基于AT89S52单片机数码管时钟[1]1

1、 课程设计(论文)说明书题 目： 基于AT89S52单片机 实现用数码管显示时钟 院 （系）： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 2011年 12月15日摘 要本课程设计要求基于STC89C52单片机实现用8位数码管进行时钟显示。采用了AT89C52单片机和DS1302实时时钟芯片,使用5V电源进行供电。设计的时钟可以通过按键切换，数码管显示北京时间（时、分、秒）以及月份、日期、星期，并且可以实现时钟的校准功能。主要的程序有：时钟芯片驱动程序,数码管显示及驱动程序等。设计成果制作成可供实际检测的实物电路板。关键词：单片机；DS1302；时钟电路；数码管显示；Abstract

2、The requirements of the curriculum design is based on STC89C52 single chip microcomputer, using 8-bit digital tubes to display clock. Using AT89C52 single chip microcomputer and DS1302 real-time clock chip, and the use of 5V power supply. Design of the clock by means of the key switches, display Bei

3、jing time ( hours, minutes, seconds ) and month, date, week, with digital tubes, and also can achieve the function of clock calibration. The main procedures : Clock Chip Driver, the digital display and control drivers. The design results can be used in the practical detection which have been made in

4、to a real circuit board. Key words：single chip microcomputer; DS1302; clock circuit; digital tube display;目 录引言11 电子钟功能及总体方案介绍21.1 电子钟功能介绍21.1.1 基本功能要求21.1.2扩展功能要求21.2 总体方案介绍21.2.1计时方案21.2.2按键/显示方案22 时钟系统的硬件设计22.1 控制芯片的选择22.1.1 AT89S52单片机性能与特点22.1.2单片机的内部结构32.1.3 AT89S52引脚的功能说明42.1.4 存储器的配置52.2 DS13

5、02的结构及工作原理62.2.1 引脚功能及内部结构62.2.2 DS1302的控制字节72.3 74HC573结构及工作原理72.3.1高性能硅门COMS器件介绍72.3.2引脚结构图及其功能72.4 数码管的基本介绍82.5 时钟电路设计82.5.1时钟芯片通信电路82.5.2按键调时电路设计92.5.3显示模块的电路设计93 软件模块设计103.1 主程序设计103.2 时钟芯片实时时间114 硬件组装114.1 元件清单114.2 电路板125 课程设计结果及总结125.1结果展示125.2课程设计总结13谢 辞14参考文献15引言21世纪，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电

6、子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代化电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。时钟，自从它被发明的那天起，就成为人类的朋友。随着时间的推移，随着科学技术的不断发展，随着生活水平的提高,人们越来越追求人性化的事物，对时间计量的精度要求越来越高，应用也越来越广泛，这些都导致传统的时钟已不能满足人们的需求。现代生活的人们越来越重视了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现了更大的优势。数码管显示的时间简单明

7、了，而且读数快、时间准确显示到秒。现代的实时时钟不仅需要数字电路技术而且需要模拟电路技术和单片机技术，增加了调时的功能。其电路可以由实时时钟模块、人机接口模块、数码管显示模块等部分组成。利用软件编程尽量做到硬件电路简单稳定，减小电磁干扰和其他环境干扰，充分发挥软件编程的优点，减小因元器件精度不够引起的误差，但是数字钟还是可以改进和提高如选用更精密的元器件。但与机械式时钟相比已经具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展

8、。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机模块中最常见的是数字钟。利用单片机实现的电子时钟具有编程灵活、精确度高等特点，并且便于电子时钟的扩充，即可用该电子钟发出各种控制信号，同时可以用该电子时钟发出各种控制信号。数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒及数字显示的计时装置，广泛用于个人家庭、车站、码头、办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用

9、，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。本课题研究的主要目的就是设计一个基于单片机的日历时钟系统。能够准确的显示出当前的时间信息。当时间显示不准确时调整出准确的时间信息即可。1 电子钟功能及总体方案介绍1.1 电子钟功能介绍1.1.1 基本功能要求（1）设计的电子时钟用8位数码管显示。（2）时间格式位为

10、XX-XX-XX，分别为时、分、秒。1.1.2扩展功能要求（1）设计的电子时钟可以通过按键切换显示日历，其格式为XX-XX X，分别为月份、日期、星期。（2）设计的电子时钟可以进行时间的校准功能。1.2 总体方案介绍1.2.1计时方案利用AT89S52单片机内部的定时/计数器和时钟芯片DS1302进行终端定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本，并且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼和提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解。1.2.2按键/显示方案AT89S52外接8个LED数码管构成显示器，外接5个按键（K1、K2、K3、K4、K5）构成按键控制部分

11、。设计框图如图1-1所示： 图1-1 电子时钟设计框图2 时钟系统的硬件设计2.1 控制芯片的选择2.1.1 AT89S52单片机性能与特点（1）AT89S52为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flsah存储器。（2）在单片机的应用系统中，单片机作为一种较为简单的计算机是嵌入到系统内部，作为系统电路的一部分，作为系统实现数字化和智能化的关键部件。AT89S52主要功能列举如下：拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）内部程序存储器（ROM）为 8KB内部数据存储器（RAM）为 256字

