基于单片机的多功能电子钟说明书毕设论文.docx
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基于单片机的多功能电子钟说明书毕设论文
课程设计说明书
题目：
基于单片机的多功能电子钟
课程：
单片机原理及应用B课程设计
目录
摘要II
1设计目的1
2设计要求2
3设计内容3
3.1电子时钟的工作原理3
3.2系统硬件电路设计及元件4
3.2.1AT89C51芯片4
3.2.2DS1302芯片8
3.2.3LCD1602液晶显示12
3.3系统软件电路设计15
3.3.1系统流程图及源代码设计15
总结与致谢18
参考文献19
附录一20
摘要
单片机,是集CPU,RAM,ROM,定时器，计数器和多种接口于一体的微控制器。
自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注。
它体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易，广泛应用于智能生产和工业自动化上。
本系统为基于DS1302的多功能电子钟，以AT89C51单片机作为主控芯，采用实时时钟芯片DS1302，使用1602液晶作为显示输出。
该系统走时精确，具有闹钟设置，时间模式切换，秒表以及可同时显示时间、日期等多种功能。
本文将详细介绍AT89C51单片机和DS1302时钟芯片的基本原理，从软件和硬件电路的实现两大方面进行分析。
关键词：
AT89C51；单片机；液晶屏；时钟芯片；蜂鸣器
1设计目的
基于51单片机设计一个能够支持年、月、日、星期、时、分、秒的电子时钟。
并且支持闹钟功能，及整点报时功能。
在设计过程中，学习利用DXP软件进行硬件电路设计或者利用仿真软件进行仿真，进行单片机的软件编程。
学习芯片的选择及方案选择，熟悉单片机的I/O口原理；掌握LCD显示的原理；掌握定时计数器的使用；要求设计出程序流程图和程序。
2设计要求
1．设计能支持年、月、日、星期、时、分、秒的时钟，时钟有时间调整功能及闹钟功能；
2．时钟具有装卸电池时掉电保护功能，保护时间大于5分钟；
3．时钟功耗小于0.5MA/5V。
4．能够提供生日提醒指示；能够每天提供3个时间点的闹钟报时功能；
5．非易失定时闹铃
6．整点报时
3设计内容
3.1电子时钟的工作原理
本次设计时钟电路，使用了AT89C51单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单且省去了很多复杂的线路，使得电路简明易懂，用C语言程序来控制整个时钟的显示，使得编程变得更容易，这样通过五个模块：
芯片、显示屏、看门狗、电源、时钟即可满足设计要求。
此设计原理图框图如图3.1所示，此电路包括以下五个部分：
单片机、时钟电路、看门狗、液晶屏、电源模块、时钟振荡电路。
图3.1主电路设计框图
本设计采用C语言程序设计，使单片机控制液晶显示年、月、日、时、分、秒，当秒计数满60时就向分进位，分计数器计满60后向时计数器进位，小时计数器按“23翻0”规律计数。
时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。
当计时发生误差的时候可以用校时电路进行校正。
设计采用的是时、分、秒显示，单片机对数据进行处理同时在LCD上显示。
3.2系统硬件电路设计及元件
3.2.1AT89C51芯片
AT89C51是美国ATMEL公司生产的8位FlashROM单片机。
其最突出的优点是片内ROM为FlashROM，可擦写1000次以上，应用并不复杂的通用ROM写入器就能方便的擦写，读取也很方便，价格低廉，具有片程序ROM二级保密系统。
因此可灵活应用于各种控制领域。
AT89C51包含以下一些功能部件：
（1）一个8位CPU；
（2）一个片内振荡器和时钟电路；
（3）4KBFlashROM；
（4）128B内RAM；
（5）可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；
（6）两个16位定时/计数器；
（7）21个特殊功能寄存器；
（8）4个8位并行I/O口；
（9）一个可编程全双工串行口；
（10）5个中断源，可设置成2个优先级。
AT89C51单片机一般采用双列直插DIP封装，共40个引脚，图3.2为其引脚排列图。
40个引脚大致可分为4类：
电源、时钟、控制各I/O引脚。
图3.2AT89C51引脚图
（1）控制线
控制线共有4根，其中3根是复用线。
所谓复用线是指具有两种功能，正常使用时是一种功能，在某种条件下是另一种功能。
1、ALE/PROG——地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲。
（1）ALE功能：
用来锁存P0口送出的低八位地址。
AT89C51在并行扩展外存储器时，P0口用于分时传送低8位地址和数据信号，且均为二进制数。
当ALE信号有效时，P0口传送的是低8位地址信号；ALE信号无效时，P0口传送的是低8位地址信号。
在ALE信号的下降沿，锁定P0口传送的内容，即低8位地址信号。
需要指出的是，当CPU不执行访问外RAM指令，ALE以时钟振荡频率1/6的固定频率输出，因此ALE信号也可作为外部芯片CLK时钟或其他需要。
但是，当CPU执行MOVX指令时，ALE将跳过一个ALE脉冲。
（2）PROG功能：
片内EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
2、PSEN——外ROM读选通信号。
89C51读外ROM时，每个机器周期内PSEN两次有效输出。
PSEN可作为外ROM芯片输出允许OE的选通信号。
在读内ROM或读外RAM时，PSEN无效。
3、RST/VPD——复位/备用电源。
（1）正常工作时，RST端为复位信号输入端，只要在该引脚上连续保持两个机器周期以上高电平，AT89C51芯片即实现复位操作，复位后一切从头开始，CPU从0000H开始执行指令。
（2）VPD功能：
在VCC掉电情况下，该引脚可接上备用电源，由VPD向片内RAM供电，以保持片内RAM中的数据不丢失。
