课程设计(数字日历钟表的设计)

1、课程设计说明书（论文）课程名称： 课程设计 1 设计题目： 数字日历钟表的设计院系： 班级： 设 计 者： 学号： 设计时间： 2013-6-19 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：院 （系）：专业：班号：任务起至日期：2013年5 月日至2013年 6月 19日课程设计题目：数字日历钟的设计已知技术参数和设计要求：1 数码管显示：秒、分、时（可同时显示，也可轮换显示）2 能够设置时间，“设置按键”数量不限，以简单合理易用为好。3 误差：1 秒天（报告中要论述分析是否满足要求）扩展（优秀必作）1 设置校准键：当数字钟显示在“整点30 秒”范围时，按动“校准键”，数字钟即刻被调整到

2、整 点，消除了30 秒的误差。2 加上“星期”显示（可以预置），并可以对其进行设置。其他要求：1 按动员老师的要求、课程设计报告规范进行设计2 不允许使用时数字钟表、日历专用 IC 电路。3 可以使用通用器件：模拟、数字、单片机、EPLD、模块电路等。4 设计方法不限。工作量：1.查找资料2.设计论证方案3.具体各个电路选择、元器件选择和数值计算4.具体说明各部分电路图的工作原理5.绘制电路原理图6.绘制印刷电路图7.元器件列表8.编写调试操作9.打印论文工作计划安排：1.查阅资料：2.方案论证3.设计、分析、计算、模拟调试、仿真、设计原理4.撰写报告：课程设计要求、方案论证、原理论述（原理框

3、图、原理图）、分析、计算、仿真，PCB 图的设计，误差分析、总结，参考文献等5. 上交课程设计论文 2013-6-19同组设计者及分工：指导教师签字 年月日教研室主任意见：教研室主任签字 年月日*注：此任务书由课程设计指导教师填哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）摘 要电子钟已成为人们日常生活中的必需品，广泛应用于各种场所。电子钟在使用时通常挂 在高处、不便于时间的设置。本设计利用按键手动对时间的修改和定时功能进 行操作， 使用更为便捷，应用前景更加广阔。系统电路由时钟模块、主控模块、键盘及显示模块、 电源模块组成。实时时钟采用 DS1302 实现年、月、日、时、 分、秒、星期等时间信息 的采

4、集及闹钟功能。这样设计的结果使电路结构十分简洁，各种要求能完全保证，使系 统电路的稳定性得到提高。同时，它采用 C 语言对系 统的各功能模块进行编程实现,并 且系统具有键盘控制功能，方便校对时间。关键词：单片机 AT89S52、 DS1302、日历钟一、设计要求1.1 基本要求： 数码管显示：秒、分、时（可同时显示，也可轮换显示）能够设置时间，“设置按键”数量不限，以简单合理易用为好。误差：1 秒天（报告中要论述分析是否满足要求）1.2 扩展要求（优秀必作）设置校准键：当数字钟显示在“整点30 秒”范围时，按动“校准键”，数字钟即 刻被调整到整点，消除了30 秒的误差。加上“星期”显示（可以预

5、置），并可以对其进行设置。二、方案2.1 方案方案1：可以利用数字逻辑电路实现，主要利用（74LS90）二一五一十进制异步串行 计数器，分别将个位接成十迸制计数器，十位接成六进制计数器，并将个位的输出端(11 脚)接十位的14脚(cry)端，就构成了60进制计数器，用2个相同的60进制计数器，分别作 为秒、分计时，并在个位和十位输出端接上数码管显示。小时计数器直接采用整体反馈 清零法构成24进制计数器。且可以利用统一时钟进行校准，但对其进行设置较为困难。方案2：可以采用ds1302芯片直接实现，但其集成化程度较高，不适合用来作课程设 计，故在本次设计中不予考虑。方案3：可以采用单片机加以实现，

6、一方面这学期我们刚刚学完单片机，其定时/计数 功能完全可以用来实现，P0口用来控制数码管用来显示，P2口用来选择控制各个数码管， P3口可以做外围控制信号输入端。再利用其三个中断可以实现秒、分、时、星期的设置， 还可以进行整点 30秒校准。这样就完全实现了课程设计的基本设计要求和扩展要求。2.2 结论：综合考虑选择方案三最佳。三方案原理叙述3.1 系统硬件电路芯片选型介绍3.1.1 AT89S52AT89S52 具有以下标准功能： 8K 字节 Flas, 256 字节 RAM, 32 位 I/O 口线，看门狗哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）定时器，2 个数据指针， 三个 16 定时器/计数

7、器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工 串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑作，支持 2 种软 件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、 中断继续工作。掉电保护方式下、RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作 停止，直到下一个中断或硬件复位为止3.1.2 DS1302 时钟芯片图 1.1 单片机引脚图DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、地功耗的实时时钟芯片，附加 31 字节 静态 RAM，采用 SPI 三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个 字节的时钟信号

