单片机设计定时闹钟.docx

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单片机设计定时闹钟

单片机课程设计

题目：

定时闹钟

系别：

电气与电子工程系

专业：

自动化

姓名：

学号：

指导教师：

河南城建学院

2011年12月29日

成绩评定·

一、指导教师评语

二、成绩评定

成绩等级：

指导教师签字：

年月日

一、设计目的

1、使学生增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解；

2、使学生掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、片内外存贮器、I/O口、A/D、D/A、串行口通讯等；

3、使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。

二、设计要求

1、能显示时时—分分—妙妙；

2、能够设定定时时间、修改定时时间；

3、定时时间到能发出报警声或者启动继电器，从而控制电器的启停。

三、总体设计

主要内容是论述基于51单片机的定时闹钟系统的总体设计以及方案论证。

本系统由单片机、DS1302、人机交互、电源系统单元四部分组成，功能模块具体实现的器件的不同，将直接影响整个系统的性能及成本，为了达到高效、实用的目的，在系统设计之前的方案论证是十分重要的。

1、系统工作流程：

系统上电初始化

DS1302计时以二进制形式传至单片机

单片机对数据进行处理

LCD时间显示

单片机：

该部分的功能不仅包括向DS1302写入各种控制命令、写数据，进行的数据处理。

单片机是整个系统的控制核心及数据处理核心。

DS1302计时：

本部分的主要作用是用DS1302计时在液晶上显示当前时间，通过按键或遥控器可对当前时间进行调节，通过定时按钮，设置需要报警的时间，当时间到达时，启动蜂鸣器报警，或启动继电器控制其他电气设备。

电源系统单元：

本单元的主要功能是为单片机和其他模块提供适当的工作电源，在本设计当中，电源系统为输出+5V的直流电源。

在多数电子设计当中，基于性价比的考虑，8位单片机仍是首选。

目前，8位单片机在国内外仍占有重要地位。

在8位单片机中又以MCS－51系列单片机及其兼容机所占的份额最大。

MCS－51的硬件结构决定了其指令系统不会发生变化，设计人员可以很容易的对不同公司的单片机产品进行选型，他们只需将重点放在芯片内部资源的比较上。

在以前的电子设计中，应用比较广泛的单片机是AT89C51单片机了，但是该单片机最致命的缺陷在于不支持ISP功能。

Atmel公司目前已经停止了AT89C51生产，51单片机必须加上ISP功能才能更好延续MCS-51的传奇，AT89S51就是在这样的背景下诞生的，目前AT89S51已经成为了实际应用的首选产品。

89S51在工艺上进行了改进，不但降低成本了，而且增加了功能，提升了单片机性能。

2、DS1302

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，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或RAM数据。

DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。

DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。

DS1302与微处理器进行数据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节，命令字节最高位WriteProtect（D7）必须为逻辑1，如果D7=0，则禁止写DS1302，即写保护；D6=0，指定时钟数据，D6=1，指定RAM数据；D5～D1指定输入或输出的特定寄存器；最低位LSB（D0）为逻辑0，指定写操作（输入），D0=1，指定读操作（输出）。

　　在DS1302的时钟日历或RAM进行数据传送时，DS1302必须首先发送命令字节。

若进行单字节传送，8位命令字节传送结束之后，在下2个SCLK周期的上升沿输入数据字节，或在下8个SCLK周期的下降沿输出数据字节。

　　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；再一类为突发方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性读、写所有的RAM的31个字节。

要特别说明的是备用电源B1，可以用电池或者超级电容器（0.1F以上）。

虽然DS1302在主电源掉电后的耗电很小，但是，如果要长时间保证时钟正常，最好选用小型充电电池。

可以用老式电脑主板上的3.6V充电电池。

如果断电时间较短（几小时或几天）时，就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。

100μF就可以保证1小时的正常走时。

DS1302在第一次加电后，必须进行初始化操作。

初始化后就可以按正常方法调整时间。

综上所述，使用时钟芯片DS1302不但可以节约单片机I/O口，还能使系统设计成本降低。

3、LCD液晶显示

电子设计中常用的输出显示设备有两种：

数码管和LCD。

数码管电子设计中常用的一种显示设备，每个数码管由7个发光二极管按照一定的排列结构组成，根据七个发光二极管的正负极连接不同，又分为共阴极数码管和共阳极数码管两种，选择的数码管不同，程序设计上也有一定的差别。

数码管显示的数据内容比较直观。

在显示位数比较少的电路中，程序编写，外围电路设计都十分简单，但是当要显示的位数相对多的时候，数码管操作起来十分烦琐，显示的速度受到限制。

显示能力的扩展受到限制。

液晶显示屏具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，用户可以根据自己的需求，显示自己所需要的、甚至是自己动手设计的图案。

