电子时钟设计DS1302+1602+可调闹钟+程序清单.docx

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电子时钟设计DS1302+1602+可调闹钟+程序清单

电子时钟设计-DS1302+1602+可调闹钟+程序清单

摘要

随着单片机技术的飞速发展，在其推动下，现代的电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，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，同时也使现代电子产品性能进一步提高。

时间就是金钱、时间就是生命、时间就是胜利……，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要，时钟是我们生活中必不可少的工具。

电子钟的设计方法有很多种，但是基于单片机并通过LCD显示的电子时钟具有编程灵活、精确度高、便于携带、显示直观等特点。

利用STC89C52单片机对DS1302时钟芯片进行读写操作并通过1602字符液晶显示实时时钟信息，这样便构成了一个单片机电子时钟。

关键词：

单片机，电子时钟，STC89C52，蜂鸣器

绪论

概述

时间，对人们来说是非常宝贵的，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要。

因此自从时钟发明的那刻起，就成为人类的好朋友。

随着时间的流逝，科学技术的不断发展和提高，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。

怎样让时钟更好、更方便、更精确的显示时间，这就要求人们不断设计研发出新型的时钟。

高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。

数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。

时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。

在单片机的应用系统中，时钟有两个方面的含义：

一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：

一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时器/计数器来实现；二是用专门的时钟芯片实现。

研究目的

通过利用STC89C52单片机和DS1302芯片以及外围的按键和LCD显示器等部件，设计一个基于单片机的电子时钟。

设计的电子时钟通过液晶显示器显示，并能通过按键对时间以及闹钟进行设置。

第1章设计要求与方案论证

1.1设计要求：

1具有年、月、日、星期、时、分、秒显示功能（）

2具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能

3具有闹钟显示、调节设定、鸣叫功能

1.2系统基本方案选择和论证

1.2.1单片机芯片的选择方案和论证：

方案一:

采用STC89C52芯片作为硬件核心。

STC89C52内部具有8KBROM存储空间,512字节数据存储空间，带有2K字节的EEPROM存储空间，与MCS-51系列单片机完全兼容,STC89C52可以通过串口下载。

方案二:

采用AT89S52。

AT89S52片内具有8K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。

两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C52相对ATS89C52价格便宜，且抗干扰能力强。

考虑到成本因素，因此选用STC89C52。

1.2.2显示模块选择方案和论证：

方案一：

采用点阵式数码管显示。

点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且也相对较高,所以不用此种作为显示。

方案二：

采用LED数码管动态扫描。

LED数码管价格便宜,对于显示数字最合适,但功耗较大，且显示容量不够，所以也不用此种方案。

方案三：

采用LCD液晶显示屏。

液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字，显示多样,清晰可见,且价格适中，所以采用了LCD数码管作为显示。

1.2.3时钟芯片的选择方案和论证：

方案一：

直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。

采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。

所以不采用此方案。

方案二：

采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,工作电压2.5V～5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA.

1.3电路设计最终方案决定

综上各方案所述,对此次作品的方案选定:

采用STC89C52单片机作为主控制系统;采用DS1302作为时钟芯片;采用1602LCD液晶作为显示器件。

第2章主要元件介绍

2.1STC89C52以及最小系统介绍

2.1.1STC89C52主要功能及PDIP封装

STC89C52是由深圳宏晶科技公司生产的与工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容的单片机。

