基于51单片机的电子时钟设计.docx
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基于51单片机的电子时钟设计
设计题目：
基于51单片机的电子时钟设计
摘要
单片机,是集CPU,RAM,ROM,定时器，计数器和多种接口于一体的微控制器。
自
20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注。
它体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易，广泛应用于智能生产和工业自动化上。
本系统为基于DS12C887的多功能电子钟，以STC89C51单片机作为主控芯，采用实时时钟芯片DS12C887，使用1602液晶作为显示输出。
该系统走时精确，具有闹钟设置，时间模式切换，秒表以及可同时显示时间、日期等多种功能。
本文将详细介绍STC89C51单片机和DS12C887时钟芯片的基本原理，从软件和硬件电路的实现两大方面进行分析
【关键词】
STC89C51单片机液晶屏时钟芯片蜂鸣器
前言.................................................................1
一、方案选型：
.........................................................2
二、系统硬件设计.......................................................3
2.151单片机最小系统设计...........................................3
2.2电源供电电路设计................................................3
2.3串口通信电路设计................................................4
2.4时钟芯片电路设计................................................4
2.5LCD显示电路设计.................................................6
2.6报警电路设计....................................................6
2.7键控电路设计....................................................6
三、系统软件设计.......................................................7
3.1系统程序流程图设计..............................................7
3.2系统程序设计（见附录）........................................9
四、总结...............................................................9
4.1作品功能、特色..................................................9
4.2综合设计的体会..................................................9参考文献..............................................................11附录..................................................................12
前言
随着科学技术的不断发展,人们对时间计量的要求越来越高。
在当今社会，电子时钟已经得到相当广泛的应用，产品多样，发展更是多元化。
本作品是以STC89C51单片机作为主控芯片，使用12MHZ的晶振，使用专用时钟日历芯片DS12C887产生时间信息，时间精确。
软件部分以C语言为主体，用1602LCD液晶屏显示输出信息，输出信息量多，更直观、人性化。
该时钟可实现人机交互，可通过提供的键盘对其进行调整。
系统具有以下功能:
年、月、日、时、分、秒显示；12小时/24小时模式切换，在12小时模式中，用AM和PM区分上午和下午；秒表功能；整点闹铃和报时功能，且闹钟可设置多组。
