日历时钟的设计Word格式文档下载.docx
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七、参考文献11
八.结束语11
附录2部分源程序12
绪言
数字电子钟具有走时准确，一钟多用等特点，在生活中已经得到广泛的应用。
虽然现在市场上已有现成的电子钟集成电路芯片，价格便宜、使用也方便，但是人们对电子产品的应用要求越来越高，数字钟不但可以显示当前的时间，而且可以显示期、农历、以及星期等，给人们的生活带来了方便。
另外数字钟还具备秒表和闹钟的功能，且闹钟铃声可自选，使一款电子钟具备了多媒体的色彩。
单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。
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。
在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：
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/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；
二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：
DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。
二、方案比较与论证
2.1系统整体流程图
LED数码管动态扫描显示模块
AT89S52
主控制模块
键盘模块
DS1302时钟模块
开始
初始化子程序
While（1
）
串口有数据
否
是
调用子程序，获取串口数据
调用子程序，设置日历时钟芯片
调用子程序，获取芯片的时间信息
调用显示字程序
方案一:
纯硬件电路系统，各功能采用分离的硬件电路模块实现。
用时序逻辑电路实现时钟功能，用555定时器实现闹钟的设定。
但这种实现方法可靠性差、控制精度低，灵活性小、线路复杂、安装调试不方便，而且不方便实现对系统的扩展。
方案二:
用可编程逻辑器件（PLD）实现。
这种方案与前一种相比，可靠性增加，同时可以很好的完成时钟的功能。
同时这种方案只能选用数码管显示，显示的效果不够理想，无法很好的完成扩展功能的要求，系统的灵活性不够。
方案三:
采用AT89S52单片机作为系统的控制核心。
时钟功能采用单片集成的时钟芯片DS1307来实现，可以使用液晶显示时间、日历及闹铃，有着智能化的人机界面。
由于使用了单片机，整个系统可编程，系统的灵活性大大增加了。
另外，本方案可以方便的实现其他功能的扩展。
经过以上的比较论证，选用方案三来完成项目设计的要求。
2.3时钟方案选择
方案一：
基本门电路搭建。
用基本门电路来实现时钟发生器，电路结构复杂，故障系数大，不易调试。
方案二：
专用时钟芯片。
目前市场上已有很多实时时钟芯片。
如DS12887、DS1302、DS1307、PCF8563、X1227等，芯片内都集成了时钟/日历功能，给时钟系统设计带来很多方便。
根据设计要求，在本设计中我采用了DS1302时钟芯片。
2.4显示模块的选择
使用多个数码管显示。
LED数码管是利用二极管发光显示数字和字母，具有亮度大、接口设计比较容易，价格相对较便宜等优点。
但是由于它工作电流较大、不能显示汉字，显示的信息量有限，若在此题目中应用就会受到很大的限制。
采用液晶显示。
液晶特别是具有汉字显示功能的液晶显示器，来实现显示功能，不仅可以实现基本的显示信息，而且可以显示丰富的符号指示信息以及文字指示信息，信息量丰富且直观易懂。
而且液晶显示有功耗低，体积小，重量轻，寿命长，不产生电磁辐射污染等优点。
系统采用方案二，设计选用LCD1602液晶显示模块。
2.5键盘模块的选择
采用独立式按键电路。
每个键单独占有一根I/O接口线，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。
但是当按键较多时占用单片机的I/O数目较多。
采用阵列式键盘。
此类键盘是采用行列扫描方式，当按键较多时可以降低占用单片机的I/O口数目。
根据设计要求我采用了方案二。
2.6具体设计分析
利用单片机（AT89S51）制作简易电子时钟，由六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。
结合本设计实验来说，要求显示的时间为时，分，秒，并且都用两位数码管来实现显示。
因此，具体设计程序时，应尽可能多用一些子程序与数据暂寄存器单元。
