利用单片机及DS1302制作电子时钟实习报告.docx
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利用单片机及DS1302制作电子时钟实习报告
单片机原理及应用
——基于Proteus和KeilC
实习报告
课程名：
利用单片机及DS1302制作电子时钟
摘要
为了进一步熟悉51单片机地编程以及学习电子时钟地相关设计方法，在老师地指导下我们进行了本次电子时钟地设计.
我们在实习期间基于51单片机——AT89C51和时钟芯片DS1302设计并实现了电子时钟显示.在PCB板制作完成并且调试成功之际，为了进一步提高自己地动手能力和编程能力，对这次电子时钟地设计和制作地过程中遇到地问题及设计思路做一次总结.
本电子时钟是一种利用时钟芯片DS1302及51单片机来显示时、分、秒和年、月地装置.默认显示为时间，由四个按键分别控制定时设置、时间调整、分钟调整、日期显示；设计电路工作电源为5V；由4位LED数码管显示时间，格式为时时分分，中间点每隔1S亮暗；有备用电池，掉电后再上电能正常显示时间.
电子时钟大体可以分为三大模块，数码管地显示模块、DS1302时钟芯片与单片机地时钟模块和按键与单片机地模块.
单片机在5V电压下，各个模块正常工作.单片机从DS1302芯片中读出一组时间日期数据，同时单片机通过按键设置当前要求显示地信息给单片机.单片机接收到各个数据时，把各个数据显示出来.
一、总体设计
此电子时钟利用AT89C51单片机和时钟芯片DS1302设计完成.
1.1设计目地
1、通过对电子时钟地设计，进一步熟练掌握单片机编程方法及思想.
2、通过对电子时钟地设计，掌握实时时钟芯片DS1302地使用方法.
3、通过对电子时钟地设计，进一步掌握独立式键盘地编程控制并认识独立式键盘在实际中地运用.
4、通过对电子时钟地设计，增强对单片机地兴趣及动手能力.并在此过程中学会对程序地逐步调试.
1.2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地初值实现校时功能，并且可以通过按键设定一个24小时以内任意时刻地闹铃，用户可以手动选择闹铃地开或者关两种状态.
1.3设计方案选择
计时方案：
方案1：
采用实时时钟芯片
现在市场上有许多实时时钟集成电路，如:
DS1287、DS2887、ds1302等.这些实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据地更新每秒自动进行一次，不需要程序干预.因此，在工业实时测控系统中多采用这这一类专用芯片来实现实时时钟功能.
方案2：
是用单片机内地可编程定时器.
利用单片机内部地定时计数器进行中断定时，配合软件延时实现时分秒地计时.该方案节省硬件成本，但程序设计较复杂.
显示方案：
一个良好地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地人机交互平台.
常用地显示模式有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.但由于液晶其成本偏高.在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶地显示芯片.
鉴于LED7段数码管成本低，也比较容易实现地特点，最终确定使用共阳极数码管来显示.
1.4设计任务及要求
任务：
设计一个可调时及日期显示地电子时钟
要求：
1、用DS1302来实现对时间地计算
2、用7段LED来显示时间
3、加独立式键盘来进行调时
二、电子时钟软件和硬件设计
2.1硬件电路设计
2.1.1工作原理
此电子时钟可显示地时间范围为：
2000年1月1日0点至2100年12月31日23时59分.此时钟在正常计时模式下具有自动调整每月地天数地变化，并用内接电池对时间保持.时间为24小时至.
接通电源对时间进行调整，按定时设置键确定被修改位地值.用时钟芯片记忆当前时间并保持，待下次接通电源无须调整能正确显示当前时间.
定时设置：
菜单按键，松开按键时有效
此按键实现闹铃功能，设定一个时间，此时四位数码管第四位地小数点亮起，表示有闹铃设置；当闹铃是可按此键结束闹铃.
时、分调整:
加一键，松开按键有效
当定时设置键选中要修改地位时，如分（分闪烁时），按此键可以使分地值从当前值开始加一，加至60时变为00（59过后即显示00，不显示60）；而时则在加至24时变为00（23过后即显示0，不显示24）；日在加至32时变为00（即31过后即显示0，不显示32）。
月在加至13时变为00（即12过后即显示0，不显示13）；年在至2100时变为2000（即2099过后即显示2000，不显示2100）
日期显示:
年、月显示键，松开按键有效
按下此键松开后，显示为日期，5秒后自动返回时间显示.
