电子时钟论文

1、“创意电子”设计大赛设 计 报 告题 目： 电子时钟 参 赛 者： 李燕燕、张晓丽、刘刚 指导教师： 李晓红 设计时间： 2016年4月3日 计算机信息工程学院3摘 要本文介绍了基于STC89C52单片机的多功能电子时钟笔筒的硬件结构和软硬件设计方法。本设计由数据显示模块、温度采集模块、时间处理模块和调整设置模块四个模块组成。系统以STC89C52单片机为控制器，以串行时钟日历芯片DS1302记录日历和时间，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能。温度采集选用DS18B20芯片，采用直观的数字显示，数据显示采用1602液晶显示模块，可以在LCD上同时显示年、月、日、周

2、日、时、分、秒，还具有时间校准等功能。此电子时钟具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，具有广阔的市场前景。关键字： 52单片机、液晶显示、电子时钟I3目 录摘 要I一、绪论11.课题研究的背景1二、 系统的方案设计与论证11.单片机芯片设计与论证12.时钟模块设计与论证23.温度采集模块设计与论证24.显示模块模块设计与论证3三、系统硬件的设计31.STC89C52单片机32.时钟芯片DS1302接口设计与性能分析43.温度芯片DS18B20接口设计与性能分析54.LCD显示模块65.按键模块设计76.复位电路的设计8四系统的软件设计91.程序设计流程图9五 系统测试

3、与分析9六结论11参考文献12附录13一、绪论1.课题研究的背景随着科技的快速发展，时间的流逝,从观太阳、摆钟到现在电子钟，人类不断研究，不断创新纪录。它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，而且DS1302的使用寿命长，误差小。采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、时、分、秒和温度等信息，还具有时间校准等功能。该电路采用STC89C52单片机作为核心，功耗小，能在3V的低压工作，电压可选用35V电压供电。此电子时钟具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。二、 系统的方案设计与论证单片机电子

4、时钟的制作有多种方法，经过成本，性能，功耗等多方面的考虑决定用三个8位74LS164串行接口外接LED显示器，RESPACK-8对单片机STC89C52进行供电，时间芯片DS1302连接单片机STC89C52。按照系统设计的要求，初步确定电路系统构成框图如图1所示。 图1 硬件电路框图1.单片机芯片设计与论证方案一: 采用AT89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能用于3V的超低电压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程

5、序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二:采用STC89C52芯片作为硬件核心,采用Flash ROM，能以3V的超低电压工作，而且与MCS-51系列单片机完全兼容，该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间。同样具有STC89C52的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。由于STC89C52内部具有8KBROM存储芯片并且支持ISP在线编程，因此采用STC89C52作为主控芯片。2.时钟模块设计与论证方案一：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、

6、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。方案二：采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,位的RAM作为数据暂存区，工作电压2.5V5.5V范围内。由于DS1302时钟芯片计数时间精度高，而且具有闰年补偿功能等优点，故采用方案二。3.温度采集模块设计与论证方案一：采用温度传感器（如热敏电阻或AD590），再经AD转换得到数字信号，精度较准，但价格昂贵，电路较复杂。方案二：采用数字式温度传感器DS18B20，它能直接读出被测温度，并且可根据实际

7、要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式，但准确度不高，误差最大达2度。因为用DS18B20温度芯片，采用单总线访问，降低成本、降低制作难度且可节省单片机资源，故采用方案二。4.显示模块模块设计与论证方案一：采用静态显示方法，静态显示模块的硬件制作较复杂及功耗大，要用到多个移位寄存器，但不占用端口，只需两根串口线输出。方案二：采用动态显示方法，动态显示模块的硬件制作简单，段扫描和位扫描各占用一个端口，总需占用单片机14个端口，采用间断扫描法功耗小、硬件成本低及整个硬件系统体积相对减小。方案三:采用LCD的方法,具有硬件制作简单可直接与单片机接口,显示内容多,功耗小,成本低等优点,LCD

8、1602可显示32个字符,采用LCD的缺点是亮度不够。比较以上三种方案：方案一硬件复杂体积大、功耗大；方案二硬件简单、功耗小；方案三硬件简单，显示内容多,功耗小,成本低等。本系统设计要求达到功耗小、体积小、成本低，显示信息多等要求，权衡三种方案，选择方案三。三、系统硬件的设计1.STC89C52单片机本系统采用的是美国ATMEL公司生产的STC89C52单片机如图2。1.STC89C52单片机有40个引脚。2.STC89C52单片机与MCS-51完全兼容。图2 STC89C52单片机2.时钟芯片DS1302接口设计与性能分析2.1DS1302性能简介DS1302是Dallas公司生产的一种实时