本程序设计中，在主程序之外，可以设置时间值处理子程序，时间值显示前的处理子程序，按键情况扫描子程序，1S定时中断子程序以及5ms延时消除按键抖动子程序等多个小型的子程序。
另外，可以设置一些数据单元作为数据寄存器。
用28H，2AH,2BH和2CH地址单元分别作为显示位数的扫描指针值寄存器，时寄存器，分寄存器和秒寄存器，再用20H地址单元作为显示寄存器
三、硬件电路设计
3.1整个电路原理图
3.2数码显示模块设计
共阴数码管
数码管的引脚图
数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示设备。
有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。
共阳型就是把多个LED显示段的阳极接在一起，又称为公共端。
共阴型就是把多个LED显示段的阴极接在一起，即为公共商。
阳极即为二极管的正极，又称为正极，阴极即为二极管的负极，又称为负极。
通常的数码管又分为8段，即8个LED显示段，这是为工程应用方便如设计的，分别为A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP是小数点位段。
而多位数码管，除某一位的公共端会连接在一起，不同位的数码管的相同端也会连接在一起。
即，所有的A段都会连在一起，其它的段也是如此，这是实际最常用的用法。
数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。
静态显示就是数码管的8段输入及其公共端电平一直有效。
动态显示的原理是，各个数码管的相同段连接在一起，共同占用8位段引管线；
每位数码管的阳极连在一起组成公共端。
利用人眼的视觉暂留性，依次给出各个数码管公共端加有效信号，在此同时给出该数码管加有效的数据信号，当全段扫描速度大于视觉暂留速度时，显示就会清晰显示出来。
系统采用动态显示方式，用P0口来控制LED数码管的段控线，而用P2口来控制其位控线。
动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。
3.3按键模块
时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器、时个位和时十位计数器及星期计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器。
下图为按键模块电路原理图。
3.4复位电路
单片机复位的条件是：
必须使RST/VPD或RST引（9）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。
例如，若时钟频率为12MHz，每机器周期为1μs，则只需2μs以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。
单片机常见的复位如图所示。
电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。
在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。
只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。
该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。
分寄存器值加1
分按键了？
四.程序流程图
秒寄存器=60
定时器T0初始化
设置显示初值为12:
00：
00
N
使分寄存器清0
设置定时4m初值
分按键松开？
设置中断允许
设中断250次
时按键了？
启动T0中断
秒按键了？
时寄存器值加1
秒寄存器值加1
时寄存器值＝20
使寄存器清0
YN
使秒寄存器清0
秒按松开了？
秒按键松开了？
NYN
五、系统仿真
运用proteus软件进行仿真现在proteus软件中建立一个新的文件，再根据自己的要求选择所需的器件，把器件进行适当的排位后进行连接，连接后运行软件进行仿真。
5.1Proteus软件应用
1．原理图编辑窗口（TheEditingWindow）：
顾名思义，它是用来绘制原理图的。
蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。
注意，这个窗口是没有滚动条的，你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。
2．预览窗口（TheOverviewWindow）：
它可显示两个内容，一个是：
当你在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；
