基于DS1302电子时钟的设计概要

单片机应用课程设计报告（2012~2013学年第2学期）设计题目：基于DS1302电子时钟的设计班别：姓名：指导教师：时间：目录1设计任务 32系统总体方案设计 32.1各个模块方案论证 32.1.1时钟芯片的选择 32.1.2显示器的选择 32.2总体方案设计 43硬件电路设计 43.1单片机最小系统 43.21302时钟电路 53.3按键调时电路 54系统软件设计 64.1主程序流程图 64.2子程序流程图 74.2.1DS1302子程序流程图 74.2.21602子程序流程图 84.3按键校正调时程序 85实物调试 95.1实物性能分析 95.2总结 12附录1 14（1）系统总电路图 14（2）系统仿真图 14附录2 16部分程序清单 161设计任务基本要求：采用DS1302时钟芯片与单片机STC89C52相结合设计电子时钟来显示出实时年、月、日、时、分、秒等时间，并且可以通过按键进行时间调整。2系统总体方案设计2.1各个模块方案论证2.1.1时钟芯片的选择由于设计的是电子时钟，而单片机STC89C52自带计时功能，利用单片机实现数据的显示和调整是可行的，采用单片机计时，利用它的一个16位定时器/计数器每50ms产生一个中断信号，中断20次后产生一个秒信号，然后根据时间进制关系依次向分、时、日、星期、月、年进位。这样就实现了直接用单片机来实现电子万年历设计。用单片机来实现电子万年历设计，无须外接其他芯片，充分利用了单片机的资源。但是精度不够高，误差较大，掉电后丢失所有数据，软件编程较复杂。在以单片机为核心构成的装置中，经常需要一个实时的时钟和日历，以便对一些实时发生事件记录时给予时标，实时时钟芯片便可起到这一作用。利用单片机进行控制，采用DS1302作为实时时钟芯片，其三线接口SCLK、I/O、/RST与单片机进行同步通信，外加掉电存储电路、显示电路、键盘电路，即构成一个基本的电子万年历系统。由于在系统设计时，需要考虑以下几点因素：功耗低、精确度高、软件程较简单，芯片的体积小、芯片成本低等，而DS1302芯片有上面所述的诸多优点，所以本设计采用DS1302作为实时时钟芯片。2.1.2显示器的选择LED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，从而显示出需要的字符，但此次设计需要显示汉字，如果选用数码管来显示汉字，则会需要数十个，这样就会产生浪费，而且不方便控制，不符合设计的初衷。LCD1602具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，对比度可调、内含复位电路、提供各种控制命令等特点，完全满足本次设计的需要，因此选择用LCD1602作为显示器使用。2.2总体方案设计DS1302具有自身计时的功能，但是自身却没法显示并且调整时间，这时就不可避免的要使用到单片机STC89C52，它可以作为一个桥梁，架接液晶显示器和DS1302，并且利用单片机的专用端口可以实现调整时间的功能。利用单片机STC89C52实现数据的显示和调整是整个系统的关键所在，在整个系统中，使用单片机的P0口作为液晶显示屏的显示端口，液晶显示屏所显示的数据全都通过P0口接收与发送，P1口用作触发开关的通信接口，这样单片机可以较好地完成时间的显示与调整。3硬件电路设计3.1单片机最小系统单片机最小系统是时钟的主要控制器，它是连接外围与时钟电路、输入按键、显示器LCD1602的纽带。它主要由STC89C52单片机、单片机晶振电路与单片机复位电路组成。单片机最小系统如图1所示。图1单片机最小系统电路晶振系统由两个30pf的陶瓷电容和一个12MHz的晶振组成，分别接在XTAL1、XTAL2上，在单片机内部，这两个端口是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内震荡器，它决定了单片机的时钟周期。单片机有一个复位引脚RST，高电平有效，只要RST保持高电平，单片机将循环复位，复位期间，ALE、PSEN输出高电平。RST从高电平变为低电平之后，PC指针变为0000H，使单片机从程序存储器地址为0000H的单元开始执行。当单片机执行程序出错或进入死循环时，也可按复位按钮重新启动。3.21302时钟电路时钟电路是时间计时的基本电路，时钟电路一般由DS1302时钟芯片和32.768MHz晶振构成。理论上在晶振两端加两个6pf的电容，可以使晶振频率更为精确。DS1302时钟电路图如图2所示。