8、和 RAM 数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个 月小与 31 天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达 2.55.5V。采用 双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进 行涓细电流充电的能力。DS1302 用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点 的记录上，能实现数据与该数据的时间记录，因此广泛应用于测量系统中。图 1.2DS1302 外部引脚分配3.2.数字日历时钟功能及工作原理3.2.1 数字日历钟功能及各模块设计说明（1）按键说明：数字时钟设置 5 个按键通过程序控制来完成电子时钟的计时、时间 调整及整点校正。调整时钟时

9、设计了星期加键、时加键、分加键以及秒加键，没有设置 减秒减分减时键，可通过循环调节得到正确的调节数值。SEC 键调整秒；MIN 键调整分；HOUR 键调整时；WEEK 键设置星期；哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）REVISE 键整点校准键。（2）计时方案：利用 AT89C51 单片机内部的定时/计数器 T0 进行中断定时，配合软 件延时实现星期、时、分、秒的计时，基本计时单元 1s。（3）显示方案：AT89C51 的 P0 口 P0.0P0.7 八个引脚分别与 LED 的 A G 、DP段码连接。为了节省 I/O 口线，简化电路，降低成本，采用动态显示方式，此次设计利用 AT89C51的

10、P2 口 P2.0P2.7 八个引脚分别与 LED 的 1 8 引脚连接来控制各显示器轮流选通，当延时时间小于人眼的反应差，可以使每位都显示，从而可以得到我们所要的时间显示。（4）时间设置方案： P1.0P1.3 端外接 4 个按键 SEC、MIN、HOUR、WEEK 键,通过外 部中断 INT0 扩展四个中断用以分别调整秒、分、时和星期。当上述四个键中的一个被按 下后，显示器停止计数，继续每按一下，对应位可加 1，来实现调整设置（其他三位设置 类似操作）。（5）整点校准方案：按 设计要求 在 当数字 钟显示 在“ 整点 30 秒 ”范 围时 ， 按 动“ 校准 键 ”，数 字钟即刻 被调整到

11、 整点 ，消 除了 30 秒的 误差 。这主要利 用外部中断 INT1，调用校正服务子程序来实现校正。3.2.2 时钟计时的基本方法利用 AT89C51 单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。(1)计数初值计算:把定时器 T0 设为工作方式 1，定时时间为 50ms，则计数 溢 出 20 次即得时钟计时最小单位秒，而计数可用软件方法实现。假设使用 T/C0，方式 1，软件设置控制字 TMOD=01H，50ms 定时，fosc=12MHz。则时钟周期初值Tj =1212MHz= 1usX 满足：x = 216 50ms = 155361usX=1553600111100101100

12、003CB0H，则 TH0=3CH,TL0=0BOH。(2) 采用中断方式进行溢出次数累计、计满 20 次为秒计时（1 秒），就让秒计数单元 加 1，当秒计数达到 60 时，就自动返回到 0，重新秒计数；(3) 从秒到分、从分到时和从时到星期的计时是通过累加和数值比较实现，即分计到60 时，时计数单元加 1，分清 0，时计到 24 时，星期加 1，时清 0。3.2.3 数字日历时钟的时间显示数字日历钟的时钟时间在 8 个数码管上进行显示，因此，在内部 RAM 中设置显示缓 冲区共 8 个单元，数据存放在 20H-27H 内存单元中。其中 20H、21H 单元存放秒数据，22H-23H 单元存放

13、分数据，24H-25H 单元存放时数据，26H 单元存放间隔数据,27 单元存放星期数 据。如表 2-1 所示。表 3-1 数码管的数据存储表LED8LED7LED6LED5LED4LED3LED2LED127H26H25H24H23H22H21H20H哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）星期时 十 位时 个 位分 十 位分 个 位秒 十 位秒 个 位3.2.4 数字日历时钟的时间校准设计要求实现“整点30秒”范围时，通过校准键消除误差，则只有当分计时单 元显示59和00时，校准键才会起作用。因此只有满足上述条件时，才予以校准。时间、 日期双显示与星期显示电路双显示电路用一只LM8365同时驱

14、动两块共阴显示屏. 两屏并 接使用, 分别用于显示月日和时间. 核心元件LM8365是大规模专用集成电路, DIP42封装, 电源电压典型值为Vdd= - 6. 521 V、两个定时输出报警系统; 日期和时间显示功能. 其 功耗电流小于10 mA. LM8365的日历显示功能是通过其33和38脚的输入电平变化来实现的. 当33脚和38脚同时接高电平( 正逻辑) 或电源正电压时, 输出是显示月日的信号; 当33 脚和38脚悬空或接低电平时, 输出是显示时分的信号. 据此特点, 电路中用一方波信号 控制33和38脚, 以高低电平变化的振荡信号使LM8365和双显示屏分别工作在动态显示输 出的状态.

