电子信息工程毕业设计文献综述开题报告基于单片机的电子时钟设计可编辑.docx
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电子信息工程毕业设计文献综述开题报告基于单片机的电子时钟设计可编辑
【电子信息工程毕业设计+文献综述+开题报告】基于单片机的电子时钟设计
（20__届）
本科毕业设计
基于单片机的电子时钟设计
摘要
本文介绍了一种基于单片机低功耗芯片AT89C52的电子时钟设计。
在文中展示了系统相应的硬件以及软件设计。
电子时钟是一种采用数字电路实现显示时、分、秒数字的计时设置。
电子时钟设计当中包括了电子时钟的基本结构和要求实现的基本功能，并对它进行了方案的论证以及其中比较重要的零部件的选择，提出了相对而言功耗较低、可靠性以及性能较高的要求，再给出了相应的实现方案。
电子时钟主要由AT89C52单片机、LCD显示屏、振荡器、按键模块、蜂鸣器等构成。
电子时钟能够显示时间、日期，并具有闹钟功能，整点的时候蜂鸣器响动报时，4个按键能够实现电子时钟状态的切换以及时间、日期、闹钟的设定。
关键词：
AT89C52,电子时钟,中断技术
Electronicclockdesignbasedonsinglechip
ABSTRACT
Thispaperintroducesadesignofelectronicclockbasedonalow-powersinglechipAT89C52.Thepapergivesthehardwareandsoftwaredesignofthesystem.Theelectronicclockisatimesetusesdigitalcircuitstoshowhours,minutesandseconds.
Theelectronicclockdesignincludesthebasicstructureoftheelectronicclockandthebasicfunctionswhichrequiredtoachieve.What’smore,thedesigncarriesouttheproofoftheprogramandtheselectionofitsmoreimportantparts.Thedesignalsopresentstherequirementsofrelativelylowerpowersonsumptionandhigherreliabilityandperformance,thengivesthecorrespondingrealization.TheelectronicclockmainlytakespartsofAT89C52microcontroller,LEDdisplay,oscillator,keypadmodule,buzzer,etc.Theelectronicclockcandisplaytime,date.Ithasthefunctionofalarm,thewholepointtimekeepingringofthebuzzer.Thefourbuttonsareabletoachievethestateofelectronicswitchandsettingsofthetimeclock,dateandalarm.
KEYWORDS:
AT89C52,Electronicclock,Interruption
摘要I
ABSTRACTII
目录III
1绪论1
1．1单片机的历史1
1．2单片机的发展状况2
1．3电子时钟的发展状况4
1．4选题的意义4
1．5论文整体框架5
2相关概念的论述6
2．1电子时钟的概念6
2．2中断技术6
2．3芯片的选择7
2．3．1微处理器7
2．3．2单片机最小系统10
2．3．3DS1288710
2．4串行通信17
3电子时钟的硬件系统设计19
3．1电子时钟系统结构原理图19
3．2电子时钟各模块原理及设计19
3．2．1晶体振荡电路19
3．2．2LCD液晶显示器20
3．2．3按键模块21
3．2．4蜂鸣器22
3．2．5复位电路22
4电子时钟软件设计24
4．1程序流程框图24
4．1．1DS12887芯片操作流程图26
4．1．2液晶显示模块流程图27
4．1．3按键模块流程图29
4．2调试30
5总结与展望32
参考文献33
致谢35
附录I36
附录II37
附录III38
目前单片机应用各个领域中，它在仪表仪器中的应用显得更加优越。
基于单片机制成的电子时钟有计时准确、功耗较低的优点，因此，它在各个领域里得到了广泛的应用。