图21302时钟电路按键调时电路按键调时电路主要的作用是校正时间，它包含有五个动作：进入(S3)，退出(S6)，加一(S4)，减一(S5)，切换(S2)。要进行校正调时，要首先按启动按钮，启动按键有效之后，其他按键才能被解锁，如果启动按键判断无效，其余按键将被锁定，按退出按键就会退出校正调时状态。按键调时电路如图3所示。图3按键校正调时电路4系统软件设计DS1302是利用单片机控制来实现时钟计时，C语言具有简单易懂，条理清晰，易于修改的特点，因此应用起来就比较方便。4.1主程序流程图图4主程序流程图开始时，先对变量进行初始化，然后对DS1302进行处理，使其不具备写保护，这样才能给DS1302通信，使其能与单片机交换数据。给DS1302连续的脉冲，接着向1302内部写入地址，直至写完。最后由单片机与DS1302通信，读取DS1302内部的地址，直至读取完毕，然后单片机把所读到的数据传送给1602，使数据呈现在液晶屏上，这样，整个主程序流程图就完成了。主程序流程图如图4所示。4.2子程序流程图4.2.1DS1302子程序流程图DS1302子程序流程图如图5所示。开始开始DS1302初始化DS1302初始化写入数据写入数据计数计数是否校正调时是 是否校正调时读出数据否读出数据图5DS1302子程序流程图图5展示了DS1302工作的一个工作流程：首先便是对DS1302进行初始化，使其不受写保护，方便数据写入，在连续的脉冲作用下，不断有数据写入1302的地址中，直至需要调时，这时改变后的数据就会储存在新的地址上，读取时便可把新的数据传输在1602上，即完成了调时。4.2.21602子程序流程图开始开始1602初始化1602初始化写入数据写入数据是否有写入是否有写入否 是读出数据显示读出数据显示 图61602子程序流程图1602显示器的工作流程图展示了1602的工作流程：启动时，首先对1602进行初始化，然后检测有没有数据写入，当有数据写入时，1602便读出数据并显示，没有数据写入时，1602就一直处于等待中，直至有数据写入。1602子程序流程图如图6所示。4.3按键校正调时程序……………… if(num==1) { enable(0xc0+12); if(jia==0) delay(5); if(jia==0) { while(!jia); sec=bcdtodec(uc_R1302(0x81)&0x7f); sec++; if(sec>59) sec=0; L1602_char(2,12,sec/10+48); L1602_char(2,13,sec%10+48); v_W1302(0x80,dectobcd(sec)|0x80); } if(jian==0) delay(5); if(jian==0) { while(!jian); sec=bcdtodec(uc_R1302(0x81)); sec--; if(sec==-1) sec=59; L1602_char(2,12,sec/10+48); L1602_char(2,13,sec%10+48); v_W1302(0x80,dectobcd(sec)|0x80); } }………………这是整个调时系统的一部分，它实现了时间的调整这一功能。全部程序详见附录。5实物调试5.1实物性能分析用KEIL编写程序软件编写程序、经过Proteus仿真软件仿真调试之后，确认了此系统可正常运行，在这样的前提下，我们利用一个单片机最小系统、一块用万用板焊接的模块和一个1602液晶完成了第一次实物仿真。本次实物如图7所示。虽然本次调试测试没有达到要求，但是为后续工作打下了不可替代的基础。图7万用板实物我们在第一次的尝试之后，发现无较大问题存在，于是就尝试着做出了我们此次课程设计的第一块PCB板，在仔细检查了整个电路无误之后我们就开始了我们的尝试，第一块板的造型是深思熟虑之后才最终定稿的。可能是由于第一次做双面板，技术不熟练，所以打板的时候就难免出现这样那样的问题，我们的第一块板同样出现了问题：液晶显示屏上只显示三个小亮点，不显示数字，实物如图8所示。图8第一块PCB板经过这一次的挫折，我们发现了本来不会出错的地方，无缘无故的出现了好多问题，导致了第一次试验没能成功。但是我们并不气馁，经过细致的检查，我们找到了大部分的问题，最终我们的第二块板也很快做出来了，可是问题又出现了：时钟不走。第二块PCB板如图9所示。图9第二块PCB板因为时间数据一直不走，我们查阅了好多资料，又认真的把相关知识复习了一遍，最终问题解决了：原来是DS1302的两个数据传输线的电流太小，于是我们就在P3.5、P1.6的端口加上了上拉电阻，加大了电流，最终我们完成了设计。