另一个是，当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色的方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容，因此，你可用鼠标在它上面点击来改变绿色的方框的位置，从而改变原理图的可视范围。
3．模型选择工具栏（ModeSelectorToolbar）：
主要模型（MainModes）：
1*选择元件（components）（默认选择的）
2*放置连接
3*放置标签（用总线时会用到）
4*放置文本
5*用于绘制总线
6*用于放置子电路
7*用于即时编辑元件参数（先单击该图标再单击要修改的元件）
配件（Gadgets）：
1*终端接口（terminals）：
有VCC、地、输出、输入等接口
2*器件引脚：
用于绘制各种引脚
3*仿真图表（graph）：
用于各种分析，如NoiseAnalysis
4*录音机
5*信号发生器（generators）
6*电压探针：
使用仿真图表时要用到
7*电流探针：
8*虚拟仪表：
有示波器等
2D图形（2DGraphics）：
1*画各种直线
2*画各种方框
3*画各种圆
4*画各种圆弧
5*画各种多边形
6*画各种文本
7*画符号
8*画原点等
4．元件列表（TheObjectSelector）：
用于挑选元件（components）、端接口（terminals）、信号发生器（generators）、仿真图表（graph）等。
举例，当你选择“元件（components）”，单击“P”按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元件后（单击了“OK”后），该元件会在元件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择即可。
5．方向工具栏（OrientationToolbar）：
旋转：
旋转角度只能是90的整数倍。
翻转：
完成水平翻转和垂直翻转。
使用方法：
先右键单击元件，再点击（左击）相应的旋转图。
6．仿真工具栏
仿真控制按钮
1*运行
2*单步运行
3*暂停
4*停止
按照自己设计的电路图就可以画出想要的电路图！
2.在软件中模拟和实际的效果为什么有如此大的差别？
答：
软件中模拟受到电脑CPU工作频率的影响，所以效果不是很明显，但是一些基本的现象还是可以看出来的。
只要我们知道原理和图是正确的，那么就没有必要考虑太多的未知因素。
在实际面包板中一定会看到正确的现象。
3.面包板连线注意事项！
！
面包板连线时一定要弄清楚它的原理，不然就会一点头绪都找不到。
连接芯片是要弄清楚各个引脚对应的端口号，该接地的地方一定要接地，该接高电平的地方一定要接高电平。
5.2实验测试
主要的设计要求是能够实现时钟的一般功能，以及包括时间的调整功能，这个基于单片机的电子时钟基本上实现了上述功能，能够通过时间调整电路对时间进行调整以及复位。
下述为12：
00的仿真图：
图812:
00:
00时刻的仿真效果图
六主要元器件选择
表6-1主要元器件清单
序号
材料名称
规格型号
数量
元件代号
1
单片机
AT89S51
U1
2
电阻
1k
17
R1-R16
3
电容
10PF
4
C1、C2、C3、Y1
数码管
MPX8
DS1
5
集成电路
74LS47、74LS138
七、参考文献
【1】张迎新.单片机初级教程【M】.北京：
北京航空航天大学出版社，
2006.
【2】冯志强.AltiumDesigner8.0中文版电路设计【M】.北京：
清华大学出版社，
2009.
【3】杨素行.模拟电子技术基础简明教程（第三版）
【M】.北京：
高等教育出版社，
【4】余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第三版）
【5】程鹏.自动控制原理（第二版）
【6】王化祥，张淑英.传感器原理及应用（第三版）
【M】.天津：
天津大学出版社，
2007.
【7】邱关源，罗先觉.电路（第五版）
【8】王明泉.信号与系统【M】.北京：
科学出版社，
八.结束语
设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。
另外，要非常感谢我的指导老师，是她指引我克服一个由一个的困难，让我学会对困难无所畏惧，以及对问题的一些很重要的思考方法。
附录2部分源程序
ORG00H；
主程序起始地址
JMPSTART；
主程序START
ORG0BH；
定时器T0中断起始地址
JMPTIM0；
定时器T0中断子程序TIM0
START:
MOVSP；
#70H；
设置堆栈指针
MOV28H,#00；
