基于51单片机和时钟芯片DS1302的数字时钟设计.docx
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基于51单片机和时钟芯片DS1302的数字时钟设计
《单片机原理及应用》课程设计报告
题目：
基于单片机的数字时钟设计
学年：
2013学期：
专业：
电气工程及其自动化
班级：
电气106
姓名：
姜鹏飞学号：
2010013973
指导教师：
郑子含
目录
一、引言-----------------------------------------------1
1.1编写目的-----------------------------------------1
1.2背景---------------------------------------------1
1.3参考资料-----------------------------------------1
二、总体设计--------------------------------------------3
2.1设计与运行环境------------------------------------3
2.2硬件功能描述--------------------------------------3
三、数字钟软件和硬件设计-------------------------------3
3.1硬件电路设计-------------------------------------3
3.1.1电源---------------------------------------3
3.1.2独立按键模块-------------------------------3
3.1.3显示模块------------------------------------4
3.1.4复位电路模块--------------------------------4
3.1.5时钟芯片模块--------------------------------5
3.1.6主控模块------------------------------------5
3.1.7闹铃模块------------------------------------6
3.2软件设计--------------------------------------------6
3.2.1程序设计流程图-------------------------------6
3.2.2源程序--------------------------------------8
四、数字钟制作过程中遇到的问题-------------------------19
五、总结-----------------------------------------------20
附录Ⅰ：
DS1302时钟芯片的工作原理和使用方法-----------22
附录Ⅱ：
如何利用软件减小的计时误差--------------------25
一、引言
1.1编写目的
为了进一步熟悉51单片机的编程以及学习数字钟的相关设计方法，在老师的指导下我们进行了本次数字钟的设计。
基于51单片机——STC89C52单片机和时钟芯片DS1302设计并实现了数字时钟。
在PCB板制作完成并且调试成功之际，为了进一步提高自己和动手能力和编程能力，对这次数字钟的设计和制作的过程中遇到的问题及设计思路做一总结。
1.2背景
随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，对时间的要求越来越高，精准数字计时的消费需求也是越来越多。
二十一世纪的今天，最具代表性的计时产品就是电子万年历，它是近代世界钟表业界的第三次革命。
第一次是摆和摆轮游丝的发明，相对稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小到秒级，代表性的产品就是带有摆或摆轮游丝的机械钟或表。
第二次革命是石英晶体振荡器的应用，发明了走时精度更高的石英电子钟表，使钟表的走时月差从分级缩小到秒级。
第三次革命就是单片机数码计时技术的应用（电子万年历），使计时产品的走时日差从分级缩小到1/600万秒，从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式，直观明了，并增加了全自动日期、星期、温度以及其他日常附属信息的显示功能，它更符合消费者的生活需求！
因此，电子万年历的出现带来了钟表计时业界跨跃性的进步……
我国生产的电子万年历有很多种，总体上来说以研究多功能电子万年历为主，使万年历除了原有的显示时间，日期等基本功能外，还具有闹铃，报警等功能。
商家生产的电子万年历更从质量，价格，实用上考虑，不断的改进电子万年历的设计，使其更加的具有市场。
除了采用集成化的时钟芯片外，还有采用MCU的方案，利用STC89系列单片微机制成万年历电路，采用软件和硬件结合的方法，控制LED数码管输出，分别用来显示年、月、日、时、分、秒，其最大特点是:
硬件电路简单，安装方便易于实现，软件设计独特,可靠。
在21世纪的今天，单片机仍然有着它不可替代的地位和独特的作用在学完单片机后，为了进一步学习51单片机的控制和编程，我们利用51单片机自己设计并制作数字钟。
1.3参考资料