目前单片机正处在微控制器的全面发展阶段，各个公司的产品在保证尽量兼容的同时，又向高速度、高运算能力、较大的寻址范围和小型廉价方面发展。
在单片机发展的同时，也推动了应用系统的发展，而应用系统的发展，又会反过来对单片机有更高的要求，使得单片机的发展得到促进。
现今，国内外的单片机正向着功能更强、速度更快、功耗更低、辐射更小等发面发展。
而随着集成度的不断提高，众多的外围功能器件集成在片内已经变得可能，这也将是单片机以后发展的趋势。
随着单片机档次的提高（为了适应检测、控制功能的更高要求），使单片机除了一般必须要有ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统外，片内集成的器件通常还要有电源监控与复位电路，WDT，A/D转换器，DMA控制器，中断控制器，锁相环，频率合成器，CRT控制器等等。
由于单片机系统的优异的性能，可靠性以及较低的成本，被应用于各个技术领域中，然而，对于一些特殊的应用系统，我们不但希望单片机系统能完成有关数据的采集以及处理，而且还想知道产生这些数据的时间，以更好更细地掌握现场情况。
所以，为单片机添加数字时钟将是一项不可或缺的新型工程技术。
随着社会的快速发展，国内外已经有许多有关数字钟的设计成果，而使用单片机设计的数字钟功能更强大，界面也比较好，更好的满足了人们对数字钟的智能化要求。
单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化，外围电路内装化等各方面发展。
为满足不同的用户需要，各公司竞相推出能满足不同需要的产品。
CPU的改进
1采用双CPU结构，以提高处理能力。
2）增加数据总线宽度，单片机内部采用16位数据总线，其数据处理能力明显优于一般8位单片机。
3）串行总线结构，大大减少单片机外部引线，使得单片机与外部接口电路连接简单。
2）存储器的发展
1）加大存储容量。
2）片内RPROM采用E^PROM或闪烁（Flash）存储器。
3）程序保密化。
3）片内I/O的改进
单片机都有较多的并行口，以满足外围设备、芯片扩展的需要，并配有串行口，以满足多机通信功能的要求。
1）增加并行口的驱动能力，这样可以减少外部驱动芯片。
2）增加I/O口的逻辑控制功能，大大加强了I/O口线控制的灵活性。
3）有些单片机设置了一些特殊的串行接口功能，为构成分布式、网络化系统提供了方便条件。
4）外部电路内装化
随着集成度的不断提高，有可能把众多的外围功能器件集成在片内。
这也是单片机发展的重要趋势。
除了一般必须具有的ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统外，随着单片机档次的提高，以适应检测、控制功能更高的要求，片内集成的不见还有A/D转换器、D/A转换器、DMA控制器、中断控制器、锁相环、频率合成器、字符发生器、声音发生器、CRT控制器、译码驱动器等。
随着集成电路技术及工艺的不断发展，能装入片内的外围电路也可以是大规模的，把所需要的外围电路全部装入单片机内，即系统的单片化是目前单片机发展趋势之一。
5）低功耗化
8位单片机中有二分之一的产品已CMOS化，CMOS芯片的单片机具有功耗小的优点，而且为了充分发挥低功耗的特点，这类单片机普遍配置有Wait和Stop两种工作方式。
综观单片机几十年的发展历程，单片机今后将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路内装化以及片内存储器容量增加和Flash存储器化方向发展。
但其位数不一定会继续增加，尽管现在已经有了32位单片机，但使用的并不多。
可以预言，今后的单片机将是功能更强、集成度和可靠性更高而功耗更低，以及使用更方便。
此外，专用化也是单片机的一个发展方向，针对单一用途的专用单片机将会越来越多。
定时自动报警、时间程序自动控制、按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、甚至各种定时电气的自动启用等，都是钟表数字化当单片机的CPU正在处理某件事情（例如，正在执行主程序）时，单片机外部或内部发生的某一（如外部设备产生一个电平的变法，一个脉冲沿的发生或内部计数器计数溢出等）请求CPU去处理，，CPU暂时中止当前的工作，转到中断服务处理程序处理所发生的。
中断服务处理程序处理完后，回到原被中止的地方，继续原来的工作（例如，继续执行被中断的主程序），这中断。
CPU处理事件的过程，CPU的中断响应过程。
对事件的整个处理过程，中断处理（或中断服务）。
如果没有中断技术，CPU原地踏步的查询操作上，或用定时查询，中断请求，都要定时去查询。