9、时钟芯片。DS1302时钟芯片内主要包括移位寄存器、控制逻辑电路、振荡器。DS1302与单片机系统的数据传送依靠RST，I/O，SCLK三根端线即可完成。DS1302引脚说明： X1，X2 32.768kHz晶振引脚GND 地线RST 复位端I/O 数据输入/输出端口SCLK 串行时钟端口 图3 DS1302的引脚VCC1 慢速充电引脚VCC2 电源引脚 2.2DS1302接口电路设计1时钟芯片DS1302的接口电路及工作原理： 图4 DS1302与MCU接口电路图4为DS1302的接口电路，其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把SCLK

10、端置 “0”，接着把RST端置“1”，最后才给予SCLK脉冲。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。3.温度芯片DS18B20接口设计与性能分析3.1DS18B20简介1.DS18B20工作原理    DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。 DS18B20测温原理如图5所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在5

11、5所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。LSB位置/清除增加计数器1斜率累加器计数比较器温度寄存器减到0预置计数器2减到0停止预置低温度系数晶振高温度系数晶振图5 DS18B20测温原理3.2 DS18B20接口电路设计如图6所示，该系统中采用数字式温度传感器DS18B20，具有测量精度高，电路连接简单特点，此类传感器仅需要一条数据线进行

12、数据传输，用P3.7与DS18B20的DQ口连接，Vcc接电源，GND接地。 图6温度传感器DS18B20接口电路4.LCD显示模块4.1LCD1602的特性及使用说明1.LCD1602的接口信号说明如表1:表1 LCD1602的接口信号编号引脚符号功能说明编号引脚符号功能说明1VSS电源地9D2DATA I/O2VDD电源正极10D3DATA I/O3VL液晶显示偏压信号11D4DATA I/O4RS数据/命令选择端（H/L）12D5DATA I/O5R/W读/写选择端（H/L）13D6DATA I/O6E使能信号14D7DATA I/O7D0DATA I/O15BLA背光正极8D1DATA

13、 I/O16BLK背光负极2、基本操作时序如下：1）读状态：RS=L，RW=H，E=H2）写指令：RS=L，RW=L，D0D7=指令码，E=高脉冲3）读数据：RS=H，RW=H，E=H4）写数据：RS=H，RW=L，D0D7=数据，E=高脉冲5.按键模块设计本系统用到了5个按键，其中一个用作系统手动复位，另外4个采用独立按键（如图7），该种接法查询简单，程序处理简单,可节省CPU资源，按键电路如图15所示，4个独立按键分别与STC89C52的P3.4、P3.5、P3.6、P3.7接口相连。对以下4个按键作简要说明：S4SET 键，S3UP键，S2DOWN键，S5OUT/STOP键。图7 按键电

14、路6.复位电路的设计当STC89C52单片机的复位引脚RST（全称RESET）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就完成了复位操作。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位、手动复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。STC89C52单片机的上电复位POR（Power On Reset）实质上就是上电延时复位，也就是在上电延时期间把单片机锁定在复位状态上。本设计采用上电且开关复位电路，如图8所示上电后，由于电容充电，使RST持续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作。图8 复位电路四系统的软件设计1

15、.程序设计流程图 图9 程序设计流程图 5 系统测试与分析整个系统设计完成后，要进行运行调试，排除软件和硬件的故障，同时验证系统的可靠性及稳定性，使系统符合设计要求。在对系统进行实际调试时，首先应对硬件进行静态调试，同时对系统软件进行初步调试，此后再对软件和硬件进行动态调试，最后才能使系统进入正常工作。（1）静态调试：静态调试主要是排除明显的硬件故障。在电路搭建好后，对其进行仔细检查。查看端口是否正确连接，连接是否可靠。同时还应当用万用表检查电路，看应当开路的地方是否开路，有无虚焊或短路等等。（2）软件调试：系统软件程序在编制好以后，可通过软件对源程序进行编程，变成可执行的目标代码，在编程过程

16、中出现错误，要及时纠正。（3）动态调试：控制系统的软件和硬件是密切相关的，软件调试不能对硬件部分进行诊断，也不能在线仿真，所以用户程序还需跟硬件连接起来进行联调，调试对软件和硬件进行检查和诊断，整个单片机系统进行在线调试时，需借助仿真开发工具来对用户软件及硬件电路进行诊断、调试。 程序调试完成后，将程序下载到单片机里，使整个系统运行起来。图10 时钟笔筒实物图图11 仿真图六结论在整个设计过程中学到了许多没学到的知识，在电路焊接时虽然没什么大问题，但从中也知道了焊接在整个作品中的重要性，电路工程量大，不能心急，一个个慢慢来不能急于求成。反而达到事半功倍的效果。对电路的设计、布局要先有一个好的构

