基于51单片机DS1302万年历课程设计报告

1、课程名称： 微机原理课程设计 题 目： 基于DS1302芯片万年历摘要DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片,内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM,通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路.提供秒、分、时、日、日期.、月、年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟。本次课程设计的是使用专门的时钟芯片DS1302在数码管上显示的数字电子钟，并能通过按键对其进行调时和校准以及实现年月日。DS1302是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它能够对时，分，秒进行精确计时，它与单片机的接口使用同步串行通信，仅用3条线 与之相连接，就可以实现STC-51

2、单片机对其进行读写操作，把读出的时间数据送到数码 管上显示。程序运行时，数码管将从当前时间开始显示，通过调节K2键和K3键可以分别对小时和分钟进行调整，调整后，时钟以新的时间为起点继续刷新显示，通过调节K1键可以切换年月日和时钟显示。关键字：STC-51单片机，DS1302，数码管，动态扫描，调时，切换，秒闪；目录一、设计任务与要求41.1设计任务41.2设计要求41.3发挥部分41.4创新部分4二、方案总体设计52.1设计目的52.2硬件功能描述52.3设计方案选择52.4总体设计62.5总体方案及基本工作原理6三、硬件设计73.1 STC89C51芯片73.2电源模块及晶振模块73.3 D

3、S130283.4数码管显示模块93.5蜂鸣器部分103.6按键部分11四、软件设计134.1软件流程图134.2 软件设计13主函数部分：13五、系统仿真和调试155.1 仿真软件简介155.2硬件调试155.3软件调试155.4使用说明16六、设计总结与体会186.1学习方面186.2工作方面18七、参考文献19一、设计任务与要求1.1设计任务DS1302万年历；1.2设计要求利用DS1302生成万年历，时钟可调，通过四位数码管显示，并可实现秒闪功能，同时蜂鸣器闹铃；1.3发挥部分设置按键K3用来切换显示时钟和年月日；1.4创新部分只设置了两个按键K1和K2来调节时分，时钟到24归零，分钟

4、到60归零，分钟有长按迅速调节功能。二、方案总体设计此电子时钟利用AT89C51单片机和时钟芯片DS1302设计完成。2.1设计目的1、 通过对万年历的设计，进一步熟练掌握单片机编程的方法和思想。2、 通过对万年历的设计，掌握时钟芯片DS1302的使用方法。3、 通过对万年历的设计，进一步掌握独立式键盘的编程控制并认识独立式键盘在实际中的运用。4、 通过对万年历的设计，增强对单片机的兴趣及动手能力，并在此过程中学会对程序的逐步调试。5、 完成一个可调时，可秒闪的，可以切换显示的万年历时钟。2.2硬件功能描述数字时钟能够完成24小时计时，还有按键切换显示年月日的功能，计时初始值为11：45，用户

5、可以通过按键调整时钟的初值实现校时功能，时钟内设闹钟12：59，暂不支持取消。2.3设计方案选择1）计时方案：方案1：采用实时时钟芯片现在市场上有许多实时时钟集成电路，如：DS1287、DS2887、DS1302等，这些实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新没秒自动进行一次，不需要程序干预。因此，在工业实时调控系统中多采用者一类专用芯片来实现实时时钟功能。方案2：是用单片机内的可编程定时器利用单片机内部的定时记数器进行中断定时、配合软件延时实现时分秒的计时，该方案节省硬件成本，但程序设计比较复杂。2）显示方案：一个良好的显示模块对一个系统来说非常重要，所有

6、操作结果和计时结果，都要通过显示模块来显示出来，同时显示模块提供了良好的人机交互平台。常用的显示模式有LED 、8段数码管显示 、点阵显示和液晶显示。方案1：液晶显示屏（LED）具有轻薄短小，低耗电量，无辐射危险，平面直角显示以及形象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点，但由于液晶其成本偏高，在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏其液晶的显示芯片。方案2：LED数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点

7、，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。LED数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。此课程设计采用DS1302芯片计时，LED数码管显示2.4总体设计总体框架图如图1图1 总体框架图利用DS1302芯片进行计时，并且可以与单

8、片机进行数据交换；4位8段数码管作为显示部分；3个按键实现输入；蜂鸣器用于闹钟提醒。2.5总体方案及基本工作原理由AT89C51的P0口8位控制数码管的段选，P2.4、P2.5、P2.6、P2.7四位控制数码管位选；DS1302芯片的I/O 、SCLK、 RST口分别连接单片机P1.5、P1.6、P1.7三口；3按键和蜂鸣器则分别连接P3.5、P3.6、P3.7、P1.4口。工作原理最基本部分是利用DS1302芯片的时钟功能，单片机只需要给DS1302初值，然后不断的从DS1302中读取数据并在数码管中显示，减少了单片机内部资源的占用。三、硬件设计3.1 STC89C51芯片STC89C51是