12、节32 个可编程I/O 口线8 个中断向量源三个 16 位定时器/计数器三级加密程序存储器全双工UART串行通道2.1.2单片机的内部结构单片机为实现其基本功能，内部必需要有配置输入输出（I/O口）、储存器（RAM或ROM）、运算和控制单元（CPU）等相应的功能电路，电路内部结构如图1-2所示：图1-2 AT89S52内部结构2.1.3 AT89S52引脚的功能说明 P89C5X系列单片机有40个引脚。其引脚图如图2-1所示：（1）VCC：AT89S52电源正端输入，接+5V。（2）VSS：电源地端。（3）XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。（4）XTAL2：系统时钟的反相放大器输出

13、端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。（5）RESET：AT89S52的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知 图2-1 AT89S52引脚图状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。 （6）EA/Vpp："EA"为英文"External Access"的缩写

14、，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。（7）ALE/PROG：ALE是英文"Address Latch Enable"的缩写，表示地址锁存器启用信号。AT89S52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0A7）锁

15、进锁存器中，因为AT89S52是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。（8）PSEN：此为"Program Store Enable"的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89S52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的

16、定址范围。（9）PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一个8位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7）。设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。（10）PORT2（P

17、2.0P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。（11）PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2

18、EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。（12）PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。2.1.4 存储器的

19、配置存储器是单片机里面的重要功能部件，分为程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。51系列单片机将程序存储器和数据存储器分开寻址，这样就有4个在物理上相互独立的存储器空间：片内、外的ROM和片内、外的RAM。在逻辑上只设有3个存储器寻址空间。程序存储器的某些单元被保留用于特定程序入口地址:（1）复位(0000H)，（2）外部中断0（0003H），（3）定时器T0溢出中断（000BH），（4）外部中断1（0013H），（5）定时器T1溢出中断（001BH），（6）串行口中断（0023H），（7）定时器T2中断（002BH）。2.2 DS1302的结构及工作原理2.2.1 引脚功能及内部结构（

20、1）DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：RES 复位，I/O 数据线，SCLK串行时钟。时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。DS1302是由DS1202改进而来,增加了以下的特性。双电源管脚用于主电源和备份电源供应Vcc1，为可编程涓流充电电源附加七个字节存储器。它广泛应用于电话传真便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。DS1302的引脚功能排列如图2-2所示： X1、X2：32.768KHz 晶振管脚。GND：地。Vcc1,Vcc2：电源供电管脚

21、。I/O：三线接口时的双向数据线。SCLK：串行时钟，控制数据的输入与输出。CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高，该引脚又两个功能：第一，CE开始 图2-2 DS1302的引脚图控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CE提供借书单字节或多字节数据传输的方法。（2）DS1302的内部结构如图2-3所示： 图2-3 DS1302的内部结构2.2.2 DS1302的控制字节DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。要想与DS1302通信，就要了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如图2-4所示： 图2-4 DS1302控制字（即地址及命令

22、字节） 控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据。位5至位1如果为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。2.2.3数据输入输出控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。2.3 74HC573结构及工作原理2.3.1高性能硅门COMS器件介绍SL74HC573 跟LS/AL573 的管脚

23、一样。器件的输入是和标准CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和LS/ALSTTL 输出兼容。当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。输出能直接接到CMOS，NMOS 和TTL 接口上，操作电压范围：2.0V6.0V，低输入电流：1.0uA，CMOS 器件的高噪声抵抗特性。2.3.2引脚结构图及其功能74HC573是8数据锁存器，主要用于数码管按键等等的控制。74HC573有20个脚，其引脚结构图如图2-5所示：（1）OE：低电压激活芯片。（2）1D8D：数据的输入脚从D0到D7。（3）GND：接地。（4

24、）LE：高电压激活芯片。（5）1Q8Q：数据的输出脚。（6）Vcc：电源。 图2-5 74HC573引脚图2.4 数码管的基本介绍（1）低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、TTL电路兼容。（2）发光响应时间极短（<0.1us），高频特性好，单色性好，亮度高。（3）体积小，重量轻，抗冲击性能好。（4）寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。（5）成本低，被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。本设计采用的是动态式驱动

25、方式。（1）静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高；缺点是占用I/O端口多。（2）动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机应用中最广泛的一种显示方式之一。动态是将所有数码管的8个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路。位选通由各自独自的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，当究竟是哪个数码管会显示出字形，就取决于单片机对位选通COM端电路的控制。

26、所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。2.5 时钟电路设计2.5.1时钟芯片通信电路 图2-6 时钟芯片部分电路2.5.2按键调时电路设计通过K1切换时间日历。时间格式位XXXXXX分别为时分秒，日历格式为XXXXX分别为月份、日期、星期。在时间显示时，通过按K2实现时、分、秒的闪烁切换。在日期显示时，通过按K2实现月、日、星期的闪烁切换。在任意数码管闪烁时，短按K3，该闪烁位值增1，短按K4，该闪烁位值减1。在任意数码管闪烁时，长按K3，该闪烁位值连续增1，长按K4，该闪烁位值连续减1。在任意调节状态，短按K5，正常显示时间。设计的按键如图2-7所示： 图2-72.5.3显示模块的电路设计设计主要使用数码管的现实功能来实现的，显示部分硬件用8只数码管为显示管。这些数码管的阳极是互相连接在一起的，所以称为共阳极数码管。通过在这8只数码管的阳极加+5V或0V的电压是数码管形成不同的数字。数码管部分如图2-8所示： 图2-8 显示模块2.5.4硬件总电路设计图2-9 设计的原理图3 软件模块设计3.1 主程