4、EA/VPP——内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
（1）EA功能：
正常工作时，EA为内外ROM选择端。
AT89C51单片机ROM寻址范围为64KB，其中4KB在片内，60KB在片外。
当EA保持高电平时，先访问内ROM，但当PC值超过4KB时，将自动转向执行外ROM中的程序。
当EA保持低电平时，则只访问外ROM，不管芯片内有否内ROM。
（2）VPP功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚用于施加编程电源。
（2）I/O引脚
AT89C51有P0、P1、P2、P34个8位并行I/O端口，共32个引脚。
P0口是一组8位漏级开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。
在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。
在Flash编程时，P0端口接收指令字节；而在验证程序时，则输出指令字节。
验证时，要求外接上拉电阻。
P1口是带内部上拉电阻的双向I/O口，向P1口写入1时P1口被内部上拉为高电平，可用作输入口。
当作为输入脚时被外部信号拉低的P1口会因为内部上拉而输出一个电流。
Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
P2口是带内部上拉电阻的双向I/O口，向P2口写入1时P2口被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时被外部拉低的P2口会因为内部上拉而输出电流。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据，当使用8位寻址方式（MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口发送P2特殊功能寄存器的内容，在整个访问期间不改变。
Flash编程和程序校验时，P2也接收高位地址和一些控制信号。
P3口是带内部上拉电阻的双向I/O口，向P3口写入1时P3口被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时被外部拉低的P3口会因为内部上拉而输出电流。
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的是它的第二功能，如表3-1所示：
表3-1P3端口的特殊功能
端口引脚
兼用功能
P3.0——RXD
串行输入口
P3.1——TXD
串行输出口
P3.2——/INT0
外部中断0
P3.3——/INT1
外部中断1
P3.4——T0
定时器0的外部输入
P3.5——T1
定时器1的外部输入
P3.6——/WR
外部数据存储器写选通
P3.7——/RD
外部数据存储器读选通
3.2.2DS1302芯片
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟日历芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。
实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。
工作电压宽达2.5～5.5V。
采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。
有主电源和备份电源双引脚，而且备份电源可由大容量电容（＞1F）来替代。
需要强调的是，DS1302需要使用32.768KHz的晶振。
DS1302包含以下一些功能部件：
（1）实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数；
（2）用于高速数据暂存的31×8位RAM；
（3）最少引脚的串行I/O；
（4）2.5～5.5V电压工作范围；
（5）2.5V时耗电小于300nA；
（6）用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式；
（7）简单的3线接口；
（8）可选的慢速充电（至VCC1）的能力。
（1）DS1302数据操作原理
DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被输入。
无论是读周期还是写周期，开始8位指定40个寄存器中哪个被访问到。
在开始8个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器之后，另外的时钟周期在读操作时输出数据，在写操作时写入数据。
时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8，在多字节方式下为8加字节数，最大可达248字节数。
DS1302的内部结构图如图3.3所示。
图3.3DS1302内部结构图
（2）DS1302的引脚图及功能
DS1302的引脚图如图3.4所示。
图3.4DS1302引脚图
DS1302各引脚功能：
Vcc1：
主电源；
Vcc2：
备份电源。
当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2SCLK：
串行时钟，输入，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。
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。
引脚功能如表3-2所示：
表3-2DS1302引脚功能说明
引脚号
名称
功能
1
VCC1
备份电源输入
2
X1
32.768KHz晶振输入
3
X2
32.768KHz晶振输出
4
GND
地
5
RST
控制移位寄存器/复位
6
I/O
数据输入/输出
7
SCLK
串行时钟
8
VCC2
主电源输入
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