设置显示位数扫描指针初值为0
MOV2AH,#12H；
设置时钟显示寄存器初值为12H
MOV2BH,#00；
设置分钟显示寄存器初值为00H
MOV2CH,#00；
设置秒钟显示寄存器初值为00H
MOVTMOD,#01H；
设置定时器T0工作在方式1
MOVTH0,#0F0H；
定时4ms的初值，即0F060H
MOVTL0,#60H；
初值的低位
MOVIE,#82H；
定时器T0中断允许
MOVR4,#250；
保证后面实现中断250次，即1s的延时
SETBTR0；
启动定时器T0
LOOP:
JBP0.0,N2；
若秒没有按键，就转去下一步检查分
CALLDELAY；
延时5ms消除抖动
MOVA,2CH；
将秒寄存器的值载入累加器A
ADDA,#01H；
A的内容加1
DAA；
十进制调整
MOV2CH,A；
A的值存入秒寄存器
CJNEA,#60H,N1；
看是否已经是60秒，若不是就继续检查
已经是60秒，就清空秒寄存器的值
N1:
JNBP0.0,$；
秒按键还没有放开就循环等待
延时5ms，消除抖动
N2:
JBP0.1,N4；
若分没有按键，就转去下一步检查时钟
MOVA,2BH；
将分寄存器的值载入累加器A
MOV2BH,A；
A的值存入分寄存器
CJNEA,#60H,N3；
看是否已经是60分
已经是60分，就清空秒寄存器的值
N3:
JNBP0.1,$；
分按键还没有放开就循环等待
N4:
JBP0.2,LOOP；
若时没有按键，就转回去继续检查看是否秒有按键
MOVA,2AH；
将时寄存器的值载入累加器A
MOV2AH,A；
A的值存入时寄存器
CJNEA,#24H,N5；
看是否已经是24时，若不是就继续检查
MOV2AH,#00；
已经是24时，就清空寄存器的值
N5:
JNBP0.2,$；
时钟按键还没有放开就循环等待
JMPLOOP；
返回重新检查看是否有按键
;
*******定时器T0中断子程序*******
TIM0:
MOVTH0,#0F0H；
定时初值重设
MOVTL0,#60H
PUSHACC；
将累加器A的值暂存于堆栈
PUSHPSW；
将PSW的值暂存于堆栈
DJNZR4,X2；
计时中断不满1s就退出继续中断
计时1s
CALLCLOCK；
调用计时子程序CLOCK
CALLDISP；
调用显示子程序DISP
X2:
CALLSCAN；
调用扫描子程序SCAD
POPPSW；
到堆栈取回PSW的值
POPACC；
到堆栈取回累加器ACC的值
RETI；
返回主程序；
；
****扫描子程序****
SCAN:
MOVR0,#28H
INC@R0;
显示位数扫描值加1
CJNE@R0,#6,X3;
扫描位数不为6就准备控制输出
MOV@R0,#0;
扫描位数为6，就另其值为0
X3:
MOVA,@R0;
扫描位数载入A
ADDA,#20H;
A加上20H（显示寄存器地址）=各时间显示区地址
MOVR1,A;
各时间显示区地址存入A
扫描位数存入A
SWAPA;
将A的高低4位交换（其高4位为扫描
的位数，低4位为显示数据值）
ORLA,@R1;
将扫描值与显示数据组合
MOVP1,A;
显示输出
RET
******计时子程序******
CLOCK:
MOVA,2CH；
秒寄存器值载入A
ADDA,#1；
加1秒
A的值存入秒寄存器
CJNEA,#60H,X4；
A不等于60秒，就跳出程序去显示
已经是60秒，就清0
分寄存器值载入A
加1分
A的值存入分寄存器
A不等于60分，就跳出程序去显示
已经是60分就清0
时寄存器值载入A
加1小时
A的值存入是寄存器
CJNEA,#24H,X4；
A不等于24时，就跳出程序去显示
MOV24H,#00；
已经是24时，就清0
X4:
RET
******显示子程序******
DISP:
MOVR1,20H；
20H为显示寄存器单元
将秒寄存器的内容存入A
MOVB,#10H；
设B累加器的值为10H
DIVAB；
A/B，商存入A（十位数），余数存入（个位数）
MOV@R1,B；
将显示的个位数存入20H显示寄存器单元
INCR1
MOV@R1,；
A将显示的十位数存入21H显示寄存器单元
将分寄存器的内容存入A
将显示的个位数存入22H显示寄存器单元
MOV@R1,A；
将显示的十位数存入23H显示寄存器单元
将时寄存器的内容存入A
将显示的个位数存入24H显示寄存器单元
将显示的十位数存入25H显示寄存器单元
******延时5ms消除抖动******
DELAY:
MOVR6,#60
D1:
MOVR7,#248
DJNZR7,$
DJNZR6,D1
EN
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