用中断技术完全消除CPU在查询方式中的等待现象，提高了的工作效率。
由于中断工作方式的明显，在单片机的硬件结构中都带有中断系统。
89C52、晶振2个起振电容上电复位电路构成图2-DS12887的引脚1内部RAM和各专用寄存器的简介
引脚AD0~AD7的8位编码决定了对各个专用寄存器以及内部RAM的寻址。
其中：
00H~09H是10个时标寄存器；0AH~0DH是4个控制与状态寄存器；0EH~7FH是114B的静态RAM，表2-1是DS12887芯片内部10个时标寄存器以及4个控制与状态寄存器的地址分配。
表2-1DS12887内部RAM以及专用寄存器地址
地址单元用途地址单元用途00H秒01H秒闹02H分03H分闹04H时05H时闹06H星期07H日两位数08H月两位数09H年两位数0AH寄存器A0BH寄存器B0CH寄存器C0DH寄存器D0EH~7FH掉电保护RAM区，共114B1时标寄存器10个
00H~03H单元为“秒”、“分”单元，取值范围一般为00H~3BH十进制则为0~59；
04H~05H单元为“时”单元，按照12小时制的话取值范围是上午AM01H~0CH1~12，下午PM81H~8CH1~12；按照24小时制的话取值范围是00H~17H0~23；
06H单元为“星期”单元，取值范围一般为01H~07H1~7；
07H单元为“日”单元，取值范围一般为01H~1FH1~31；
08H单元为“月”单元，取值范围一般为01H~0CH1~12；
09H单元为“年的低2位”单元，取值范围一般为00H~63H0~99；
MCS-51对DS12887芯片内部的RAM以及各专用寄存器的地址分配可以使用译码器法。
假定DS12887芯片的片选地址是从CS#D000H开始有效的，那么芯片内部的RAM和寄存器的地址就为#D000H~#D07FH。
应该要注意的地方是，虽然DS12887芯片的专用时标寄存器只有一个，只能够用来显示年度的低2位，但是通过软件的编程以后可以利用它内部的不掉点RAM区的1B来实现年度的高2位显示。
2控制与状态寄存器4个
寄存器A：
寄存器A各位不受复位的影响，格式如表2-2所示。
表2-2控制寄存器A的格式以及输出速率的选择
D7D6D5D4D3D2D1D0以32768Hz为时基速率输出UIPDV2DV1DV0RS3RS2RS1RS0中断周期SQW输出频率――――0000无无――――00013.90625ms256Hz――――00107.8125ms128Hz――――00110.12207ms8.192Hz――――01000.244141ms4.096Hz――――01010.488281ms7.048Hz――――01100.976563ms1.024Hz――――01111.953ms512Hz――――10003.90625ms256Hz――――10017.812125ms128Hz――――101015.625ms64Hz――――101131.25ms32Hz――――110062.5ms16Hz――――1101125ms8Hz――――1110250ms4Hz――――1111500ms2Hz其中：
位UIP为更新周期标志位。
这个位是只读位。
当UIP1的时候，表示芯片正处在或者正要开始更新周期，这个时候不允许读/写时标寄存器；UIP0的时候，表示至少要在244us以后才会开始更新周期，这个时候程序可以读芯片内的时标寄存器。
位DV0、DV1、DV2为芯片内部振荡器RTC控制位。
当芯片解除了复位状态，并且将010写入到DV0、DV1、DV2以后，另外一个更新周期会在500ms以后开始。
所以在程序初始化的时候可以用这3位精确地使芯片在设定的时间后开始工作。
DS12887芯片固定使用内部的32768Hz晶体。
所以当DV0、DV1、DV2010，也就是010这一个组合的选择才可以启动RTC。
位RS3、RS2、RS1、RS0为周期中断可编程方波输出速率选择位。
对这几个位进行不同的组合可产生出不同的输出。
程序可通过设置寄存器B的SQWE和PIE位来控制是不是允许方波输出以及周期中断。
寄存器A的输出方波速率选择位见表2-2。
寄存器B：
寄存器B允许读/写，主要是用来控制芯片的工作状态。
它的控制字格式见表2-3。
表2-3寄存器B、C、D的控制字/状态字的格式
寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0寄存器BSETPIEAIEUIESQWEDM24/12DSE寄存器CIRQFPFAFUF0000寄存器DVRT0000000其中：
