = 4;while(i0)i-;bit tempreadbit(void)unsigned i;bit dat;ds = 0;i+;ds = 1;i+;i+;dat = ds;i = 8;while(i0)i-;return dat;unsigned char tempread(void)unsigned char i,j ,dat;dat = 0;for(i = 1;i=8;i+)j = tempreadbit();dat=(j1);return dat;void tempwritebyte(unsigned char dat)unsigned int i;unsigned char j;bit testb;for(j = 1;j1;if(testb)ds = 0;i+;i+;ds = 1;i = 8;while(i0)i-;elseds = 0;i = 8;while(i0)i-;ds = 1;i+;i+;void tempchange()dsreset();delay();tempwritebyte(0xcc);tempwritebyte(0x44);unsigned get_temp()unsigned char a,b;dsreset();delay();tempwritebyte(0xcc);tempwritebyte(0xbe);a = tempread();b = tempread();temp = b;temp=8;temp = temp | a;return temp;三、元件清单名称数量型号四、安装与调试本设计是先使用proteus软件进行仿真，把各个问题逐一解决后再使用altium designer 把原理图和pcb图做好，最后就是做板、安装、调试。1.电路安装安照电路原理图把元器件安装到已打好的铜板对应的位置，把个元器件固定在铜板后，用导线把对应的元器件的引脚相连接，再用焊锡焊接好即可。注意事项：（1）元器件的布局应尽