完成的实物如图10所示。图10最终设计5.2总结首先，这次设计让我们更加了解了单片机及其运用，让我们受益匪浅，在这次设计中，我们想挑战一下自己，于是就选用了1602液晶屏来显示数字时钟，我们知道这对我们来说还是有难度的，但是我相信我们一定会克服这个困难的，因为我坚信只有给自己真正的压力，自己才会获得真正的知识！在整个方案的探究与决策中，我们自己动手分析设计程序加深了对自己未知知识的理解和对指令的灵活运用。通过对程序的编译和电路的仿真，让我们更加熟悉了仿真软件的应用，最重要的是使我们能够更直观的看到程序运行的结果，这给了我们极大地鼓励与信心！此外，通过这次单片机课程设计，不仅对我们的动手能力有进一步的提高，而且还对我们的性格成长上也产生了很大的影响：设计操作量大，对我们的习惯和技能要求高，对我们的素质发展有着相当重要的作用，要在操作前应该认真学习理论知识，以便更好地指导实践，之后应该继续思考，把理论与实践更好地结合起来，凡事不能操之过急，静下心来，认真的思考，谨慎的处理好动手与动脑的有效结合。这种改变无疑让我们在以后的生活中能获取更多的益处与经验。本次课程设计给我印象最深刻的是它给我们启发：理论和实践是两个不同的过程，理论是不能等于实践，反之也不行，两者是有区别的，有时理论是对的，实践不一定能体现出来。实践出来了，不一定能和理论稳合呼应。比如，我们在仿真的时候，我们电路和程序没有问题，完全正确，实验结果也与我们预期的一样，这是我们产生了“此次设计如此简单，只要把电路图连对就行了”错误想法，结果做出来的实物并没有按照我们的预期展现给我们：又有问题了！经过我们认真仔细的检查，又查阅了众多的资料，把以前的资料又习一遍，最终问题找到了。在找到问题的那一瞬间，我真切的感受到了理论与实际的切切实实的联系，所有的东西并不是理论是正确的，实际也是正确的：我们按照仿真的电路图连结起来的电路在真正做出来时，DS1302的两个数据传输端口因为电流过小而不能工作，我们在P3.5和1.6端口的后面接上了上拉电阻，这样我们的作品才真正的完成了。“读万卷书，不如行万里路”，现在我终于明白这句从古至今都在流传的话了，一句名言存在自有它存在的道理。我们会谨记此次设计带给我们的启发，我们一定会认真的去思，仔细的去体会此次设计的真正意义……参考文献[1]谭浩强主编.C程序设计题解与上机指导（第3版）[M].北京，清华大学出版社，2005.16-24[2]谢维成杨家国董秀成,单片机原理与应用及C51程序设计（第2版）[M],北京，清华大学出版社，2009.7.25-36附录1系统总电路图系统总电路图，如图11所示。图11系统总电路图（2）系统仿真图系统仿真图，如图12所示。图12系统仿真图（3）PCB板设计使用的PCB如图13、14所示图13PCB板正面图14PCB板反面附录2程序清单：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitACC0=ACC^0;sbitACC7=ACC^7;sbitt=P1^0;sbitjia=P1^1;sbitjian=P1^2; sbitm=P1^3;sbitT_CLK=P1^6;sbitT_IO=P3^5;sbitT_RST=P1^7;sbitE=P2^7;//1602sbitRW=P2^6; sbitRS=P2^5; voidv_W1302(ucharucAddr,ucharucDa); ucharuc_R1302(uchar); uchardectobcd(ucharbcd);ucharbcdtodec(uchar);voiddelay(ucharx){uchari;while(x--)for(i=0;i<110;i++);}voidenable(uchardel){RS=0;RW=0;P0=del;E=1;delay(3);E=0;}voidwrite(uchardel){RS=1;RW=0;P0=del;E=1;delay(3);E=0;}voidL1602_init(void){enable(0x01); enable(0x38); enable(0x06); enable(0x0c); E=0;}voidL1602_char(ucharhang,ucharlie,charsign){uchara;//if(hang==1)a=0x80;if(hang==2)a=0xc0;a=a+lie-1;enable(a);write(sign);}voidtimechange(){uchara,num=1;ucharhour,min,sec;while