基于ST89C52的多功能数字电子时钟的设计毕业设计.docx
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基于ST89C52的多功能数字电子时钟的设计毕业设计
南京理工大学
毕业设计说明书（论文）
作者:
施力
准考证号：
0
教学点:
南京工业职业技术学院
专业:
电子工程
题目:
基于ST89C52的多功能数字电子时钟的
设计
讲师
倪瑛
指导者：
（姓名）（专业技术职务）
评阅者：
（姓名）（专业技术职务）
2016年5月
南京理工大学
毕业设计（论文）评语
学生姓名：
施力准考证号：
0
题目：
基于ST89C52的多功能数字电子时钟的设计
综合成绩：
指导者评语：
该生态度较认真，积极保持与指导老师联系，按时完成课题的各项任务。
论文选题与专业对口，概念使用正确，条理较清晰，语言表达较正确，但分析不够透彻，缺乏一定的创新性。
该生能够按时、较全面地完成毕业设计的任务，论文理论正确，概念使用正确，工作量较饱满。
论文书写基本符合规定，图表制作较规范。
选题具有一定的实用价值.原始数据收集得当,但是，综合分析问题的能力不够，缺乏一定创新。
建议成绩评定为良;可以参加答辩。
指导者（签字）：
年月日
毕业设计（论文）评语
评阅者评语：
课题立意明确，技术路线可靠，研究内容充实，研究方法切实有效，学生本人对相关领域的国内外现状有较为全面地了解，现从事工作也为完成课题提供了多方面的便利，能够完成课题并撰写出达到毕业要求的毕业论文
评阅者（签字）：
年月日
答辩委员会（小组）评语：
答辩委员会（小组）负责人（签字）：
年月日
毕业设计说明书（论文）中文摘要
科学技术速度发展的今天,电子技术产业结构迅速的变化,生活中人们生活质量不断的提升,一般的单功能时钟已经无法满足当前人们的需求，对于那些包含报时、闹钟、日历这些的多功能的智能时钟的追求越来越高。
为了增加数字时钟的智能化，我们把模拟电路、数字电路、单片机技术等想结合。
核心为单片机STC89C52为基础,成功设计出了智能电子钟。
不但能够准确地显示标准时间,而且对时间进行自动的改动，对丢失的数据时间及时的回复等功能。
如今，数字电子钟已经大量地应用于网吧、办公室、电影院等公共设施中，它是以数字电路为基础，能够成功的实现时、分、秒的计时装置。
不过大规模的实用石英晶体振荡器，以及数字集成电路的发展，使得数字钟的精度大大提高,实际应用价值提升。
多功能数字钟的应用范围非常地普遍，能很好的普及。
单片机是数字钟的中心控制器，接着计时功能由时钟信号来实现传输，把他的时间数据用单片机来传递，最终用显示器显示出来。
其中键盘可以实行定时、校时等功能。
液晶显示技术和数码管来显示技术可以用到输出设备的显示器中。
时间就是产生财富的基础、时间就是改变命运的可能、时间就是我们成功的垫脚石……，人们非常看重对时间的准确的把握和合理的分配，所以时钟已经离不开我们的生活。
所以数字电子闹钟的设计很符合现在时代的需求。
关键字：
数字时钟；单片机；闹钟
毕业设计说明书（论文）外文摘要
TitleDesignofMulti-functionClockBasedon51MCU
Abstract
Alongdevelopmentscienceandtechnology,electronictechnologyoftheindustrialstructureadjustment,people'slivingstandardscontinuetoimprove,increasedemandforpeoplewithtimekeeping,alarmclock,calendar,andsoonavarietyofmultifunctionalintelligentelectronicclock,thetraditionalclockhasbeencompletelyunabletomeetthepeople'sneeds.Nowtheanalogcircuitdesign,mathematicscircuit,microcontrollertechnologyintegration,increasedelectronicclockintelligentfeatures.The51seriesSTC89C52chipasthecore,theideaofanintelligentelectronicclock.Notonlyitcanaccuratelydisplaythestandardtime,andtimechangesautomaticallyforlostdatatimetimelyresponseandotherfunctions.
