基于单片机的电子时钟设计

1、电子设计题 目： 基于单片机的电子时钟设计学 院xxx专 业xxx班 级xxx学号xxx学生姓名xxx 2012年6月27日摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。单片计算机即单片微型计算机。（single-chip microcomputer ）,是 cpu ,ram ,rom ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。他体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次课程设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。本文将介绍一种基于单片机控

2、制的电子时钟设计，时间可由键盘调整。主要用到的芯片有单片机stc89c52.液晶1602lcm模块.时钟芯片pcf8563等。关键词：单片机，1602lcm模块，pcf8563， stc89c52引言随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中电子时钟就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本设计主要实现按键实现时钟校准时间与闹钟设置及倒计时的功能。系统由at89c51、lcd1602液晶显示、按键等部分构成，能实现

3、时间的调整、定时时间的设定，输出等功能。目录一.设计思路.41.1设计方案及其总体设计框图41.2实时时钟设计系统流程图4二 系统总体方案及硬件设计.52.1、单片机小系统的基本组成及其选择.52.1.1单片机电源.时钟电路.复位电路62.1.2 按键电路.实时时钟电路.lcm模块电路.72.1.3 总电路图.72.1.4 开发板实物图.82.2主要芯片及其功能.92.2.1 at89s52.92.2.2 pcf8563时钟芯片简介92.2.3 1602液晶显示屏.15三、系统软件程序的设计（见附录）：153.1主程序流程图153.2pcf8563流程图.16四、系统调试：keil编程16五、

4、电子设计心得体会：.17参考文献.17附录：程序清单及其注释：.18一.设计思路：设计方案及其总体设计框图复位电路时间按键调整电路时钟电路显示实时时钟电路实时时钟设计系统流程图开始设置pcf8563初始时间复电标志为复电？初始化读pcf8563定时到？采集信息存数据接通iic信息上传掉电标志为掉电？成功？校时？写pcf8563清除复位读8563存时间清除掉电标志读pcf8563存时间接通iic时间上传进入睡眠状态上传成功？二、应用系统的硬件设计1、单片机小系统的基本组成及其选择（1）单片机单片机选型参考 at89s51、at89s52 ：具备isp下载功能 ，可以使用usbasp程序下载线或者

5、并口下载 stc89c51、stc89c52：使用串口线+max232烧写程序。 at89c51、at89c52 ：可以在最小系统板上使用，但需要另外用编程器烧写程序 本次课程设计选用stc89c52型号单片机进行操作。stc89c52是一个低功耗，高性能cmos 8位单片机，片内含8k bytes isp(in-system programmable)的可反复擦写1000次的flash只读程序存储器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准mcs -51指令系统及80c51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和isp flash存储单元，功能强大的微型计算机的stc

6、89c52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。   具有如下特点：40个引脚，8k bytes flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（ram），32个外部双向输入/输出（i/o）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个 全双工串行通信口，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡器。        at89s52引脚图     此外，at89s52设计和配置了振荡频率可为0hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，cpu暂停工作，而r

7、am定时计数器，串行口，外中断 系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存ram的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有pdip、tqfp和plcc等三 种封装形式，以适应不同产品的需求。         stc89c52引脚图      此外，stc89c52设计和配置了振荡频率可为0hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，cpu暂停工作，而ram定时计数器，串行口，外中断 系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存ram的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有p

8、dip、tqfp和plcc等三 种封装形式，以适应不同产品的需求。（2）.电源（3）、时钟电路石英晶振电路结构原理如右图所示int8563接单片机的p36引脚 （4）、复位电路 （5.）时间按键调整电路，如右图电路结构原理如右图所示采用2*8按键扫描法。 （6）.实时时钟电路 电路结构原理如右图所示 （8）.lcm模块电路结构原理如右图： （9）总电路原理图：2主要芯片及其功能at89s52（1）at89s52各引脚及i/o口介绍 p0口也可用做访问片外数据存储器和程序存储器时的低8位地址/数据总线的复用口。这种情况下，p0口内含上拉电阻。在flash编程时，p0口输入代码数据；在flash校

9、验时，p0口输出代码数据。在进行编程校验时，需外接10k的上拉电阻。p1口8位、双向i/o口，内含上拉电阻。p1口为用户使用的通用i/o口，每个引脚可驱动4个ttl负载。当用做输入时，每个端口首先置1。p1.0和p1.1引脚也用做定时器2的外部计数输入(p1.0/t2)和触发器输入(p1.1/t2dx)。在编程和校验期间，p1口可输入低字节地址。 p2口8位、双向i/o口，内部具有上拉电阻。p2口可用做通用i/o，可以驱动4个ttl负载。对p2口各位写入1，可作为输入。每个引脚由外部负载拉为低电平时，经由内部上拉电阻向外输出电流。在访问16位地址的外部程序存储器和数据存储器时，p2口提供高8位

10、地址。用movx dptr类指令访问外部数据存储器时,p2口为高8位地址(即pch)；用movx r0和movx r1类指令访问外部数据存储器时，p2口上的内容是sfr p2的内容。在编程和校验时，p2口接收地址线的高位和一些控制信号。p3口8位、双向i/o口，内部含有上拉电阻。 p3口可用做通用i/o口，可驱动4个ttl负载。当用做输入熟，要先将p3口各位置如外部负载将p3口拉低，则经过上拉电阻向外输出电流。在编程和校验时，p3口接收某些控制信号。 地址锁存允许/编程脉冲输入。 外部程序存储器读选通，低电平有效。 片外程序存储器访问允许。 xtal1和xtal2xtal1是片内振荡器反相放大