STC89C52主要功能如表1所示，其PDIP封装如图2所示

表1：

STC89C52主要功能

主要功能特性

兼容MCS51指令系统

8K可反复擦写FlashROM

32个双向I/O口

256x8bit内部RAM

3个16位可编程定时/计数器中断

时钟频率0-24MHz

2个串行中断

可编程UART串行通道

2个外部中断源

共6个中断源

2个读写中断口线

3级加密位

低功耗空闲和掉电模式

软件设置睡眠和唤醒功能

2.1.2STC89C52引脚介绍

①主电源引脚（2根）

VCC（Pin40）：

电源输入，接＋5V电源

GND（Pin20）：

接地线

②外接晶振引脚（2根）

XTAL1（Pin19）：

片内振荡电路的输入端

XTAL2（Pin20）：

片内振荡电路的输出端

③控制引脚（4根）

RST/VPP（Pin9）：

复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。

ALE/PROG（Pin30）：

地址锁存允许信号

PSEN（Pin29）：

外部存储器读选通信号

EA/VPP（Pin31）：

程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。

④可编程输入/输出引脚（32根）

STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。

P0口（Pin39～Pin32）：

8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7

P1口（Pin1～Pin8）：

8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7

P2口（Pin21～Pin28）：

8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7

P3口（Pin10～Pin17）：

8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7

图2：

STC89C52PDIP封装图

2.1.3STC89C52最小系统

最小系统是指能进行正常工作的最简单电路。

STC89C52最小应用系统电路如图3所示。

它包含五个电路部分：

电源电路、时钟电路、复位电路、片内外程序存储器选择电路、输入/输出接口电路。

其中电源电路、时钟电路、复位电路是保证单片机系统能够正常工作的最基本的三部分电路，缺一不可。

电源电路芯片引脚VCC一般接上直流稳压电源+5V，引脚GND接电源+5V的负极，电源电压范围在4~5.5之间，可保证单片机系统能正常工作。

时钟电路单片机引脚18和引脚19外接晶振及电容，STC89C52芯片的工作频率可在2~33MHz范围之间选，单片机工作频率取决于晶振XT的频率，通常选用11.0592MHz晶振。

两个小电容通常取值3pF，以保证振荡器电路的稳定性及快速性。

复位电路一般若在引脚RST上保持24个工作主频周期的高电平，单片机就可以完成复位，但为了保证系统可靠地复位，复位电路应使引脚RST保持10ms以上的高电平。

如图复位电路带有上电自动复位功能，当电路上电时，由于C1电容两端电压值不能突变，电源+5V会通过电容向RST提供充电电流，因此在RST引脚上产生一高电平，使单片机进入复位状态。

随着电容C1充电，它两端电压上升使得RST电位下降，最终使单片机退出复位状态。

正常运行时，可按复位按钮对单片机复位

图3：

STC89C52最小系统

2.2DS1302时钟芯片以及时钟集成模块介绍

2.2.1DS1302概述

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。

采用双电源供电（主电源和备用电源），同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。

采用三线接口与CPU进行同步通信

图4：

DS1302封装图

2.2.2DS1302引脚介绍

各引脚功能为：

Vcc：

主电源；Vcc2:

备用电源。

当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电；当Vcc2

SCLK：

串行时钟输入端，控制数据的输入与输出

I/O：

三线接口时的双向数据线

CE：

输入信号，在读、写数据期间必须为高

2.2.3DS1302使用方法

（1）时钟芯片DS1302的工作原理：

DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把SCLK端置“0”，接着把RST端置“1”，最后才给予SCLK脉冲；读/写时序如图5所示。

表2为DS1302的控制字，此控制字的位7必须置1，若为0则不能把对DS1302进行读写数据。

对于位6，若对程序进行读/写时RAM=1，对时间进行读/写时，CK=0。

位1至位5指操作单元的地址。

位0是读/写操作位，进行读操作时，该位为1；该位为0则表示进行的是写操作。

控制字节总是从最低位开始输入/输出的。

表6为DS1302的日历、时间寄存器内容：

“CH”是时钟暂停标志位，当该位为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位为0时，时钟开始运行。

“WP”

是写保护位，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP必须为0。

当“WP”为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。

（2）DS1302的控制字节

DS1302的控制字如表所示。

控制字节最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果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指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始传输

1

RAM

A4

A3

A2

A1

A0

RD

CK

WR

表2：

DS1302控制字

（3）数据输入输出（I/O）

在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。

同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。

其读写时序如图示

图5：

DS1302读写时序

（4）DS1302寄存器

DS1302中与时间、日期有关的寄存器共有12个，其中7个存放数据的格式为BCD码格式，其读写地址如下表所示

读寄存器

写寄存器

Bit7

Bit7

Bit7

Bit7

Bit7

Bit7

Bit7

Bit7

范围

81H

80H

CH

10秒

秒

00--59

83H

82H

10分

分

00--59

85H

84H

12

0

10

时

时

0--23

24

AM/PM

1--12

87H

86H

10日

日

1--31

89H

88H

10月

月

1--12

8BH

8AH

0

0

0

0

0

周

1--7

8DH

8CH

10年

年

00--99

8FH

8EH

WP

0

0

0

0

0

0

0

――

表3：

DS1302时钟寄存器

第一行秒寄存器，CH为时钟暂停标志位，该位为1时时钟停止，该位为0时时钟运行

第二行分寄存器，bit0~bit6表示分钟数，因采用BCD编码，所以低四位最大能表示的数字为9，计数满向高三位进1。

第三行时寄存器，12/24用来定义DS1302小时的运行模式，12小时模式下bit5为1表示PM下午，bit5为0表示AM上午

第八行控制寄存器，bit7是写保护位WP，当WP为1时，写保护位可防止对任一寄存器的写操作，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0