【1】8051系列单片机C程序设计完全手册求是科技编著
人民邮电出版社2006
【2】51单片机应用从零开始杨欣编著清华大学出版社2008
【3】单片机原理及接口技术（第三版）李朝青编著北京航空航天大学出版社2008
【4】51单片机C语言教程郭天祥编著电子工业出版社2009
二、总体设计
此数字钟利用单片机STC89C52和时钟芯片DS1302设计完成。
2.1设计与运行环境
数字钟的程序设计和调试均在KeiluVision2环境下完成的。
设计并完成的程序下载至STC89C52单片机后，即可初始化时钟芯片DS1302从而开始计时，系统开始正常运行。
2.2硬件功能描述
数字钟能够完成24小时制计时，计时初始化值为00:
00:
00，用户可以通过按键调整时钟的初值实现校时功能，并且可以通过按键设定一个24小时以内任意时刻的闹铃，用户可以手动选择闹铃的开或者关两种状态。
三、数字钟软件和硬件设计
3.1硬件电路设计
数字钟的电路主要有电源模块、显示模块、按键模块、复位电路模块、时钟芯片模块、主控芯片STC89C52模块和闹铃模块等7大模块组成。
3.1.1电源
电源模块采用7805进行稳压，保证+5V电压的稳定输出，进一步提高系统的抗干扰能力和稳定性。
3.1.2独立按键模块
系统有三个独立按键，独立按键S1、S2、S3分别接至单片机P3.2、P3.3、P3.4口。
S1用来功能选择，其功能可以用按键次数N来表示:
N=1：
校准计时的小时位N=2：
校准计时的分钟位
N=3：
校准闹铃的小时位N=1：
校准闹铃的分钟位
N=5：
退出
S2主要功能用来进行加一操作。
在有功能选择的情况下，无论选中那一种功能操作，按下S2即进行一次加一操作，在没有功能选择的情况下，系统不响应此按键的任何操作。
S3用来控制闹铃的开或者关，在任意时间只要按下此键即可打开（或关闭）闹铃，在按键一次就可以关闭（或打开）闹铃。
3.1.3显示模块
一个良好的显示模块对一个系统非常重要，所有操作结果和计时结果，都要通过显示模块来显示出来。
同时显示模块提供了良好的人机交互平台。
常用的显示模式有LED7段数码管显示、点阵显示和液晶显示。
液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。
但由于液晶其成本也偏高。
在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片。
鉴于LED7段数码管成本低，也比较容易实现的特点，最终确定使用共阴极数码管来显示。
本系统显示模块电路由一块74HC573、一块74HC138芯片和两个四位一体7段数码管组成。
74HC573用来驱动数码管，74HC573的Q0～Q7分别接四位一体数码管的A～dp。
74HC138控制位选。
3.1.4复位电路模块
复位电路主要的功能是是整个系统初始化，在每次上电时系统自动初始化，如果在程序运行的过程中程序没有响应或者需要进行一次初始化，这是可以通过按复位开关来实现需要的有效操作。
3.1.5时钟芯片模块
DS1302时钟芯片是本系统实现高精度计时的关键。
利用DS1302时钟芯片独立于单片机来计时，在提高计时进度的同时也提高了整个系统的抗干扰能力。
DS1302通过SCLK、I/O、RES端口和单片机STC90C52进行通信。
SCLK接至单片机P1.7口，在读写操作时给DS1302提供相应的时钟脉冲；I/O接至P3.5用来传送所有的数据；RES接至单片机P1.6上用来控制单片机与时钟芯片间的数据传送的开始于结束。
DS1302的工作原理及使用方法见附录Ⅰ。
3.1.6主控模块
主控模块的核心组成部分是单片机STC89C52，承担着所有操作任务的调控与分派工作。
3.1.7闹铃模块
闹铃模块由蜂鸣器和蜂鸣器的驱动组成。
在有闹铃发生的时候，蜂鸣器的驱动电路驱动蜂鸣器发声，产生闹铃的效果。
3.2软件设计
3.2.1程序设计流程图
1、主程序流图
2、读DS1302中断及闹铃检测流程图
3、功能选择中断操作的程序流程图
4、加一中断操作的程序流程图
3.2.2源程序
/*本程序主要实现的功能：
利用时钟芯片DS1302和STC89C52进行高精度计时，能够实现时、分、秒的显示，具有校时，调整闹铃的功能。
设计者：
****2011/1/24*/
ORG0000H
SJMPMAIN;主程序入口地址
ORG0003H
AJMPANJIAN_FUNCTION;功能选择操作入口
ORG000BH
AJMPDELAY_10MS;防抖延时以及闹铃
ORG0013H
AJMPCOUNT_UP;按键加1操作入口
ORG001BH
AJMPDU_1302;每300ms读ds1302中断入口
MAIN:
T_CLKBITP1.7;实时时钟
T_IOBITP3.5;数据线
T_RSTBITP1.6;复位线
MOVTMOD,#11H
MOVTH1,#15H;设置扫描ds1302的计数初值
MOVTL1,#0A0H
MOVTH0,#0C5H;设置按键防抖延时
MOVTL0,#68H
SEC0DATA40H;定义秒显示的个位
SEC1DATA41H;定义秒显示的十位
LINE0DATA42H;定义秒-时分隔符
MIN0DATA43H;定义分显示个位
MIN1DATA44H;定义分显示十位
LINE1DATA45H;定义时-分分隔符
HOUR0DATA46H;定义时显示个位