Digitalelectronicclockisdigitalcircuitbasedonthehours,minutesandseconds.Timingdevicedigitaldisplay,widelyusedinindividualfamily,allkindsofcafes,officesandotherpublicplacesbecomeanindispensabletoolindailylife.，makingprecisiondigitalclockisfarmorethantheoldwatchesandothertimekeepingtools,practicalvalueisverylarge.
Multifunctiondigitalclockapplicationverycommon,canbeagoodspread.SCMisthedigitalclockinthecenterofthecontroller,thenthetimingfunctionisachievedbyaclocksignaltransmission,tookhistimetopassdataMCUeventuallydisplayedbythedisplay.Wherethekeyboardcanbeafixedtime,suchasschoolfunctions.LCDtechnologyanddigitaltechnologycanbeusedtodisplaytheoutputdevicedisplay.
Timeismoney,timeisdestiny,timeissuccessful......,harnessandreasonableallocationoftimeaccuratelyisveryimportanttopeople,theclockhasbecomeessentialtoourlivesinoneappliance.Sodigitalelectronicclockdesignisconsistentwiththeneedsofpresenttimes.
Keywords:
digital alarm SCMclockSTC89C5
目次
1
绪论
1.1基于单片机的数字电子闹钟的研究背景
单片小型计算机作为微型计算机的一个重要分类之一，已经大量的应用于如今通讯传输设备、工业的全面控制、信息的智能化处理和我们正在使用的计算机中，单片机方便了电子产品设备的使用，它不仅告诉人们时间，也可以在其他领域让人们实现对时间的把握。
数字时钟已经不仅在日常生活中应用，也体现在其他的制造业中。
所以传统的时钟已经无法满足这些需求，怎样使时钟拥有新的生命来适应当今的社会，这需要在基本的时钟上不断的改进和功能的添加，来设计出新多功能时钟。
单片机越来越成熟的今天，硬件电路设计和软件应用机智的应用，单片机广泛的应用于现在的产品中，基于单片机系统的数字时钟电路，包括基本的单片机系统和外围电路，我们还需要外部控制和显示装置的增加。
体积庞大的传统的机械钟，时间的不准确性，显示功能不完全等等已经不能满足人们的需求，为此我们需要一个新的多功能的时钟来帮助我们。
1.2基于数字电子闹钟的发展现状
单片机，科学的讲改叫做微控制器，来源于20世纪70年代，大规模集成电路模块面向控制，而且其可靠性非常高，价格比较便宜，体积较小功能全面。
计算机系统以单片机、数字信号处理器、嵌入式处理器为中心，而且其非常高的实时性、极高的可靠性、功能全面、消耗低、软件及硬件可以分离、成本低等各种优点得到了非常广阔的应用。
社会的发展使人们对时间的要求越来越高，精准化、多功能化，美观等要求。
电子钟作为一种非常重要的计时用具，在电脑，手机和其他各种生活用品及社会用品上，以及各类需要时间的地方。
现代电子产品在20世纪90年代，在电子技术快速发展的条件下速度发展起来，强大的动能推动了社会生产力的发展和社会信息化的进程，电子技术越来越成熟，发展的也越来越快了，电子产品新老更替的速度也提上来了。
如今的社会，人们越发的发现了时间的重要性，社会的发展，生活节奏也愈发的加快，时间就是钞票。
如果时间观念出现错误，会对很多人产生巨大的烦恼。
所以时钟已经被广泛的实用，成为我们生活中必不可少的一部分，而这一切也主要源于集成电路的迅速发展和石英晶体震荡器的广泛的应用，他的应用使现在的时钟精度方面大大的提高了，所以这些对于数字时钟以及其往后的发展应用，有很大的推动能力。
1.3基于于单片机数字电子闹钟的研究的目的和意义
传统的机械钟表做工要求高，价格较高，材料要求高，时间精度低，寿命比较低，以及各种各样的条件影响，完全不能赶上现在的需求。