位SET：
当SET0的时候，芯片处在正常工作状态，每秒会产生一个更新周期以更新时标寄存器；SET1的时候，芯片就会停止工作，程序在这时可以初始化芯片的各个时标寄存器。
位PIE、AIE、UIE：
分别是周期中断、报警中断、更新周期结束中断允许位。
当该位为1时，允许DS12887芯片发出相应的中断。
位SQWE：
方波输出允许位。
当SQWE1的时候，输出按照寄存器A输出速率选择位确定的频率方波；SQWE0的时候，引脚SQW则保持低电平。
位DM：
时标寄存器使用十进制BCD码表示或者使用二进制表示格式选择位。
当DM0的时候，是十进制BCD码；DM1的时候，是二进制码。
位24/12：
24/12小时制模式设置位。
当24/121的时候，是24小时制的工作模式；24/120的时候，是12小时制的工作模式。
位DSE：
夏时制设置。
DSE1的时候，夏时制设置有效，夏时制结束的时候可以自动刷新恢复时间；DSE0的时候，无效。
寄存器C：
这个寄存器的特点是，程序访问了这个寄存器以后，这个寄存器的内容将会自动清零，使得IRQF的标志位变为高电平，否则的话，芯片将不能向CPU申请下一次中断。
寄存器C的控制字格式如表2-3所示。
其中：
位IRQF为中断申请表示位。
当IRQF位变成1的时候，变为低电平申请中断。
位PF、AF、UF：
这3个位分别是周期中断、报警中断、更新周期结束中断标志位。
只要满足各个中断的条件相应的中断标志位就会置1。
位D3~位D0为保留位，读出的值始终是0。
寄存器D：
寄存器D是只读的状态寄存器，状态字的格式如表2-3所示。
其中：
位VRT为芯片内部RAM和寄存器内容有效标志位。
这个位是1的时候，表示芯片内部RAM与寄存器内容有效。
读这个寄存器以后，这个位会自动置1.
位D6~D0为保留位，读出的值始终是0。
2DS12887芯片的中断和更新周期
DS12887芯片在正常工作的时候，每秒会产生一个更新周期。
判断芯片是否处在更新周期是看寄存器A中的UIP位是否为1。
在更新周期内，芯片内部时标寄存器中的数据就会处于更新阶段。
所以在这个周期内，微处理器不能够读取时标寄存器里的内容，同时秒时标寄存器的内容会加1，且会检查其他时标寄存器的内容有没有溢出，有的话就相应进位日、月、年。
更新周期还有另一个功能，可以检查3个时、分、秒报警器时标寄存器的内容和对应时标寄存器的内容相不相符。
相符的话寄存器C里的AF位置1；若报警时标寄存器的内容是在C0H~FFH内的数据，那么变成不关心状态。
为了采样时标寄存器中的数据，器件给出了两种避开在更新周期内访问时标寄存器的办法。
一种是利用更新周期结束的时候发出的中断。
可以编程并且允许在每次更新周期结束以后发出中断申请，提醒CPU将要有998ms左右的时间用来获取有效的数据，在中断以后的998ms内，程序可以先把时标数据读到芯片内部的不掉电静态RAM中。
由于芯片内部的静态RAM和状态寄存器可以随时读写，在离开中断服务子程序以前就应清楚寄存器C中的IRQF位。
另一种是利用寄存器A中的UIP位来提示有没有处在更新周期内。
当UIP位由低变高244us以后，芯片就会开始它的更新周期。
因此，如果检测到UIP位是低电平的时候，那么就利用244us的时间间隔来读取时标信息；如果UIP位检测出来是1，那么可以暂缓读数据，等到UIP位变成低电平以后再去读取数据。
[1]
2．4串行通信
RS-232C是异步串行通信里面应用的最广泛的标准串行接口，它定义了数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的串行接口标准，主要包含了有关串行数据传输的电气和机械方面的规定。
现在的PC机基本都配有标准的RS-232C接口，RS-232C标准规定了25针连接器，但是在实际应用的时候，人们并不一定要用到RS-232C的全部信号线，所以，PC机配置的一般都是9针“D”型连接器（插座），如图2-4所示。
图2-RS-232C“D”型9针插头表2-PC机的RS-232C接口信号
图3-1系统结构原理图
本次设计拟采用的方案为：
使用AT89C52芯片作为微处理器，LCD1602液晶显示器来进行显示，DS12887时钟芯片提供时钟功能。
硬件系统主要包括AT89C52、DS12887、LCD1602等。
设计的主要系统原理图如图-1所示。
钟的核心是振荡器的作用是产生一个频率标准时间频率信号，由分频器分秒脉冲，，振荡器频率的稳定精确钟的质量以及钟计时的准确。
我们采用石英晶体振荡器。