HOUR1DATA47H;定义时显示十位
;--------预读计数位寄存器-----------
SECONDDATA52H;秒寄存器，用于暂存当前由DS1302读的的秒的数据
MINUTEDATA53H;分-用于暂存当前由DS1302读的的分的数据
HOURDATA54H;时-用于暂存当前由DS1302读的的时的数据
SMJSDATA55H;设置ds1302扫描定时控制位（扫描计数）
FUNCDATA56H;定义按键功能选择控制位
ZANCUN0DATA57H;定义按键操作时存储校准值的个位
ZANCUN1DATA58H;定义按键操作时存储校准值的十位
ZANCUN_SECONDDATA59H;用于校时和对闹铃时对秒的显示值清零
NLHOUR_0DATA60H;闹铃小时值存储单元
NLMINUTE_0DATA61H;闹铃分值存储单元
;NLHOUR_1DATA62H
;NLMINUTE_1DATA63H
TEMPDATA64H;闹铃发生标志位
NLJSDATA65H;闹铃计时标志
MOVTEMP,#00H;闹铃发生标志位初始化为0，表示没有闹铃的发生
MOVNLJS,#00H;闹铃铃声长短控制单元
MOVNLHOUR_0,#08H;闹铃符初值
MOVNLMINUTE_0,#30H
MOVLINE0,#40H;显示分和秒的间隔符
MOVLINE1,#40H;显示小时和分的间隔符
MOVSMJS,#00H
MOVSECOND,#00H;时钟计时初始化值
MOVMINUTE,#25H
MOVHOUR,#08H
MOVZANCUN_SECOND,#00H
MOVR1,#40H;--------------------------------R1
MOVR3,#07H;确定当前选通的显示位------R3
SETBEX0
SETBIT0;外部中断葿边沿触发
SETBIT1
SETBET0
SETBET1
SETBPT0;设置定时器T0中断位高优先级
SETBPX1;外部中断1中断为高优先级，用来在有功能操作
；时来中断功能选择的中断
SETBEA;开总中断
SETBTR1;T1主要进行显示扫描中断
LCALLSET1302;DS1302初始化
;--------------------数码管显示程序------------------
XIANSHI:
;-----检测闹铃是否发生-------------------------
MOVZANCUN0,R6
PUSHZANCUN0;R6压栈
MOVR6,TEMP
CJNER6,#01H,XIANSHI_1;检测闹零定时是否到时
SETBTR0;
XIANSHI_1:
MOVA,@R1;读计数位的计数值----R1
CJNER3,#05H,NEXTWEI;判断当前为是否需要显示分隔符"-"
MOVP2,R3
MOVP0,LINE0
NEXTWEI:
CJNER3,#02H,SEL_0
MOVP2,R3
MOVP0,LINE1
SEL_0:
MOVP2,R3;送位选信号
/*--对计数位的计数值译码输出--开始-*/
CJNEA,#00H,SEL_1
MOVP0,#3FH;0，如果当前计数位的计数值位0，则将0的共阴极七段数码管编码3FH送出显示
SJMPSEL_10
SEL_1:
CJNEA,#01H,SEL_2
MOVP0,#06H;1
SJMPSEL_10
SEL_2:
CJNEA,#02H,SEL_3
MOVP0,#5BH;2
SJMPSEL_10
SEL_3:
CJNEA,#03H,SEL_4
MOVP0,#4FH;3
SJMPSEL_10
SEL_4:
CJNEA,#04H,SEL_5
MOVP0,#66H;4
SJMPSEL_10
SEL_5:
CJNEA,#05H,SEL_6
MOVP0,#6DH;5
SJMPSEL_10
SEL_6:
CJNEA,#06H,SEL_7
MOVP0,#7DH;6
SJMPSEL_10
SEL_7:
CJNEA,#07H,SEL_8
MOVP0,#07H;7
SJMPSEL_10
SEL_8:
CJNEA,#08H,SEL_9
MOVP0,#7FH;8
SJMPSEL_10
SEL_9:
CJNEA,#09H,SEL_10
MOVP0,#6FH;9
SJMPSEL_10
/*--对计数位的计数值译码输出--结束-*/
SEL_10:
INCR1;R1加一，使当前计数位后移一位
DECR3;位扫描控制位减一，因为初始位扫描是从111开始的
ACALLDELAY
CJNER3,#0FFH,SEL_11
MOVR3,#07H
SEL_11:
CJNER1,#48H,SEL_12
MOVR1,#40H
SEL_12:
POPZANCUN0
MOVR6,ZANCUN0
AJMPXIANSHI
;---------------------扫描延时程序--------
DELAY:
MOVR5,#4;----------------R5
D1:
MOV48H,#120
DJNZ48H,$
DJNZR5,D1
RET
;--功能:
对当前由ds1302读得的计数值进行转换---（寄存器均已压栈）---
JSZH:
;功能:
计数转换子程序，用于对当前读得的ds1302的计数值转换成sec0-houro的格式，便于显示
PUSHACC
MOVA,R0
PUSHACC;R0压栈
MOVA,R1
PUSHACC;R1压栈
PUSHPSW