而且，电子钟飞速的发展，人们的要求也越来越高，于是急需一种新型的电子钟的面市。
单片机已经越来越研究的透彻，因为它性能全面，消耗低，价格较便宜，工作效率高，方便的操作，因此经常作为控制系统的中心，常常应用于自动控制系统中，要实现整体的功能的时候，我们要将核心的软件通过具体的电路图来实施。
这个设计将一个能进行定时的闹钟，显示功能的系统的领悟，向我们全面的介绍了工作过程中数字的转换，以及在单片机相关指令方面的应用，我们对于这个，这个程序就等于是一道门槛，明白了这个程序，相当于掌握了大部分的知识。
AT89C51芯片作为核心使电子时钟控制着整个电路，整个电路更简单明了，年、月、日、分、秒等我们通过按键来实现。
通过C语言来控制调整整个时钟的正常运行，然后用一扬声器来进行闹钟的功能，用LCD1602来进行时间的显示。
1.4基于单片机数字电子闹钟的主要研究内容
数字电子时钟及闹钟基于单片机，数字钟作为一种计数电路对标准频率进行计数。
因为计算时间的开始时间不太可能与准确的时间一致，所以需要一个校正的电路，而且标准的时间信号一定要准确。
一般情况下，经常的数字电子钟都用石英晶体震荡器电路。
硬件电路和系统软件设计是本次电子钟的主要中心。
硬件电路方面，单片机作为核心的装置，由闹钟电路、键盘电路和显示器组成，数字钟在无源晶振电路基础下，中断的产生，进行实时定时的控制，显示在数码管LED上，我们可以通过按键进行定时时间和显示调整。
同时进行闹钟，然后铃声电路播放歌曲。
在这个系统的软件中，由一个主程序为中心，包围着5个子程序和1个中断程序。
2单片机数字电子闹钟设计方案及设计要求
控制的主程序是STC89C52;DS1302作为时钟芯片;显示器件采用了LCD1602液晶，温度传感器使用DS18B20。
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、鸣叫和温度测试功能；
（4）计时器模块能够准确计时；
（5）显示模块可以显示清晰，稳定，不出现乱码；
（6）输入模块能够正确输入指令；
（7）控制模块可以准确控制输入、输出显示；
（8）整个系统能够正常、稳定工作。
3系统器件的选择
3.1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通过串口下载，他的内部存储空间小，数据的存储空间达到512，企鹅2K字节的EEPROM存储空间，与MCS-51系列单片机不冲突。
方案二:
采用AT89C52芯片。
AT89C52片内字节程序与方案一的相同，不过数据存储空间仅为一半，而且不存在EEPROM存储空间，不过也和MCS-51系列的单片机不冲突，具有在线编程可擦除技术。
而且这些单片机完全满足这个设计方案的标注，STC89C52在价格方面比ATS78C52更加的有优势，而且在抗干扰方面更加的强悍。
综合全部的因素，我们还是选STC89C52。
3.2显示模块选择方案和论证
方案一：
采用点阵式数码管显示。
点阵式的数码管由各位八的行列的发光二极管组成，显示文字的方式更加好,但是采用这个比较浪费，成本提升不合适，所以淘汰。
方案二：
采用LED数码管动态的扫描的显示方法。
LED数码管相对价格低廉,对于显示数字这方面非常的实用,不过缺点也比较明显，在功耗方面，较大，更重要的是容量不足，所以也不可取。
方案三：
采用LCD液晶显示屏。
在显示方面，液晶显示屏功能强大更加的明显了,相对其他的显示器，文字显示的量大，显示的多样性,清晰性,而且价格适中，所以这个方案更加的可行。
3.3时钟芯片的选择方案和论证
方案一：
秒信号用单片机定时计数器支持，输入正确的程序来实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。
如果采用此方案成本较低，因为芯片的使用大大减少，不过缺陷也明显，时间的误差大大的提高了。
所以不能采用本方案。
方案二：
利用DS1302芯片，和其他的芯片比较，在性能方面相比较其他也更加的强大，自动对秒、分、时、日、周、月、年进行计数，在精度方面也提高了,正常的工作电压需要在2.5V~5.5V下，当2.5V时它的耗电300nA不到。
4主要元件设计
4.1ST89C52单片机
主要性能参数：
（1）不会和MCS-51产品的指令和引脚产生冲突。
（2）重擦写FLASH闪速存储器需要在8字节的情况下
（3）1000次擦写周期
（4）0HZ-24MHZ时可以进行全静态的操作
（5）三级加密程序存储器
（6）256X8字节内部RAM
（7）32个可编程I/0口线
（8）3个16位定时／计数器