本次设计的电子时钟系统由单片机最小系统，1602LCD液晶屏,时钟芯片,调整按键，蜂鸣器，电源五大部分组成。
一、方案选型：
我们在设计电子时钟时遇到了芯片选型的问题，以下是三个设计方案：
方案一：
DS1302+数码管
DS1302的使用非常方便，而且价格便宜而数码管显示的也很清楚，特别是显示时间很直观。
但在制作过程中我们发现了这方案的一些问题。
DS1302是不自带电池，虽然可以通过外接纽扣电池来达到断电走时继续的目的，但在实际调试中会发现这是比较困难的。
因为DS1302上电需要复位，而复位就会把正确的走时清零。
如果不复位，DS1302会出现各种各样的问题，如不走时、读出乱码等。
要解决这个问题需要增加如2402等存储器，上电后先存储时间值，再复位。
这么做无疑增加了电路设计和软件设计的复杂度。
而使用数码管显示，虽然价格也便宜，显示效果好，但多位的数码管在动态扫描的时候会出现闪烁。
如果少用几位，用切换的方法查看日期，时间等信息又显得麻烦。
方案二：
DS12C887+1602LCD液晶屏
DS12C887时钟芯片功能丰富价格适中，能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒以及时间模式转换等的时间信息，芯片内部增加了世纪存储器，从而利用硬件电路解决了“千年”的问题。
DS12C887时钟芯片中还自带有锂电池，单片机掉电后时钟芯片内部的时间信息可以保持十年之久。
1602LCD液晶屏可以输出2行，每行显示16个字符。
虽然1602LCD液晶屏较昂贵，但是该液晶屏显示清晰且不会闪烁，由于液晶屏是数字式的，因此和单片机系统的接口简单，操作方便。
1602LCD液晶屏的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多，功耗较低。
以上两种元件的程序编写简单，适用于多方面的应用。
方案三：
SD2068+1602LCD液晶屏
SD2068实时时钟芯片功能更加丰富，它除了具备有DS12C887时钟芯片的功能，另外还内置时钟精度数字调整功能，可以在很宽的范围内校正时钟的偏差；内置上电复位电路及指示位；内置电源稳压,内部计时电压可低至1.5V。
该芯片为工业级产品，是在选用实时时钟IC时的理想选择。
但是该芯片是一款新型的芯片，使用并不广泛，操作不方便，可能会出现芯片不稳定等的因素。
因此由以上三种方案进行比较，我们选择方案二来设计电子时钟。
以STC89C51
为主控芯片，DS12C887为时钟芯片，1602LCD液晶屏作为显示器。
程序控制DS12C887时钟芯片实现小时,分,秒和年,月,日的计时，并在1602LCD液晶屏上显示出来。
通过按键对12小时/24小时显示模式切换。
当时间走到程序所设定的时间时，蜂鸣器响起，起到闹铃功能。
当要
显示秒表计时时，可以通过按键切换来实现。
二、系统硬件设计
2.151单片机最小系统设计
单片机最小系统如下图1-1所示：
图1-1
以STC89C51单片机为核心，选用12MHZ的晶振，由于晶振的频率越高，单片机的运行速度就越快，但考虑到单片机的运行速度快会导致对存储器的要求就会变高，因此12MHZ晶振为最佳选择。
外接电容的值虽然没有严格的要求，但是外接电容的大小会影响振荡器的频率高低、振荡器的稳定性和起振的快速性，因此我们选用30pF的电容作为起振电容。
复位电路为按键高电平复位，当按键按下，RES端为高电平，当高电平持续4us的时间就可以使单片机复位。
2.2电源供电电路设计
电源供电电路如下图1-2所示：
图1-2
我们采用外接USB端口的方式为单片机供电，LPOW1为电源显示灯，当按键
S5按下，显示灯亮，表示给单片机供+5V电压。
2.3串口通信电路设计
串口通信电路如下图1-3所示：
图1-3串口通信电路图
图中通过MAX232进行TTL电平和232电平转换，从而单片机和上位机之间通信提供通道。
通信电路的目的就是让通信双发的电平匹配，单片机用的是TTL电平，上位机的串口用的是232电平。
TTL电平的逻辑1的电压范围是+3.3V到+5V，逻辑0的电压范围是0到+3.3V；232电平的逻辑1的电压范围是-15V到-5V,逻辑0的电压范围是+5V到+15V。
因此设计串口通信电路就是让这两种电平统一。
2.4时钟芯片电路设计
时钟芯片电路如下图1-4所示：
图1-4
我们采用DS12C887时钟芯片定时及计时功能，DS12C887时钟芯片共需要13条
信号线。
GND、VCC：