11、器和时钟发生器的输入端，xtal2是片内振荡器反相放大器的输出端。pcf8563时钟芯片简介（1）、概述pcf8563是plilips公司生产的低功耗的cmos实时时钟日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过i2c总线接口串行传递。最大总线速400kbits/s。 每次读写数据后内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。（2）pcf8563的内部结构pcf8563的外部引脚功能说明如图所示：（3）pcf8563的工作原理pcf8563有16个位寄存器，一个可自动增量的地址寄存器，一个内置32.768khz的振荡器，带有一个内部集成的电容，一个分频器用于给实时时

12、钟rtc提供源时钟，一个可编程时钟输出，一个定时器一个报警器，一个掉电检测器和一个400khz i2c 总线接口。所有16个寄存器设计成可寻址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用前两个寄存器内存地址00h 01h。 用于控制寄存器和状态寄存器内存地址02h 08h， 用于时钟计数器秒年计数器地址09h 0ch， 用于报警寄存器定义报警条件地址0dh ，控制clkout 管脚的输出频率地址0eh 和0fh，分别用于定时器控制寄存器和定时器寄存器秒分钟小时日月年分钟报警、小时报警、日报警寄存器编码格式为bcd。星期和星期报警寄存器不以bcd格式编码，当一个rtc寄存器被读时所有计数器的内容被锁存因

13、此在传送条件下可以禁止对时钟日历芯片的错读。（4）pcf8563的寄存器和控制命令pcf8563的寄存器如表2 pcf8563共有16个寄存器。其中00h、01h为控制方式寄存器，09h、0ch为报警功能寄存器；0dh为时钟输出寄存器；0eh和0fh 为定时器功能寄存器；02h、08h为秒年时间寄存器；各寄存器的位描述如以下表所示。表3 控制/状态寄存器1位描述表4 int 操作（bit ti/tp=1）表5 控制/状态寄存器2位描述表6 af 和tf 值描述秒分钟和小时寄存器表 7 秒/vl 寄存器位描述地址02h表8 分钟寄存器位描述地址（03h）表9 小时寄存器位描述地址04h日星期月/

14、世纪和年寄存器表 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/世纪寄存器位描述地址07h表15 年寄存器位描述地址08h倒计数定时器寄存器定时器寄存器是一个位字节的倒计数定时器。它由定时器控制器中位te决定有效或无效；定时器的时钟也可以由定时器控制器选择其它定时器功能，如中断产生由控制状态寄存器控制，为了能精确读回倒计数的数值i2c总线时钟，scl的频率应至少为所选定定时器时钟频率的两倍。表16 定时器控制器寄存器位描述地址0eh表17 定时器时钟频率选择表18 定时器倒计数数值寄存器位描述地址0fh以下是pcf8563的por时序图石英晶片频率调整方法(1)

15、定值osci 电容计算所需的电容平均值用此值的定值电容通电后在clkout 管脚上测出的频率应为32.768khz；测出的频率值偏差取决于石英晶片电容偏差和器件之间的偏差；平均偏差可达5分钟/年。方法(2) osci 微调电容可通过调整osci管脚的微调电容，使振荡器频率达到精确值，这时可测出通电时管脚clkout上的32.768khz信号。方法(3) osci 输出直接测量管脚osci的输出pcf8563的读写程序见附录1602液晶显示屏调用子程序设置第二行显示位置与内容调用子程序设置第一行显示位置与内容1602液晶显示流程图：延时初始化1602始三、系统软件程序的设计（程序见附录）初始化调

16、用显示子程序 是否正确 n y初次上串 n n读出时间，初值计算，处理显示，数据刷新 发时间转换开始命令 主程序流程图开始pcf8563初始化读取时间显示时间pcf8563流程图四、系统调试：仿真器的介绍：keil c51是美国keil software公司出品的51系列兼容单片机c语言软件开发系统，与汇编相比，c语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。keil提供了包括c编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uvision）将这些部分组合在一起。运行keil软件需要win98、nt、win2000、wi

17、nxp等操作系统。如果使用c语言编程，那么keil几乎就是不二之选，即使不使用c语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。 keil软件的开发运用（1）keil c51单片机软件开发系统的整体结构 c51工具包的整体结构，uvision与ishell分别是c51 for windows和for dos的集成开发环境(ide)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用ide本身或其它编辑器编辑c或汇编源文件。然后分别由c51及c51编译器编译生成目标文件(.obj)。目标文件可由lib51创建生成库文件，也可以与库文件一起经l5

18、1连接定位生成绝对目标文件(.abs)。abs文件由oh51转换成标准的hex文件，以供调试器dscope51或tscope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如eprom中。（2）使用独立的keil仿真器时，注意事项 l 仿真器标配11.0592mhz的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。 l 仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。 仿真芯片的31脚（/ea）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内rom，不能使用片外rom；但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部rom（其cpu的/ea引脚接至低电平）的目标系统中使用。Ø 五、电子课程设计心得体会： 从这次的电子设计中，