（9）8个中断源
（10）可编程串行UART通道、消耗相对低空闲和有去电模式。
功能特性：
STC89C52提供以下功能：
AT89C52可以变为0HZ的静态逻辑下进行操作，两种软件可以在可选的情况下进行节电上作模式。
停止CPU的工作在空闲方式的时候，但RAM，定时／计数器和串行通信口及中断系统可以继续进行工作。
RAM中的内容在掉电模式的时候仍然可以保存，但不准其它所有部件工作直到下一个硬件复位在振荡器不工作的时候。
管脚图STC89C52引脚如图3.1所示
（1）VCC（PIN40）和GND（PIN20）是电源的中心引脚，一个是+5V的电源输入，另外的是为接地线。
（2）外接晶振引脚由XTAL1输入振荡路和XTAL2输出振荡电路组成。
（3）控制引脚由PST/VPP，ALF/PROG,PSEN和EA/VPP组成。
第一个是复位引脚，高电平复位当出现2个机械周期的时候，第二个位地址锁存允许信号，第三个位外部的存储选取信号，最后个为内外选通的程序器，从外低电平，反过来为高电平。
（4）有32根可编程输入或者输出引脚，STC89C52单片机中可编程的输入/输出口有4组8位，在P0和P3口之间。
P0口（Pin39～Pin32）：
8位双向输入/输出口线，名称为P0.0~P0.7P1口（Pin1～Pin8）：
8位准双向输入/输出口线，名称为P1.0~P1.7P2口（Pin21～Pin28）：
8位准双向输入/输出口线，名称为P2.0~P2.7P3口（Pin10～Pin17）：
8位准双向输入/输出口线，名称为P3.0~P3.7。
图3.1STC89C52管脚
4.2时芯片DS1302
（1）概述
DS1302是一种消耗非常低的芯片，保持数据和时钟信息的功率小于1MW，作为一种涓流充电时钟芯片，他包含了31字节的静态PAM，秒，分，时，日，日期，月以及年和一个实时的时钟，他们通过简单的串口接口和单片机进行通信，而且能自动调整每个月的天数以及特殊的年月。
时钟可以以12小时AMPM或24小时的显示方法，DS1302采用同步串行的方式和单片机之间通信。
RAM的读写数据分为2种方式，一个以1字节另外一个为31字节字符组方式。
（2）DS1302功能特性
可编程涓流充电电源作为双电源的管脚使用于主电源和备份电源之间，7字符的存储器；2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力可以利用实时时钟计算，暂存数据存储RAM有闰年调整的能力；在串行I/O口方式下，管脚数量少；可以在2.0~5.5V在正常工作；当工作电流小于300nA时，电压变为2.0V；用单字符或双字符的传送方式来读写时钟或RAM数据；8脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装；简单3线接口；与TTL兼容（VCC=5V）。
温度需要控制在-40摄氏度到85摄氏度之间。
（3）管脚描述：
X1——32.768KHz晶振管脚
X2---32.768KHZ晶振管脚
GND——地
RST——复位脚
I/O——数据输入/输出引脚
SCLK——串行时钟
VCC1、VCC2——电源供电管脚
（4）DS1302的控制字如表4.1.所示。
如果控制字节高位为7，不能写入数据，只能为1。
当位6是0时，存取RAM时为1。
指示操作单元的地址时在位5至1之间，最低位0是写操作，读操作为1，而控制字节总是从最低位传输开始。
表4.1DS1302控制字
控制指令输入后，发沿在数据输入/输出的下一个SCLK时钟的上升发生，DS1302写入了数据中，数据的进行要从低位即位0开始。
DS1302的数据读出在下一个SCLK冲的下降在8位的控制指令后，最后数据的读出分别从低位0位到高位7。
DS1302读写时序如图4.2所示
图4.2DS1302读写时序
4.3字符液晶显示屏LCD1602资料
（1）概述
液晶为工业字符型，且显示的内容为16*2时为1602，即两行能同时存在，每行字为16个字符。
正常出现的1602字符液晶有绿色黑色字体和蓝色背光白色的字体2种，目前市面上流行的字符液晶基本为基于HD44780的液晶芯片，是完全相同的控制原理。
这次所使用的1602液晶模块蓝色背光白色字体的显示屏。
具体字符液晶显示屏如图4.3所示
图4.3字符液晶显示屏
（2）引脚功能图如图4.4所示。
第1脚：
GND为地电源。
第2脚：
VCC接5V正电源。
第3脚：
通过V0，我们可以调整也就显示器的对比度，当电源接正的时候，此时对比度最低，反正电源接地的时候，对比度最高，当出现重影的时候，说明此时对比度过高了，我们可以用一个10K的电位器调整对比度。