振荡器的频率越高，钟计时的准确度越高石英晶体振荡器分频后得到一个32768Hz的方波信号，这可以确保数字钟的准确稳定。
图-2晶体振荡电路
如图-2所示。
电路中的电容C01和C02值选择30pF左右。
对外接电容虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器、振荡器起振的快速性。
晶振的振荡频率范围是在1.2MHz~12MHz之间。
晶振的频率越高，系统的时钟频率也就越高，印制电路板的工艺，要求线间的寄生电容要；晶振和电容尽可能安得单片机芯片近，减少寄生电容，振荡器稳定、可靠工作。
为了提温度稳定性，用温度稳定性好的电容。
本次设计使用了4个按键，用来实现电子时钟显示状态的切换以及时间、日期、闹钟的设置。
由于使用的按键数目不多，我们可以使用独立式的键盘接口电路。
独立式的键盘接口电路的配置相对比较灵活，硬件结构也比较简单，当按键数目不是很多的时候，可以把每个按键直接接在一个I/O口上。
S1键是功能键，切换调整选择的位，S2、S3键则进行对时间的加以及减的操作，S4是闹钟功能键。
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，使用直流电压供电，广泛计算机、复印机打印机、报警器、汽车电子设备电子玩具等电子产品中作为发声器件。
单片机在开始使用正在工作中因为干扰使程序失去控制使工作中的程序处于一死循环状态时，需要复位。
复位的作用是使中央处理器的功能模块初始化，变成一个确定的初始状态，从这个初始状态开始重新工作。
AT89C52单片机的复位是外部的复位电路来的。
信号由RST引脚输入，高电平时有效。
振荡器工作的时候，只保持RST引脚有两个机器周期的高电平可以单片机复位。
复位成功后，程序计数器PC的内容0000H，片内RAM的内容不变。
复位电路有上电自动复位，按钮复位以及按键手动复位3种方式，本次设计中用按键手动复位，如图-6所示。
汇编语言的实质和机器语言，都是直接对硬件操作，只不过指令采用英文缩写的标识符，识别和记忆。
同样需要编程命令的形式每一步具体的操作。
汇编程序由三部分组成：
指令、伪指令宏指令。
汇编程序的每一指令只能实际操作过程中的一个很的动作，汇编源程序比较冗长、复杂、容易出错，汇编语言的优点也是的，用汇编语言完成的操作，而且源程序汇编生成的可执行文件比较小，而且执行速度。
下面是本次设计的程序流程框图：
主要包括主程序、DS12887芯片操作、液晶显示模块。
在本次的设计中，AT89C52的主要功能是用来存储程序以及根据程序中的内容对芯片的各个端口进行判断然后再做出相对应的处理；DS12887芯片的主要功能是用来控制显示日期、星期以及时间；LCD1602则是将要显示的信息显示出来。
主程序实现了从DS12887芯片的各时间单元里面读出数据，然后把这些数据发送到LCD1602中进行显示的功能，并且主程序还能够检测是否有按键按下，若有的话，就转到按键处理子程序进行处理。
整个程序首先进行了LCD1602以及DS12887芯片的函数的初始化，接着就进行按键扫描，持续检查有没有按键按下，然后读取DS12887芯片内的数据，最后送到LCD液晶显示器进行显示。
当数据出现变化的时候，执行重新扫描，然后再写入。
首先要对DS12887芯片进行初始化操作，如果串行口有数据输入，那么调用函数从日历时钟芯片处得到日历时钟的信息，然后调用显示函数来显示日历时钟的信息，这个过程重复进行。
对DS12887芯片的操作包含DS12887芯片某个单元的写或者读DS12887芯片的某个单元内容的操作，并且可以进行DS12887设定时间的操作。
主要流程如图4-2所示。
LCD1602的初始化操作，然后使用write_com0x80指令，这个命令会先把数据指针定位于第一行第一个字的地方，这个时候写入第一行需要显示的数据，在每一个显示的字中间插入简短的延时；在第二行的时候就重新定位一下数据指针write_com0x80+0x40，把数据指针定位于第二行，然后写入第二行需要显示的数据，再进行显示。
LCD1602芯片的写命令操作以及读数据操作是分别使用两个独立的函数完成的，这两个函数内部唯一的区别在于液晶显示数据命令选择端电平的不同。
LCD1602流程图如图4-3所示。
图4-3LCD1602流程图
rs0;//选择写命令的模式
lcden0;//使能端置零
P0com;//将要写的命令送到数据总线上
delay3;//延时，等待数据稳定
lcden1;//给使能端一个高脉冲
delay
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