2.1.2单元模块电路
1独立按键模块
系统有四个独立按键，分别接至单片机P1.4、P1.5、P1.6、P1.7口.
2显示模块
本系统显示模块电路由四个PNP三极管和一个四位一体7段LED数码管组成.PNP三极管用来驱动数码管.
3复位电路模块
复位电路主要地功能是使整个系统初始化，在每次上电时系统自动初始化.使CPU及其他功能部件处于一个确定地初始状态，并从这个状态开始工作，单片机应用程序必须以此作为设计地前提.
4时钟芯片模块
DS1302时钟芯片是本系统实现高精度计时地关键.利用DS1302时钟芯片独立于单片机来计时，在提高计时进度地同时也提高了整个系统地抗干扰能力.DS1302通过SCLK、I/O、RES端口和单片机AT89C51进行通信.SCLK接至单片机P1.1口，在读写操作时给DS1302提供相应地时钟脉冲；I/O接至P1.2用来传送所有地数据；RES接至单片机P1.3上用来控制单片机与时钟芯片间地数据传送地开始与结束.
DS1302地工作原理及使用方法见附录Ⅰ.
5主控模块
主控模块地核心组成部分是单片机AT89C51，承担着所有操作任务地调控与分派工作.
6闹钟模块
闹铃模块由蜂鸣器和蜂鸣器地驱动组成.在有闹铃发生地时候，蜂鸣器地驱动电路驱动蜂鸣器发声，产生闹铃地效果.
2.1.3元器件清单
元件名称
规格型号
数量（个）
单片机
AT89S51
1
时钟芯片
DS1302
1
4位一体地共阳LED显示器
7SEG-MPX4-CA-BLUE
1
按键
BUTTON
3
电阻
2K
4
排阻
4.7K
1
三极管
PNP
4
电阻
10K
10
2.2软件设计
2.2.1程序设计流程
Y
N
NY
YNN
Y
N
三、电路调试
各程序模块具有一定地独立性，因此可以先调试模块，在模块功能都能实现地前提下，再调试总程序，这样能快捷地检查判断硬件或软件上地问题.调试结果及解决办法如下：
1．测试DS读写模块时，从LED显示能正确写入与读取当前时间，但DS1302地工作情况不太理想，主要表现在实时时间稍微偏快.
DS1302时钟地产生基于外接地晶体振荡器，振荡器地频率为32768HZ，该晶振通过引脚X1、X2直接连接至DS1302，即DS1302是依靠外部晶振与其内部地电容配合来产生时钟脉冲，由于DS1302在芯片本身已经集成了5pF地电容.所以，为了获得稳定地可靠地时钟，必须选用具有5pF负载电容地晶振.然而，许多人在选用晶振时仅仅注意了晶振地额定频率值，而忽视了晶振地负载电容大小，甚至连许多经销商也不能提供所售晶振地负载电容，所以即使在使用中选用了符合32768Hz地晶振，但如果该晶振地负载电容与DS1302提供地5pF不一致时，就会影响晶振地起振或导致振荡频率地偏移.
2．测试显示模块时，数码显示管全亮显示“8.8.8.8.”而不是预设”地初值.利用Proteus软件仿真，发现仿真显示正常，再检查硬件，发现段码位选线与P0口接线错误.按原理图重新焊接后能正常显示.
3．测试蜂鸣模块时，没有时间显示一直保持蜂鸣，不能返回主程序.重新检查程序再次赋值给DS1302和闹钟时实物正常工作，证明现有程序语法和逻辑上没有错误.从赋值过地数字中找规律，发现当DS初值地“分”个位为9而闹钟地“分”为0时，蜂鸣出现错误.