第4脚：
寄存器的选择通过RS，当高电平时，我们采用的是数据寄存器，反之选择指令寄存器。
第5脚：
这个读写信号的线R/W，高电平的时候将读操作，低电平的时候则进行写操作。
第6脚：
使能端E，液晶模块将执行对应的命令，当此时正好为高电平变为低电平。
第7~14脚：
DB0，DB1，DB2~DB5，DB6，DB7是8位双向数据线。
第15~16脚：
背光灯电源。
图4.4引脚功能表
（3）LCD1602液晶屏的使用时序如图4.5,4.6,4.7所示。
图4.5操作输入输出图
图4.6LCD1602读时序图
图4.7LCD1602写时序图
（4）LCD1602存储器RAM
它的内部RAM带有80个8位的缓冲区，地址与屏幕的关系如图4.8所示。
图4.8地址与屏幕关系
4.4电源模块
供电采用5V电压的系统，详细的连接为供电系统连接如图4.9所示
图4.9供电系统连接图
变压器采用的是：
AC220~AC9V，稳压芯片是LM7805。
4.5温度传感器DS18B20
（一）DS18B20功能特点
DS18B20具有超小体积和超低硬件开销，精度高，抗干扰能力强等优点。
具有全
数字温度转换及输出，单总线数据通信，最高12位分辨率，检测温度范围大的特征，是开发温度相关产品的很好的选择。
其主要功能如下：
（1）独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯
（2）简单的多点分布应用
（3）无需外部器件
（4）可通过数据线供电
（5）零待机功耗
（6）测温范围-55~+125℃，以0.5℃递增。
华氏器件-67~+2570F，以0.90F递增
（7）温度以9位数字量读出
（8）温度数字量转换时间200ms（典型值）
（9）用户可定义的非易失性温度报警设置
（10）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件
（11）应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统
（二）DS18B20内部工作原理
DS18B20内部结构主要由四部分组成：
64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
如图3-4所示。
图3-4DS18B20原理图
DS18B20引脚定义：
（1）DQ为数字信号输入/输出端
（2）GND为电源地
（3）VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）
图3-5DS18B20引脚图
图3-6给出了DS18B20测温原理：
DS1820用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。
计数器被预置到对应于-55℃的一个值。
如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到-55℃）的值增加，表明所测温度大于-55℃。
同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。
然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。
斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以期在测温时获得比较高的分辨力。
这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的的值来实现的。
因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计数值。
DS1820内部对此计算的结果可提供0.5℃的分辨力。
温度以16bit带符号位扩展的二进制补码形式读出。
数据通过单线接口以串行方式传输。
DS1820测温范围-55℃~+125℃，以0.5℃递增。
如用于华氏温度，必须要用一个转换因子查找表。
图3-6DS18B20测温原理图
DS18B20与单片机的硬件连接有两种方法：
一是VDD接外部电源，GND接地I/O与单片机的I/O线相接；二是用寄生电源供电，此时VDD和GND接地，I/O接单片机I/O。
无论是那种供电方式，I/O线都要接4.7kΩ左右的上拉电阻。
图3-7中，DS18B20采用寄生电源方式，其VDD和GND均接地，而图3-8中，DS18
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