基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作毕业设计说明.docx
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基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作毕业设计说明
题目基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作
1绪论2
1.1引言2
1.2研究目的2
1.3系统基本方案选择和论证2
1.3.1单片机芯片的选择方案和论证：
2
1.3.2显示模块选择方案和论证：
2
1.3.3时钟芯片的选择方案和论证：
2
1.3.4电路设计最终方案确定3
1.4硬件系统框图3
2主要元件介绍4
2.1STC89C52以及最小系统介绍4
2.1.1ST89C52单片机：
4
2.1.2计时芯片DS1302：
5
2.1.3字符液晶显示屏LCD1602资料：
6
2.1.4电源模块：
8
3.硬件电路连接图：
8
3.1单片机的连接图8
3.2DS1302计时模块9
3.3LCD1602液晶显示模块9
3.4按键模块9
4.系统的软件设计：
10
4.1软件设计流程图：
10
5.系统的调试：
11
6.总结：
12
参考文献13
附录一：
14
附录二：
15
附录三：
29
嵌入式综合课程设计III
（基于单片机的数字时钟加闹钟的设计与制作）
任务提出：
随着单片机技术的飞速发展，在其推动下，现代的电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能
进一步提高。
时间就是金钱、时间就是生命、时间就是胜利……，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要，时钟是我们生活中必不可少的工具。
电子钟的设计方法有很多种，但是基于单片机并通过LCD显示的电子时钟具有编程灵活、精确度高、便于携带、显示直观等特点。
利用STC89C52单片机对DS1302时钟芯片进行读写操作并通过LCD1602字符液晶显示实时时钟信息，这样便构成了一个单片机电子时钟。
设计要求：
利用单片机作为核心控制器件，制作一个数字时钟。
要求其具有如下功能：
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、鸣叫功能；
4计时器模块能够准确计时；
5显示模块能够清晰、稳定显示，不出现乱码；
6输入模块能够正确输入指令；
7控制模块能够正确控制输入、输出显示；
8整个系统能够正常、稳定工作。
摘要
随着单片机技术的飞速发展，在其推动下，现代的电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高。
时间就是金钱、时间就是生命、时间就是胜利……，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要，时钟是我们生活中必不可少的工具。
电子钟的设计方法有很多种，但是基于单片机并通过LCD显示的电子时钟具有编程灵活、精确度高、便于携带、显示直观等特点。
利用STC89C52单片机对DS1302时钟芯片进行读写操作并通过LCD1602字符液晶显示实时时钟信息，这样便构成了一个单片机电子时钟。
【关键词】：
单片机，电子时钟，STC89C52，蜂鸣器
1绪论
1.1引言
时间，对人们来说是非常宝贵的，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要。
因此自从时钟发明的那刻起，就成为人类的好朋友。
随着时间的流逝，科学技术的不断发展和提高，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。
怎样让时钟更好、更方便、更精确的显示时间，这就要求人们不断设计研发出新型的时钟。
高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。
数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。
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。
在单片机的应用系统中，时钟有两个方面的含义：
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，即用单片机部的
可编程定时器计数器来实现；二是用专门的时钟芯片实现。
1.2研究目的
通过利用STC89C52单片机和DS1302芯片以及外围的按键和LCD显示器等部件，设计一个基于单片机的电子时钟。
设计的电子时钟通过液晶显示器显示，并能通过按键对时间以及闹钟进行置。
1.3系统基本方案选择和论证
1.3.1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部具有8KBROM存储空间,512字节数据存储空间，带有2K字节的EEPROM存储空间，与MCS-51系列单片机完全兼容,STC89C52可以通过串口下载。
方案二:
采用AT89S52。
AT89S52片具有8K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。
两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C52相对ATS89C52价格便宜，且抗干扰能力强。
考虑到成本因素，因此选STC89C52。
1.3.2显示模块选择方案和论证：
方案一：
采用点阵式数码管显示。
点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且也相对较高,所以不用此种作为显示。
方案二：
采用LED数码管动态扫描。
LED数码管价格便宜,对于显示数字最合适,但功耗较大，且显示容量不够，所以也不用此种方案。
方案三：
采用LCD液晶显示屏。
液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字，显示多样,清晰可见,且价格适中，所以采用LCD数码管作为显示。
1.3.3时钟芯片的选择方案和论证：
方案一：
直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。
采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。
所以不采用此方案。
方案二：
采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,工作电压2.5V～5.5V围，2.5V时耗电小于300nA.