此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。

时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。

DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：

一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。

2.2.4时钟集成模块内部原理图以及实物图

图6：

DS1302内部原理图

图7：

DS1302实物图

2.31602字符液晶以及显示模块介绍

2.3.11602液晶概述

工业字符型液晶，1602是指显示的内容为16*2，即能够同时显示两行，每行16个字符。

常见的1602字符液晶有两种，一种显示的是绿色背光黑色字体，另一种显示蓝色背光白色字体，目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的。

本课题所用1602液晶模块，显示屏是蓝色背光白色字体。

如图6所示

图8：

1602字符液晶

2.3.21602引脚介绍

编号

符号

引脚说明

编号

符号

引脚说明

1

GND

电源地

2

VCC

电源正极

3

VO

液晶显示对比度调节端

4

RS

数据/命令选择端

5

R/W

读写选择

6

E

使能信号

7

D0

数据口

8

D1

数据口

9

D2

数据口

10

D3

数据口

11

D4

数据口

12

D5

数据口

13

D6

数据口

14

D7

数据口

15

BLA

背光电源正

16

BLK

背光电源负

表4：

1602字符液晶引脚说明

各个引脚具体功能说明：

第1脚：

GND为地电源。

第2脚：

VCC接5V正电源。

第3脚：

VO为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生重影，使用一个1K的电位器调整对比度。

第4脚：

RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。

第5脚：

R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

第6脚：

E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7~14脚：

DB0~DB7为8位双向数据线。

第15~16脚：

背光灯电源。

2.3.31602字符液晶使用方法

（1）基本操作时序

操作

输入

输出

读状态

RS＝L，RW＝H，E＝H

D0~D7＝状态字

写指令

RS＝L，RW＝L，D0~D7＝指令码，E＝高脉冲

无

读数据

RS＝H，RW＝H，E＝H

D0~D7＝数据

写数据

RS＝H，RW＝L，D0~D7＝数据，E＝高脉冲

无

图9：

1602液晶读时序图

图10：

1602液晶写时序图

（2）RAM

1602液晶控制器芯片内部带有80个8位的RAM缓冲区，其地址和屏幕的对应关系如图7示

图11

（3）1602字符液晶字库

 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如下表所示，这些字符有：

阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。

高位

低位

0000

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1010

1011

1100

1101

1110

1111

XXXX0000

⑴

0

@

P

\

p

-

タ

ミ

α

P

XXXX0001

⑵

!

1

A

Q

a

q

□

ア

チ

ム

ä

q

XXXX0010

⑶

“

2

B

R

b

r

┌

イ

ツ

メ

β

θ

XXXX0011

⑷

#

3

C

S

c

s

┘

ゥ

テ

モ

ε

∞

XXXX0100

⑸

$

4

D

T

d

t

\

ェ

ト

ャ

μ

Ω

XXXX0101

⑹

%

5

E

U

e

u

ロ

ォ

ナ

ュ

σ

o

XXXX0110

⑺

&

6

F

V

f

v

テ

カ

ニ

ョ

ρ

∑

XXXX0111

⑻

’

7

G

W

g

w

ア

キ

ヌ

ラ

ζ

ⅹ

XXXX1000

⑴

（

8

H

X

h

x

ィ

ク

ネ

リ

f

X

XXXX1001

⑵

）

9

I

Y

i

y

ウ

ケ

ノ

ル

-1

y

XXXX1010

⑶

*

：

J

Z

j

z

エ

コ

ハ

レ

ј

千

XXXX1011

⑷

+

；

K

[

k

{

オ

サ

ヒ

ロ

ҳ

万

XXXX1100

⑸

<

L

¥

l

|

セ

シ

フ

ヮ

ℓ

Π

XXXX1101

⑹

--

=

M

]

m

}

ユ

ス

ヘ

ソ

ŧ

÷

XXXX1110

⑺

。

>

N

^

n

→

ヨ

セ

ホ

ハ

ñ

XXXX1111

⑻

/

?