当需要显示的数据比较复杂的时候，它的优点就突现出来了，并且当硬件设计完成时，可以通过软件的修改来不断扩展系统显示能力。

外围驱动电路设计比较简单，可扩展性强。

字符型液晶显示屏已经成为了单片机应用设计中最常用的信息显示器件之一。

不足之处在于其价格比较昂贵，驱动程序编写比较复杂。

本设计所需要显示的内容比较复杂，待机下显示当前时间，定时时切换模式，故本系统采用LCD1602。

线路简单：

DS1302与单片机之间三根导线进行数据传输，不需要对数据进行转换，接线简单.它可以对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能

4、硬件设计

本部分详细介绍了基于STC89C52单片机的读取DS1302时间的硬件设计。

硬件系统所需要完成的功能是将ds1302计时时间通过单片机读取，送至LCD1602进行显示。

本系统硬件设计主要包括LCM1602驱动电路、按键驱动电路、电源系统电路、STC89C52单片机最小系统的设计。

系统硬件及软件组成

硬件组成:

本系统所用的硬件有：

见表5-1。

系统硬件清单

器件名称

数量

器件名称

数量

STC89C52单片机

1个

液晶显示屏

1个

排阻

1个

按键

5个

电位器

1个

DS1302

1个

晶振

1个

电容

3个

自锁开关

1个

电阻

1个

排座

1个

片座

1个

单片机系统的扩展，一般是以基本最小系统为基础的。

所谓最小系统，是指一个真正可用的单片机最小配置系统，对于片内带有程序存储器的单片机，只要在芯片外接时钟电路和复位电路就是一个小系统了。

小系统是嵌入式系统开发的基石。

本电路的小系统主要由三部分组成，一块STC89C52芯片、复位电路及时钟电路。

P0是一个8位双向I/O端口，端口置1时作高阻抗输入端，作为输出口时能驱动8个TTL电平。

对内部Flash程序存储器编程时，接收指令字节；校验程序时输出指令字节，需要接上拉电阻。

在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址（低8位）/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。

P1是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/0端口。

输出时可驱动4个TTL电平。

端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平作输入用。

对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。

P2是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/0端口。

输出时可驱动4个TTL电平。

端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平作输入用。

对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。

在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。

而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。

软件组成

软件有：

windows操作系统、keil软件和proteus等软件组成。

5、液晶显示屏输出

1602字符型LCM通常16条引脚线，2条线是背光电源线

　　VCC（15脚）和地线GND（16脚），其控制原理，其中：

引脚符号功能说明

1VSS一般接地

2VDD接电源（+5V）

3V0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“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

4RSRS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。

5R/WR/W为读写信号线，高电平

（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。

6EE（或EN）端为使能（enable）端，下降沿使能。

7DB0底4位三态、双向数据总线0位（最低位）

8DB1底4位三态、双向数据总线1位

9DB2底4位三态、双向数据总线2位

10DB3底4位三态、双向数据总线3位

11DB4高4位三态、双向数据总线4位

12DB5高4位三态、双向数据总线5位

13DB6高4位三态、双向数据总线6位

14DB7高4位三态、双向数据总线7位（最高位）（也是busyflang）

15BLA背光电源正极

16BLK背光电源负极

本系统采用16引脚的1602。

4、各部分电路设计

复位电路：

计算机在启动运行的时候都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并且从这个初始状态开始工作。

单片机的复位是靠外部电路实现的，51单片机有一个复位引脚RST，高电平有效。

时钟电路：

时钟电路提供单片机的时钟控制信号，单片机时钟产生方式有内部时钟方式和外部时钟方式。

最常用的是内部时钟方式是采用外接晶振和电容组成的并联谐振回路。

瓷片电容的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路的起振速度都有一定的影响。

内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。

晶振的频率可以在1MHz-33MHz内选择。

电容取30PF左右。

XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。

五、整体电路图

6、设计总结

1、设计过程中遇到的问题及解决方法

问题主要有液晶的不正常显示，通过与同学的交流用万用表检查电路最终使液晶正常工作。

由于时间比较紧，本设计虽然基本完成了预期的目标，但是设计成果并不是很完美，还存在很多问题。

在本次设计中，从采集元件、软件设计、硬件焊接，外观到论文的编写都是查阅了大量的资料后确定，再经老师指导，最后经过多天的不断努力才完成的。

在这次课程设计中，我切身感受到了动手实践的重要性，这对我以后的学习工作将产生深远的影响。

2、设计体会

设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在