1.3.4电路设计最终方案确定
综上各方案所述,对此次作品的方案选定:
采用STC89C52单片机作为主控制系统;采用DS1302作为时钟芯片;采用LCD1602液晶作为显示器件。
1.4硬件系统框图
单
片
机
DS1302计时模块
键盘输入模块
LCD1602显示模块
蜂鸣器
该系统采用单片机89C52作为控制芯片，把DS1302计时模块传来的信息和键盘输入的指令进行处理，控制着液晶屏LCD1602的显示和蜂鸣器的驱动。
2主要元件介绍
2.1STC89C52以及最小系统介绍
2.1.1ST89C52单片机：
1.主要性能参数：
①与MCS-51产品指令和引脚完全兼容。
②8字节可重擦写FLASH闪速存储器
③1000次擦写周期
④全静态操作：
0HZ-24MHZ
⑤三级加密程序存储器
⑥256X8字节部RAM
⑦32个可编程I/0口线
⑧3个16位定时／计数器
⑨8个中断源
⑩可编程串行UART通道、低功耗空闲和掉电模式。
2.功能特性：
STC89C52提供以下标准功能：
8字节FLASH闪速存储器，256字节部RAM,32个I/O口线，3个16位定时／计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片振荡器及时钟电路。
同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器．串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位.
3.管脚图：
STC89C52引脚介绍：
①主电源引脚（2根）
VCC（Pin40）：
电源输入，接＋5V电源
GND（Pin20）：
接地线
②外接晶振引脚（2根）
XTAL1（Pin19）：
片振荡电路的输入端
XTAL2（Pin20）：
片振荡电路的输出端
③控制引脚（4根）
RST/VPP（Pin9）：
复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG（Pin30）：
地址锁存允许信号
PSEN（Pin29）：
外部存储器读选通信号
EA/VPP（Pin31）：
程序存储器的外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从部程序存储器读指令。
④可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。
P0口（Pin39～Pin32）：
8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7
P1口（Pin1～Pin8）：
8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7
P2口（Pin21～Pin28）：
8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7
P3口（Pin10～Pin17）：
8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7
2.1.2计时芯片DS1302：
1.概述：
DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整。
时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。
DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线①RES复位②I/O数据线③SCLK串行时钟。
RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。
DS1302工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。
2.DS1302功能特性：
双电源管脚用于主电源和备份电源供应VCC1为可编程涓流充电电源；附加七个字节的存储器；实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力31*8位暂存数据存储RAM；串行I/O口方式使得管脚数量最少；宽围工作电压2.0~5.5V；工作电流2.0V时,小于300nA；读/写时钟或RAM数据时有两种传送方式：
单字节传送和多字节传送字符组方式；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）；可选工业级温度围:
-40℃~+85℃。
3.管脚描述：
X1、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的控制字如表所示。
控制字节最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进
行读操作，控制字节总是从最低位开始传输。
DS1302控制字
数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。
同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。
其读写时序如图示:
DS1302读写时序
2.1.3字符液晶显示屏LCD1602资料：
1.概述：
工业字符型液晶，1602是指显示的容为16*2，即能够同时显示两行，每行16个符。