MOVR1,#40H;计数数据sec0---hour0的存储首地址
MOVR0,#52H;由ds1302读得的数据存放首地址
LOOP_1:
MOVA,@R0
ANLA,#0FH
MOV@R1,A
INCR1
MOVA,@R0
ANLA,#0F0H
SWAPA
MOV@R1,A
INCR1
INCR1;地址加一跳过分隔符"_"的存储单元
INCR0
CJNER1,#49H,LOOP_1
POPPSW
POPACC;R1弹栈
MOVR1,A
POPACC;R0弹栈
MOVR0,A
POPACC;A弹栈
RET
;-------读取DS1302计数程序（T1中断）-------（寄存器均已压栈）
DU_1302:
PUSHACC
MOVA,R1
PUSHACC;R1压栈
DU_1302_1:
INCSMJS
MOVR1,SMJS
CJNER1,#03H,BELL;每300ms读一次ds1302的计数值，避免在ds1302定时一秒
;计数值改变时发生错读
MOVSMJS,#00H
LCALLGET1302
LCALLJSZH;调计数转换子程序
MOVTH1,#15H;设置扫描ds1302的计数60MS初值
MOVTL1,#0A0H
BELL:
;-------------闹铃----------------
MOVA,NLHOUR_0
CJNEA,HOUR,DU_1302_RET
MOVA,NLMINUTE_0
CJNEA,MINUTE,DU_1302_RET
MOVTEMP,#01H;定义TEMP为闹铃发生的标志
MOVNLMINUTE_0,#00H
MOVNLHOUR_0,#00H
DU_1302_RET:
POPACC
MOVR1,A;R1弹栈
POPACC
RETI
;************DS1302初始化子程序************************************
SET1302:
;设置ds1302初始时间,并启动计时
PUSHACC;A断点保护
MOVA,R1
PUSHACC
CLRT_RST
CLRT_CLK
SETBT_RST
MOVB,#8EH;控制寄存器
LCALLWRITEBYTE
MOVB,#00H;写操作前WP=0
LCALLWRITEBYTE
SETBT_CLK
CLRT_RST
movR0,#SECOND
MOVR7,#3;秒/时/分;-----R7
MOVR1,#80H;秒写地址;-----R1
S1302:
CLRT_RST
CLRT_CLK
SETBT_RST
MOVB,R1;写秒/时/分地址;---R1
LCALLWRITEBYTE
MOVA,@R0;写秒数据;-----R0
MOVB,A
LCALLWRITEBYTE
INCR0
INCR1
INCR1
SETBT_CLK
CLRT_RST
DJNZR7,S1302
CLRT_RST
CLRT_CLK
SETBT_RST
MOVB,#8EH;控制寄存器
LCALLWRITEBYTE
MOVB,#80H;控制，wp=1，写保护
LCALLWRITEBYTE
SETBT_CLK
CLRT_RST
POPACC
MOVR1,A
POPACC;A恢复数据
RET
;-------------------------------------
GET1302:
;从ds1302读时间秒/时/分
MOVR0,#SECOND;------R0
MOVR7,#03H;-----R7
MOVR2,#81H;-----R2
G13021:
CLRT_RST
CLRT_CLK
SETBT_RST
MOVB,R2
LCALLWRITEBYTE;写操作时，将一字节的内容由B写至DS1302中
LCALLREADBYTE;读操作时，将一字节的内容读至A中
MOV@R0,A
INCR0
INCR2
INCR2
SETBT_CLK
CLRT_RST
DJNZR7,G13021
RET
;--------------------------------------------
WRITEBYTE:
;写B寄存器中的内容至1302一字节
MOVR4,#08H;------R4
INBIT1:
MOVA,B
RRCA
MOVB,A
SETBT_IO;T_IO口做输入口
MOVT_IO,C
SETBT_CLK
CLRT_CLK
DJNZR4,INBIT1
RET
;-------------------------------------------
READBYTE:
;读1302一字节至A寄存器
MOVR4,#8;----R4
OUTBIT1:
MOVC,T_IO
RRCA
SETBT_CLK
CLRT_CLK
DJNZR4,OUTBIT1
RET
;--------------------ENDDS0302--------------------------------
;********************按键操作*********************
ANJIAN_FUNCTION:
;功能选择键中断接至P3.2
WAIT:
JBP3.2,WAIT
SETBTR0;启动定时器0，延时10ms
JNBTF0,$
JNBP3.2,$;检测按键是否弹起
SETBEX1;在有功能选择的时候开中断1
INCFUNC
PUS
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