9、一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含具有如下特点：40个引脚（引脚图如图1-1所示），4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes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（WDTC）电路，片内时钟振荡器。此外，STC89C51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PDI

10、P、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。STC89C51单片机引脚图如图2图2 单片机引脚图本系统采用单片机STC89C51为控制核心，系统主要包括播放模块、按键控制模块和DS1302芯片模块。下面对各模块的设计逐一进行论证比较。3.2电源模块及晶振模块单片机复位时只要保持RST引脚接2us的高电平即可。在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电

11、容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。外接晶振引脚XTAL1和XTAL2接外部晶振和微调电容的一端。振荡电路的频率就是晶体的固有频率。晶振电路结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率。晶振提高频率越高，单片机运行速度越快。单片机一切指令的执行都是建立在晶振提供的时钟频率上。另外此系统还设置了自锁开关用来控制整个电路。图3 电源模块和晶振模块图3.3 DS1302DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片,内含有一个实时时钟/日历和

12、31 字节静态RAM,通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路.提供秒分时日日期.月年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式.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:1 RES 复位,2 I/O 数据线,3 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。各引脚功能如下：l Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2 Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电；l SCLK：

13、串行时钟，输入，控制数据的输入与输出；l I/O：三线接口时的双向数据线； l CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。DS1302电路原理如图4：图4 DS1302原理图3.4数码管显示模块1）数码管的分类 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（即多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(

14、COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。2）四位八段共阴数码管及上拉电阻51系列的单片机如果是普通,没有强输出的的话,很难驱动数码管,在实际应用中,一般是需要添加三极管驱动的。数码管的电流计算:每个段的电流乘以8,就当你用的是红色管,这样电流可以设计在5

15、10mA,这样的话,当显示数字8带点时,电流就是4080mA,单片机是很难直接输出这么大的电流的,所以需要加驱动.用共阳数码管,P0口做输出就无需加上拉电阻了。此报告中，数码管的段选为P0口，正常工作时电流约为510mA,所以在P0口接1k的排阻以提供5mA左右的电路使数码管正常工作。数码管及上拉电阻图如图5图5 数码管及上拉电阻图3.5蜂鸣器部分有源蜂鸣器与无源蜂鸣器的区别：1）内部区别：需要注意的是这里的“源”不是指电源，而是指震荡源。 也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫。而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震

16、荡电路。2）外观区别：两者的高度略有区别，有源蜂鸣器，高度为9mm，而无源蜂鸣器的高度为8mm。如将两种蜂鸣器的引脚都朝上放置时，可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器，没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器。3）辨别方式：除了从外观上来看，进一步判断有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，还可以用万用表电阻档Rxl档测试:用黑表笔接蜂鸣器 -引脚，红表笔在另一引脚上来回碰触，如果触发出咔、咔声的且电阻只有8(或16)的是无源蜂鸣器;如果能发出持续声音的，且电阻在几百欧以上的，是有源蜂鸣器。有源蜂鸣器直接接上额定电源(新的蜂鸣器在标签上都有注明)就可连续发声;而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样，需要接在音频输出

17、电路中才能发声。无源蜂鸣器的优点是：1）便宜； 2）声音频率可控 ，可以做出“多来米发索拉西”的效果；3）在一些特例中，可以和LED复用一个控制口有源蜂鸣器的优点是程序控制方便。由于客观条件与经济能力有限，本系统采用无缘蜂鸣器，使用S9012三极管驱动，蜂鸣器原理图如图6:图6 蜂鸣器原理图3.6按键部分常用的按键有三种：机械触点式按键、导电橡胶式和柔性按键（又称触摸式键盘）。l 机械触点式按键是利用机械弹性使键复位，手感明显，连线清晰，工艺简单，适合单件制造。但是触点处易侵入灰尘而导致接触不良，体积相对较大。导电橡胶按键是利用橡胶的弹性来复位，通过压制的方法把面板上所有的按键制成一块，体积小

18、，装配方便，适合批量生产。但是时间长了，橡胶老化而使弹力下降，同时易侵入灰尘。l 柔性按键是近年来迅速发展的一种新型按键，可以分为凸球型和平面型两种。柔性按键最大特点是防尘、防潮、耐蚀，外形美观，装嵌方便。而且外形和面板的布局、色彩、键距可按照整机的要求来设计。键盘编程中主要考虑去抖动的问题：当测试表明有键被按下之后，紧接着就进行去抖动处理。因为键是机械开关结构，由于机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动。为保证键识别的准确，在电压信号抖动的情况下不能进行行状态输入。为此需进行去抖动处理。去抖动有硬件和软件两种方法。硬件方法就是加去抖动电路，从根本上避免抖动的产生