常见的1602字符液晶有两种，一种显示的是绿色背光黑色字体，另一种显示蓝色背光白色字体，目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的。
本课题所用1602液晶模块，显示屏是蓝色背光白色字体。
如图
2.引脚功能说明：
第1脚：
GND为地电源。
第2脚：
VCC接5V正电源。
第3脚：
VO为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重影，使用一个10K的电位器调整对比度。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7~14脚：
DB0~DB7为8位双向数据线。
第15~16脚：
背光灯电源。
3.LCD1602液晶屏的使用时序：
DS1302读写时序
LCD1602写时序
LCD1602读时序
4.LCD1602存储器RAM：
1602液晶控制器芯片部带有80个8位的RAM缓冲区，其地址和屏幕的对应关系如图示:
2.1.4电源模块：
系统的供电采用5V供电，具体的连接如图示：
变压器采用的是：
AC220~AC9V，稳压芯片是LM7805。
3.硬件电路连接图：
以STC89C52单片机最小系统为核心控制，时钟电路由DS1302芯片提供，采用三线与单片机进行通信，用四个独立的按键进行年、月、日、时间、星期等调整，最终的结果通过LCD1602液晶显示屏显示出来。
3.1单片机的连接图
其中XTAL1和XTAL2接11.0592MHZ的晶振，RST经开关接+5V,控制系统的复位。
P1口与DS1302计时模块连接，进行通信与对其控制。
P2口与LCD1602液晶显示模块连接，控制着LCD1602的显示。
P3口与按键连接，通过P3口输入控制信号。
3.2DS1302计时模块
其中X1、X2接晶振32.768KHZ，VCC1、VCC2接电源I/O接单片机的P1.1,，进行数据的交换，SCLK接单片机的P1.0，RST接单片机的P1.2引脚，进行指令的接收。
3.3LCD1602液晶显示模块
其中DB0~DB7分别接单片机的P2.0~P2.7，进行数据的传输，VO接电阻进行背光亮度的调节，RS、RW和EN分别接单片机的P1.3~P1.5，用于单片机的指令接收。
3.4按键模块
开关一端接地，另一端接P3.0~P3.3，单片机用检测P3.0~P3.3引脚的电位判断是否有键按下。
4.系统的软件设计：
4.1软件设计流程图：
首先，编写主程序，对计时模块DS1302和显示模块LCD1602进行初始化，同时定义计时模块、显示模块和按键模块的控制程序，之后读取DS1302计时模块预先设定数据，显示模块LCD1602进行显示。
按键检测程序一直在检测是否有键按下，如果S1键按下一次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对秒进行操作，此时秒闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下两次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对分进行操作，此时分闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下三次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对时进行操作，此时时闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下四次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对年进行操作，此时年闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下五次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对月进行操作，此时月闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下六次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对日进行操作，此时日闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下七次，主函数调用计时控制和显示控制的函数对周进行操作，此时周闪烁，如果此时按下S2、S3可对其进行加减调整；按下如果S1按下八次，程序进入主函数。
5.系统的调试：
将系统的电源、计时模块、按键模块、显示模块、控制模块，按照附录一的电路做成PCB电路板，把元器件焊接在板子上。
进行硬件的搭建。
搭建好硬件之后，将编译好的软件程序下载到STC89C52中。
检查无误后，接通电源，看是否能够实现预期的功能。
在单个的模块调试中，各个模块均能够正常稳定的工作，但是在将它们装配在一块，进行整体的调试时，就出现了其他一些问题，不能实现预期的功能。
经过仔细的检查和查阅资料、询问老师同学等方式，进行解决。
现在系统能够稳定、正常的工作。
调试过程：
①检查各个器件完好，连接正常之后，接通电源，此时电源指示灯亮，液晶显示屏LCD1602同时亮，依次出现开机画面；②数秒之后，显示初始的年、月、日、星期、时、分、秒。
③通过模式选择键可以在时间显示模式和闹钟模式之间切换，④通过移位键可以使液晶屏上的光标依次移位，⑤将光标移位在想要的调节的位置，按加、减键可以进行该位置的数字的调整。
⑥加、减键可以在按下移位键之后，调节光标闪烁位置的数字。