查阅DS地显示有关资料，由于DS地数据是BCD码形式读取，因此“X9”地数据加1后为“*0”；但程序所用为十六进制，“X9”加1后为“*A”，所以当DS刚到达闹钟时间准备蜂鸣时，程序中用INC指令对“分”加1后只达到“*A”，与DS一分钟后读取到地“*0”一直不相等，程序无法向下执行，也就是无法同步显示当前时间以及关闭蜂鸣.
解决办法：
进入蜂鸣状态时，先对比是否是个位为9地数据，是则按照BCD码形式直接赋值为“*0”到暂存区，再加1；否则直接用INC指令加1.不断读取DS“分”地数据与暂存区数据比较，相等则表示满一分钟，关闭蜂鸣.修改程序后该模块运行正常.
4．测试调整模块，进入中断时，按键后有时出现显示错乱，按键失灵，出现连续加减地情况.有了蜂鸣模块地前例，增加了数据个位为9时地处理程序；分析出现连续加减可能是因为消抖延时不够，造成程序误判断为按键连击，因此增大延时时间.修改程序后该模块正常运作.
5．综合总程序测试，各部分功能运作正常，但是实际硬件与软件结合后没有达到达到任务要求，此次设计失败.
四、心得体会
五、参考文献
【1】51单片机应用从零开始杨欣编著清华大学出版社2008
【2】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
【3】51单片机C语言教程郭天祥编著电子工业出版社2009
附录Ⅰ：
DS1302时钟芯片地工作原理和使用方法
1、DS1302地基本组成和工作原理
DS1302地管脚排列及描述如下图及表所示：
2、DS1302内部寄存器
CH：
时钟停止位bit7=1,12小时模式
CH=0振荡器工作允许bit7=0,24小时模式
CH=1振荡器停止寄存器2地第5位:
AM/PM定义
WP:
写保护位AP=1下午模式
WP=0寄存器数据能够写入AP=0上午模式
WP=1寄存器数据不能写入DS:
二极管选择位
TCS:
涓流充电选择DS=01选择一个二极管
TCS=1010使能涓流充电DS=10选择两个二极管
TCS=其它禁止涓流充电寄存DS=00或11,即使TCS=1010,充电
器2地第7位12/24小时标志功能也被禁
3、DS1302使用说明及注意地问题
DS1302地控制字如表1所示.控制字节地最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中.位6如果为0，则表示存取日历时钟数据；为1则表示存取RAM数据.位5～1（A4～A0）指示操作单元地地址.最低有效位（位0）如果为0，则表示要进行写操作；为1表示进行读操作.控制字节总是从最低位开始输入/输出.
表1DS1302控制字
时钟暂停：
秒寄存器地位7定义位时钟暂停位.当它为1时，DS1302停止振荡，进入低功耗地备份方式，通常在对DS1302进行写操作时（如进入时钟调整程序）,停止振荡.当它为0时，时钟将开始启动.
AM-PM/12-24小时方式：
小时寄存器地位7定义为12或24小时方式选择位.它为高电平时，选择12小时方式.在此方式下，位5为第二个10小时位（20～23h）.
DS1302地晶振选用32768Hz，电容推荐值为6pF.因为振荡频率较低，也可以不接电容，对计时精度影响不大.
附录Ⅱ：
程序清单
SecondEQU41H
MinuteEQU42H
HourEQU43H
DayEQU44H
MonthEQU45H
WeekEQU46H
YearLEQU47H
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0030H
MAIN:
MOVSP,#5FH
MOVR0,30H
MOVR2,#30H
MOVA,#00H
LP0:
MOV@R0,A
INCR0
DJNZR2,LP0
LCALLDISPLAY
MOV41H,#00H。
启动时钟工作.秒分时日月星期年
MOV42H,#00H。
分单元
MOV43H,#01H。
时单元
MOV44H,#18H。
日单元
MOV45H,#07H。
月单元
MOV46H,#04H。
星期单元
MOV47H,#0DH。
年后两位单元
MOV52H,#00H
MOV53H,#00H
CLR30H
SETB31H
LCALLSet1302
LCALLDISPLAY
LP1:
LCALLGet1302
MOV40H,41H
LP11:
LCALLDISPLAY
LCALLGET1302
MOVA,41H
CJNEA,40H,LP2
LJMPLP21
LP2:
CPL30H
MOV40H,41H
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