15、 只要振荡频率大于25Hz, 由于人眼的视觉惰性, 看上去象固定的显示一样. 图1为整体电路原理框图, 星期显示电路由计数译码显示组成. 计数器选用CD4024, 译 码器用CD4511驱动共阴数码管显示星期. 计数器CD4024输出为二进制码, 为使译码显示 值与每周7 d 相对应, 利用反馈归零法实现七进制计数. 利用译码器的灯测试功能端LT , 外加二极管或门电路, 使计数为零时显示8, 代表星期日. 这里的计数器不用CD4518或 其它芯片, 而选用CD4024, 使电路设计更简单, 价格更便宜.图1.3整机电路原理框图四、系统硬件设计本系统共有两部分构成，其中硬件部分由电源输入部分、

16、晶振部分、校准输入部分、 设置输入部分、显示部分、定时部分组成，软件部分对应的由主程序、初始化程序、定 时中断程序、LED 显示程序、时间设置程序、整点校准程序等组成。单片机上电后，从头哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）开始执行程序，时钟频率由外部晶振频率提供。单片机控制整个装置的运行，对时钟芯 片初始化；读时钟芯片；判断时钟芯片是否更新。4.1 数字日历钟电路原理图数字日历钟的电路图由电源输入电路、晶振电路、时间设置输入电路等电路组成。 本系统采用 AT89C51 单片机作为主控制芯片，LED 显示采用了动态扫描方式实现，采用共 阳极数码管。为了提高计时精度，所采用的晶振频率为 12MHz

17、。数字日历钟原理图如图4-1所示。图 4-1 数字日历钟的原理图4.2 电源输入的电路原理图电子时钟主控制部分电源需要用 5V 直流电源供电，把频率为 50Hz、有效值为 220V 过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转换成稳定的直流电压。由于输入电压 为电网电压，一般情况下所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而电源 变压器的作用显现出来起到降压作用。降压后还是交流电压，所以需要整流电路把交流 电压转换成直流电压。由于经整流电路整流后的电压含有较大的交流分量，会影响到负 载电路的正常工作。需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。稳压电路的功能是使 输出直流电压基本不受电网电压

18、波动和负载电阻变化的影响，从而获得稳定性足够高的 直流电压。本电路使用集成稳压芯片 7805 解决了电源稳压问题，如图 4-2 所示。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）图 4-2 电源输入的电路原理图T1220V1D134 2 C4 C5GNDVin127805Vout 3+5 C6 C7220uF0.1uF220uF0.1uF4.3 晶振电路晶振电路如图 4-3 所示。XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放 大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。在 AT89C51 芯片的外部通 过这两个引脚跨接石英晶体，形成那个反馈电路，从而构成稳定的自激振荡电

19、路，如下 图所示XTAL1X1CRYSTALC1100PFXTAL2C2100PF图4-3晶振电路电路图五、系统软件设计哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）5.1 电子时钟程序流程框图5.1.1 主程序流程框图主程序功能主要是初始化、正常显示时间和判断功能转换键。初始化包括数据堆栈 区、定时/计数器的初始化、AT89C51 芯片的初始化及时间。定时/计数器的初始化：包括 对 TMOD、TCON 以及根据定时时间对时间初值的设置。显示时间调用显示子程序。主程序流程图如图 4-1 所示。开始内存单元清零设置中断入口堆栈初始化设定显示初值设置T0的模式 和初值调用转换程序调用显示子程序图5-1 主程

20、序流程图哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）5.1.2 定时中断程序流程框图定时中断是电子时钟的核心。定时/计数器 T0 的工作方式设置为：（1）T0 是工作在计数状态下，对输入的频率信号进行计数，但对工作在计数状态下 的 T0，最大计数值为 fosc /24，所以 T1 工作在定时状态下，每定时 1 秒中到，就停止 T0 的计数，而从 T0 的计数单元中读取计数的数值，然后进行数据处理。（2）T0 工作在定时状态下，最大定时时间为 65ms，达不到 1 秒的定时，所以采用定 时 50ms，共定时 20 次，即可完成 1 秒的定时功能。时钟的最小计时单位是秒，60s 进位 为 1min，60m

21、in 进位为 1h，24h 进位为 1 天。T0 用于产生最小单位 1s，定时时间为 50ms, 中断累计 20 次即为 1s。计数单元中每逢 60 进位。定时中断程序流程如图 5-2 所示。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）开始保护现场N1s到？Y秒单元加1N60s到？Y秒单元清零，分单元加1N60min到？Y分单元清0，时单元加1N24h到？Y时单元清0，星期加1N星期7到？Y星期单元置1现场恢复中断返回图5-2定时中断程序流程图哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）5.1.3 调时程序流程框图进行时间调整时，调用外部中断 INT0 实现。调整时间的方法是：按下 WEEK 键，星 期单元加 1，加至 8 时变为 1（7 过后即显示 1，不显示 8）；按下 HOUR 键，时单元加 1， 在加至 24 时变为 00（23 过后即显示 0，不显示 24）；按下 MIN 键，分单元加 1，加至 60 时变为 00（59 过后即显示 00，不显示 60）；按下 SEC 键，秒单元加 1，秒和分一样，加 至 60 时变为 00，在调节过程中，由于采用中断方式，调整时，