19、。软件消抖，在第一次检测到有键按下时，执行一段延时程序之后，再检测此按键，如果第二次检测结果仍为按下状态，CPU便确认此按键己按下，消除了抖动。但是由于客观条件与经济能力有限，本系统采用机械触点式按键。共四个，分别为复位键，切换键，调时键，调分键。按键部分原理图如图7：图7按键原理图四、软件设计4.1软件流程图图8 程序流程图4.2 软件设计 主函数部分：1）设置年月日时分初始值，初始化DS1302芯片，然后将初始值从单片机读入DS1302芯片中，DS1302芯片从初始值开始工作；2）定时器初始化；3）进入主循环，在定时器内设置标志位，标志位为1时，从DS1302内读出数据进单片机内，大致间隔

20、时间为100ms，检测按键函数（按键程序，功能键共三个，按键K1的作用为切换显示年份月份和时间，按键K2作用是使时钟值加一，等于24时归零，按键K3作用是使分钟值加一，等于60时归零，并设置长按快速切换功能），检测闹钟函数（闹钟程序，当时钟值等于闹钟值时，蜂鸣器响一分钟）；定时器部分:1）读取标志位为主函数使用；2）定时器设置定时2ms，中断调用显示函数，即每2ms调用显示函数一次，用数码管动态扫描的方法，使数码管实现动态显示。用数组储存显示值，初始值为年份，按键K1可分别切换储存值为当前月份和当前时间；程序设计的技巧:1）首先了解DS1302内部构造及引脚功能，学会从DS1302读出数据和写

21、入数据；2）根据单片机的工作特点，充分利用主函数和定时器工作的灵活性，使程序的设计更为合理；3）首先完成程序的主体，按键检测和闹钟检测都是在其基础上添加的。五、系统仿真和调试5.1 仿真软件简介Proteus是由Labcenter Electronics开发的功能强大的单片机仿真软件，现在最新版本6.9 SP5，其演示版本可在其官方网站http:/www.labcenter.co.uk下载。Proteus与其他的仿真软件相比较，在下面的优点：1）能仿真模拟电路、数字电路、数模混合电路；2）能绘制原理图、PCB图；3）几乎包括实际中所有使用的仪器 ；4）其最大的亮点在于能够对单片机进行实物级的仿

22、真。从程序的编写，编译到调试，目标版的仿真一应俱全。支持汇编语言和C语言的编程。还可配合Keil C实现程序的联合调试，将Proteus中绘制的原理图作为实际中的目标板，而用Keil C集成环境实现对目标板的控制，与实际中通过硬件仿真器对目标板的调试几乎完全相同，并且支持多显示器的调试，即Proteus运行在一台计算机上，而Keil C运行在另一台计算机上，通过网络连接实现远程的调试。5.2硬件调试硬件调试是针对单片机部分进行的调试。在上电之前，先确保电路中不存在断路或短路情况，这一工作是整个调试工作的第一步，也是非常重要的一个步骤。在这部分调试中主要使用的工具是万用表，用来完成检测电路中是否

23、存在断路或者短路情况的任务。注意焊点之间，确保焊点没有短接在一起，同时注意焊点的美观，确保没有开路以及短路的现象出现。在确保硬件电路正常且无异常情况（短路或断路）的情况下方可上电调试，上电调试的口的是检测单片机控制部分、数码管点亮部分、和音频转换电路硬件调试。1）数码管LED电路调试：接通电源，随机按下按钮可以看到数码福安显示数字。2）键盘单片机控制部分调试：上电后，随机按动键盘可以发现各个按键对应的音正确。5.3软件调试调试主要方法和技巧：通常一个调试程序应该具有至少四种性能：跟踪、断点、查看变量、更改数值。整个程序是一个主程序调用各个子程序实现功能的过程，要使主程序和整个程序都能平稳运行，

24、各个模块的子程序的正确与平稳运行必不可少，所以在软件调试的最初阶段就是把各个子程序进行分别调试。图9为万年历显示截图：左一为年份，右一为月份，左二和右二为时钟秒闪效果图10 万年历显示图11 仿真截图注：因为protues仿真软件中无时钟数码管，所以用普通数码管代替，其中数码管第二位小数点可以实现相同的效果，即上图12.45代替时钟数码管显示的12:45。5.4使用说明1）单片机分别接VCC和GND使单片机处于供电状态；2）接上TXD和RXD将程序导入单片机中；3）按下六角开关，可到指示灯亮后，数码管显示当前年份, 如图10；图12 2013年4）按下下方第一个键切换显示为月日，如图11；图13 7月6日5）再按下下方第一个键，切换显示为时分，数码管中间的两个LE