(num){if(t==0) delay(5); if(t==0){num++;//beep();while(!t);} if(m==0) delay(5); if(m==0) num=0; enable(0x0f); a=uc_R1302(0x81)|0x80; v_W1302(0x8e,0); v_W1302(0x80,a); if(num==4) num=1; if(num==1) { enable(0xc0+12); if(jia==0) delay(5); if(jia==0) { while(!jia); sec=bcdtodec(uc_R1302(0x81)&0x7f); sec++; if(sec>59) sec=0; L1602_char(2,12,sec/10/*%10*/+48); L1602_char(2,13,sec%10+48); v_W1302(0x80,dectobcd(sec)|0x80); } if(jian==0) delay(5); if(jian==0) { while(!jian); sec=bcdtodec(uc_R1302(0x81)); sec--; if(sec==-1) sec=59; L1602_char(2,12,sec/10/*%10*/+48); L1602_char(2,13,sec%10+48); v_W1302(0x80,dectobcd(sec)|0x80); } }if(num==2){enable(0xc0+9);if(jia==0)delay(5);if(jia==0){min=bcdtodec(uc_R1302(0x83));min++;while(!jia);if(min>59)min=0;L1602_char(2,9,min/10/*%10*/+48);L1602_char(2,10,min%10+48);v_W1302(0x82,dectobcd(min));}if(jian==0)delay(5);if(jian==0){ min=bcdtodec(uc_R1302(0x83)); min--; while(!jian); if(min==-1) min=59; L1602_char(2,9,min/10/*%10*/+48); L1602_char(2,10,min%10+48); v_W1302(0x82,dectobcd(min));}}if(num==3){ enable(0xc0+6); if(jia==0) delay(5);if(jia==0) { hour=bcdtodec(uc_R1302(0x85)); hour++; while(!jia); if(hour>23) hour=0; L1602_char(2,6,hour/10/*%10*/+48); L1602_char(2,7,hour%10+48); v_W1302(0x84,dectobcd(hour));} if(jian==0) delay(5); if(jian==0) { while(!jian); hour=bcdtodec(uc_R1302(0x85)); hour--; if(hour==-1) hour=23; L1602_char(2,6,hour/10/*%10*/+48); L1602_char(2,7,hour%10+48); v_W1302(0x84,dectobcd(hour)); }}}if(num==0){enable(0x0c);}v_W1302(0x80,uc_R1302(0x81)&0x7f); }voidv_RTInputByte(ucharucDa){uchari;ACC=ucDa;T_RST=1; for(i=8;i>0;i--){T_IO=ACC0;T_CLK=1;T_CLK=0;ACC=ACC>>1; }}ucharuc_RTOutputByte(void){uchari;T_RST=1;for(i=8;i>0;i--){ACC=ACC>>1;ACC7=T_IO;T_CLK=1;T_CLK=0;}return(ACC);}voidv_W1302(ucharucAddr,ucharucDa){T_RST=0;T_CLK=0;T_RST=1;v_RTInputByte(ucAddr); _nop_();_nop_();v_RTInputByte(ucDa); T_CLK=1;T_RST=0;}ucharuc_R1302(ucharucAddr){ucharucDa;T_RST=0;T_CLK=0;T_R