⑦将模式切换到闹钟模式，依次调整时、分，当时间到预设的时间，蜂鸣器发出”滴滴…”声。
6.总结：
通过本次课程设计，使我加深了对单片机的认识，并且掌握了单片机系统的设计、制作流程，收获丰硕。
功能上基本达标：
时钟与闹钟的显示，调时间和闹钟功能以及闹钟鸣叫功能。
时钟与闹钟显示功能，精确度完全可以满足日常生活显示时间的需要；调时间与闹钟功能，方便快捷。
硬件设施基本合乎要求，软件设计可以配合硬件实现其功能。
技术在不断进步，机械式时钟已经被淘汰，取而代之的是具有高度准确性和直观性且无机械装置，具有更长的使用寿命等优点的电子时钟。
电子时钟更具人性化，更能提高人们的生活质量，更受人们欢迎。
机械时代已经远去，电子时代已经到来。
做为新时代的我们，更应该提高自身能力，适应新时代的发展。
知识来自实践，多从生活中探寻所需要的。
从这次的课程设计中，我真正的体会到，知识的重要性，特别是要理论联系实际，把我们所学的理论知识运用到实际生活当中，学以致用。
参考文献
[1]广第，朱月秀，冷租祁.单片机基础第三版.:
航空航天大学（1——259）。
[2]庆亮.C语言程序设计实用教程.:
机械工业,2005.3（1——100）。
[3]康华光.电子技术基础数字部分.:
高等教育,2008（1——560）。
[3]康华光.电子技术基础模拟部分.:
高等教育,2008（1——560）。
[4]志忠.数字电子技术.:
高等教育,2003.12（30——100）。
[5]及力.Protel99SE原理图与PCB设计教程.:
电子工业,2007.8（48——100）。
[6]欣．电子设计从零开始.:
清华大学,2005（10——200）。
[12]邢小杰.单片机电子时钟设计.中国科技博览,2009。
附录一：
整体电路连接图:
附录二：
源程序代码：
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
bitflag;
uchars1num;
charnian,yue,ri,shi,fen,miao,week;
chara_fen=10,a_shi=10;//初始值年周月时分秒
ucharkaiji[]="^-^-Welcome!
-^-^";//开机画面显示
ucharkaiji1[]="***GoodLuck!
***";
//123456789abcdefg
ucharalarm_table[]="Alarm:
";
ucharwrite_add[7]={0x8c,0x8a,0x88,0x86,0x84,0x82,0x80};
ucharread_add[7]={0x8d,0x8b,0x89,0x87,0x85,0x83,0x81};
sbitrs=P1^5;//1602定义
sbitrw=P1^4;
sbite=P1^3;
sbitsck=P1^0;//1302定义
sbitio=P1^1;
sbitrst=P1^2;
sbits1=P3^2;//调整按键
sbits2=P3^1;//加1
sbits3=P3^0;//减1
sbits4=P3^3;//模式选择
sbitdd=P3^4;//蜂鸣器
voiddelay_1ms（ucharm）//延时函数
{
uchari,j;
for（j=0;jfor（i=0;i<110;i++）;
}
voidbeep（）//蜂鸣器发声
{
dd=0;
delay_1ms（50）;
dd=1;
}
voidwrite_（uchar）//lcd1602写指令
{
e=0;
rs=0;
rw=0;
P2=;
delay_1ms
（1）;
e=1;
delay_1ms
（1）;
e=0;
}
voidwrite_data（uchardat）//lcd1602写数据
{
e=0;
rs=1;
rw=0;
P2=dat;
delay_1ms
（1）;
e=1;
delay_1ms
（1）;
e=0;
}
voidwrite_sfm（ucharadd,uchardat）//时分秒刷新显示函数
{
ucharshi,ge;
shi=dat/10;
ge=dat%10;
write_（0xc0+add）;
write_data（0x30+shi）;
write_data（0x30+ge）;
}
voidwrite_nyr（ucharadd,uchardat）//年月日刷新显示函数
{
ucharshi,ge;
shi=dat/10;
ge=dat%10;
write_（0x80+add）;
write_data（0x30+shi）;
write_data（0x30+ge）;
}
voidwrite_ds1302_byte（ucharadd）//ds1302
{
uchari;
for（i=0;i<8;i++）
{
sck=0;
io=add&0x01;
add=add>>1;
sck=1;
}
}
voidwrite_ds1302（ucharadd,uchardat）
{
rst=0;
_nop_（）;
sck=0;
_nop_（）;
rst=1;
_nop_（）;
write_ds1302_byte（add）;
write_ds1302_byte（dat）;
rst=0;
_nop_（）;
io=1;
sck=1;
}
voidwrite_tran_data（ucharadd,uchardat）//十进制转换成BCD码
{
uchart;
t=dat/10;
dat=dat%10;
dat=t<<4|dat;
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