17、思，才显得电路板美观、大方。程序编写中，由于思路不清晰，开始时遇到了很多的问题，经过静下心来思考，理清了思路，反而得心应手。在此次设计中，知道了做事要有一颗平常的心，不要想着走捷径，一步一个脚印。也练就了我的耐心，做什么事都要有耐心。在本次设计中学到了很多很多东西，这是最重要的。总之，此次毕业设计使我的能力得到了全方位的提高，设计的电子时钟笔筒也存在着不足，有待于以后的改进。参考文献1苏平.单片机的原理与接口技术M.北京:电子工业出版社。2王忠民.微型计算机原理M.西安:西安科技大学出版社。3周雪.模拟电子技术M西安: 西安电子科技大学出版社。4左金生.电子与模拟电子技术M.北京:电子工业出版

18、社。5马忠梅，籍顺心等单片机的C语言应用程序设计M北京航空航天大学出版社。6张萌.单片机应用系统开发综合实例M. 北京：清华大学出版社。7李广弟. 单片机原理及应用M 北京航空航天大学出版社。18附录附录1核心程序：（1）读取写程序设计如下：sbit clk = P13; /ds1302时钟线定义sbit io = P14; /数据线sbit rst = P15; /复位线/秒 分 时 日 月 年 星期 uchar code write_add=0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8c,0x8a; /写地址uchar code read_add =0x81,0x83,0x85

19、,0x87,0x89,0x8d,0x8b; /读地址uchar code init_ds =0x58,0x00,0x00,0x01,0x01,0x13,0x1; uchar miao,fen,shi,ri,yue,week,nian;uchar i;uchar fen1=0x11,shi1=0; /两个闹钟变量的定义bit open1;/*写一个数据到对应的地址里*/void write_ds1302(uchar add,uchar dat)rst = 1; /把复位线拿高for(i=0;i<8;i+) /低位在前clk = 0; /时钟线拿低开始写数据io = add & 0x

20、01; add >>= 1; /把地址右移一位clk = 1; /时钟线拿高for(i=0;i<8;i+)clk = 0; /时钟线拿低开始写数据io = dat & 0x01;dat >>= 1; /把数据右移一位clk = 1; /时钟线拿高rst = 0; /复位线合低clk = 0;io = 0;/*从对应的地址读一个数据出来*/uchar read_ds1302(uchar add)uchar value,i;rst = 1; /把复位线拿高for(i=0;i<8;i+) /低位在前clk = 0; /时钟线拿低开始写数据io = add

21、& 0x01; add >>= 1; /把地址右移一位clk = 1; /时钟线拿高for(i=0;i<8;i+)clk = 0; /时钟线拿低开始读数据value >>= 1;if(io = 1)value |= 0x80;clk = 1; /时钟线拿高rst = 0; /复位线合低clk = 0;io = 0;return value; /返回读出来的数据/*把要的时间 年月日 都读出来*/void read_time()miao = read_ds1302(read_add0);/读秒fen = read_ds1302(read_add1);/读分s

22、hi = read_ds1302(read_add2);/读时ri = read_ds1302(read_add3);/读日yue = read_ds1302(read_add4);/读月nian = read_ds1302(read_add5);/读年week = read_ds1302(read_add6);/读星期Conversion(0,nian,yue,ri);/农历转换 n_nian = year_moon ;n_yue = month_moon ;n_ri = day_moon ;/*把要写的时间 年月日 都写入ds1302里*/void write_time()write_ds

23、1302(0x8e,0x00);/打开写保护write_ds1302(write_add0,miao);/写秒write_ds1302(write_add1,fen);/写分write_ds1302(write_add2,shi);/写时write_ds1302(write_add3,ri);/写日write_ds1302(write_add4,yue);/写月write_ds1302(write_add5,nian);/写星期write_ds1302(write_add6,week);/写年write_ds1302(0x8e,0x80);/关闭写保护/*把数据保存到ds1302 RAM中*0

24、-31*/void write_ds1302ram(uchar add,uchar dat)add <<= 1; /地址是从第二位开始的add &= 0xfe; /把最低位清零 是写的命令add |= 0xc0; /地址最高两位为 1 write_ds1302(0x8e,0x00);write_ds1302(add,dat);write_ds1302(0x8e,0x80);/*把数据从ds1302 RAM读出来*0-31*/uchar read_ds1302ram(uchar add)add <<= 1; /地址是从第二位开始的add |= 0x01; /把最高位置1 是读命令add |= 0xc0; /地址最高两位为 1 return(read_ds1302(add);/*初始化ds1302时间*/void init_ds1302()uchar i;rst = 0;/第一次读写数据时要把IO品拿低clk = 0;io = 0;i = read_ds1302ram(30); if(i != 3)i = 3;write_ds1302ram(30,i); /4050 4100 3080write