O

-

o

←

ツ

ソ

マ

ロ

ö

图12

2.3.4LCD显示模块原理图

图13LCD显示模块原理图

第3章系统硬件设计

3.1电路设计框图

图14：

硬件框图

3.2系统硬件概述

电路以STC89C52单片机最小系统为控制核心，时钟电路由高精度低功耗的DS1302提供，采用三线接口与CPU进行同步通信，输入部分采用四个独立式按键S1、S2、S3、S4。

1602液晶显示部分，D0－D7口与单片机P0口相连。

具体电路连接，详见附录1

第4章系统的软件设计

4.1程序流程框图

图15：

主程序框图

图16：

按键程序图

第五章系统测试与总结

5.1系统测试

从开始准备到写完论文大概花了一周时间，原理图和PCB制作花了一天时间，在这期间主要遇到的问题是AltiumDesigner软件的使用,遇到问题主要到XX上查找答案，PCB做出之后紧接着就是焊接元器件，这部分由于粗心将电解电容正负极焊反，后面经过万用表不断的测试才判断出来，及时纠正过来，焊接与硬件调试大概花了半天时间。

紧接着大部分的时间都花费在硬件与软件的结合调试上，在调试过程中使用自己在网上买的51单片机开发板上进行一步一步的调试。

由于是第一次做课程设计，同时也是第一次写这么综合的程序，所以在调试过程中遇到很多问题，一部分是关于DS1302与1602的硬件特点以及在硬件的基础之上驱动程序的调用，这里主要是网上找资料去学会调用与编写，主要是通过网上视频教学；另一部分是自己做的硬件存在很多误差，特别是电源供电部分，刚开始是用废弃的鼠标上的那个USB接口线插在电脑上供电，但由于电源介入硬件的是两个排针，所以很不稳定，1602上总乱码，或者5个按键随便一个按下都是复位，而且从电脑输出5V接到硬件系统后只有4.5V了，想了一下，最后拿出上学期期末自己做的电源将它调节到6V后，接入硬件系统就能达到5V。

5.2总结

通过本次论文设计，使我加深了对单片机的认识，并且熟悉了单片机系统的设计流程，收获丰硕。

功能上基本达标：

时钟与闹钟的显示，调时间和闹钟功能以及闹钟鸣叫功能。

时钟与闹钟显示功能，精确度完全可以满足日常生活显示时间的需要；调时间与闹钟功能，方便快捷。

硬件设施基本合乎要求，软件设计可以配合硬件实现其功能。

技术在不断进步，机械式时钟已经被淘汰，取而代之的是具有高度准确性和直观性且无机械装置，具有更长的使用寿命等优点的电子时钟。

电子时钟更具人性化，更能提高人们的生活质量，更受人们欢迎。

机械时代已经远去，电子时代已经到来。

做为新时代的我们，更应该提高自身能力，适应新时代的发展。

知识来自实践，多从生活中探寻所需要的。

从这次的论文设计中，我真正的体会到，知识的重要性，特别是要理论联系实际，把我们所学的理论知识运用到实际生活当中，要用知识改变一切。

致谢

首先，感谢学校2年来对我的培养。

为我们营造了一个良好的学习氛围，建设一流的教学设施，使我们身心愉快的投入到学习中。

其次，感谢学院的老师，有了他们的谆谆教诲，才使本论文的前期准备以及整个研究过程顺利完成。

学院老师的严谨治学态度、扎实的理论基础、全身心投入工作的精神以及对学生尽心尽力的态度给了我极大的帮助与鼓励，使我受益匪浅。

从学院老师的教学态度上，我学到的不仅仅只有书本上的知识，还有做人的道理。

他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

在此谨向学院全体老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

最后，感谢我的父母多年来给予我的支持和关怀，同时感谢我的舍友和朋友对我的帮助。

参考文献

[1]李广第，朱月秀，冷租祁.单片机基础第三版.北京:

北京航空航天大学出版社（1——259）。

[2]李庆亮.C语言程序设计实用教程.北京:

机械工业出版社,2005.3（1——100）。

[3]康华光.电子技术基础数字部分.北京:

高等教育出版社,2008（1——560）。

[3]康华光.电子技术基础模拟部分.北京:

高等教育出版社,2008（1——560）。

[4]杨志忠.数字电子技术.北京:

高等教育出版社,2003.12（30——100）。

[4]及力.Protel99SE原理图与PCB设计教程.北京:

电子工业出版社,2007.8（48——100）。

[10]杨欣．电子设计从零开始.北京:

清华大学出版社,2005（10——200）。

[12]邢小杰.单片机电子时钟设计.中国科技博览,2009。

源程序清单

#include//52单片机头文件，规定了52单片机的寄存器和IO口等

#include//_nop_空指令及左右循环移位子函数库

#defineucharunsignedchar//宏定义

#defineuintunsignedint//宏定义

sbitlcden=P2^7;//定义下面通过lcden来操作P2^7口,1602液晶使能控制端

sbitlcdwr=P2^5;//定义下面通过lcdrw来操作P2^5口，1602读写选择端

sbitlcdrs=P2^6;//定义选数据寄存器选指令寄存器控制端

sbitsda=P3^4;//定义DS1302数据总线

sbitrst=P3^5;//DS13