直流电源，其中VCC接+5V输入，GND接地，当VCC输入为+5V
时，用户可以访问DS12C887内RAM中的数据，并可对其进行读、写操作；当VCC的
输入小于+4.25V时，禁止用户对内部RAM进行读、写操作，此时用户不能正确获取
芯片内的时间信息；当VCC的输入小于+3V时，DS12C887会自动将电源发换到内部
自带的锂电池上，以保证内部的电路能够正常工作MOT：
模式选择脚。
SQW：
方波
输出脚，当供电电压VCC大于4.25V时，SQW脚可进行方波输出。
AD0～AD7：
复用地
址数据总线，该总线采用分时复用技术，在总线周期的前半部分，出现在AD0～AD7
上的是地址信息，可用以选通DS12C887内的RAM，总线周期的后半部分出现在AD0
～AD7上的数据信息AS：
地址选通输入脚。
DS/RD：
数据选择或读输入脚，该引脚
有两种工作模式，当MOT接VCC时，选用Motorola工作模式，在这种工作模式中，
每个总线周期的后一部分的DS为高电平。
在读操作中，DS的上升沿使DS12C887将
内部数据送往总线AD0～AD7上，以供外部读取在写操作中，DS的下降沿将使总线
AD0～AD7上的数据锁存在DS12C887中。
当MOT接GND时，选用Intel工作模式，在
该模式中，该引脚是读允许输入脚R/W：
读/写输入端，该管脚也有2种工作模式，
当MOT接VCC时，R/W工作在Motorola模式CS：
片选输入，低电平有效
IRQ：
中断请求输入，低电平有效，该脚有效对DS12C887内的时钟、日历和RAM中
的内容没有任何影响，仅内部的控制寄存器有影响，在典型的应用中，RESET可以直
接接VCC，这样可以保证DS1
2C887在掉电时，其内部控制寄存器不受影响
2.5LCD显示电路设计
1602LCD液晶屏显示电路如下图1-5所示：
图1-5
1602LCD液晶屏为5V电压驱动，带背光，可显示两行，每行16个字符，不能显示汉字。
液晶1，2端为电源；15，16为背光电源；为防止直接加5V而烧坏背光灯，在15脚串联一个1k电阻用于限流。
液晶3端为液晶对比度调节端，通过一个10k的变位器来调节液晶显示对比度。
液晶4端为向液晶控制器写数据/写命令选择端，接单片机的P3.5口。
液晶5端为读/写选择端，因为我们不从液晶中读取数据，只向其写入命令和显示数据，因此此端始终选择为写状态，即低电平接地。
液晶6端为使能信号，是操作时必须的信号，接单片机的P3.4口。
2.6报警电路设计
蜂鸣器闹铃电路如下图1-6所示
图1-6
蜂鸣器电路接在单片机的P2.3引脚上，当给该引脚一个低电平，三极管导通，蜂鸣器发出声音作为闹铃。
2.7键控电路设计
按键调整电路如下图1-7所示：
图1-7
四个独立键盘均采用查询方式，我们将按键的一端接地，另一端各接一根输入线直接与STC89C51的I/O口相连，当按键闭合时，相当于该I/O口通过按键与地相连，变成低电平，单片机通过检测I/O口的电平状态，即可以识别出按下的键。
通过四个按键实现各方式的切换，S2用于12小时/24小时的模式切换,S3用于秒表功能与时钟功能间的切换，S4用于实现参数设置和调节功能。
三、系统软件设计
3.1系统程序流程图设计
流程图1：
实验主程序流程图
流程图2：
定时中断程序流程图
流程图3：
调时功能流程图
3.2系统程序设计（见附录）
4.1作品功能、特色
四、总结
本系统实现了人机交互功能，有夏时令制以及万年历功能。
可对年、月、日、时、分、秒进行任意设定，多组闹钟设定任你行，具有整点报时功能，模式切换随你意，秒表功能同时有。
特色：
本系统采用1602LCD显示信息，相比其他电子时钟，其显示信息更丰富，可同时显示时间，日期，星期等。
秒表功能精确到毫秒级，比普通具有秒表功能的时钟要高一个数量级。
闹钟可设置多组，解决了普通电子钟只能设置一组给大家带来的烦恼。
系统具有断电保护功能，芯片可以保存掉电时候的信息并继续工作，其睡眠工作时间可长达12小时
4.2综合设计的体会
本次大赛很好的锻炼了我们的动手能力以及团队合作能力，让我们享受到电子设计的快乐。
让我们开阔了视野，同时也增长了见识，在课余时间发挥想象和积极思考，锻炼了自己的思维能力。
在元件的选择和电路的设计上我们大胆创新，敢于尝试，并且积极搜查资料，认真分析，选择出最优的电路组合，使整个系统能够按照设计要求
稳定运行。
参考文献
[1]李广弟等编单片机基础北京航空航天大学出版社
2001
[2]吴金戌等编8051单片机实践与应用清华大学出版社
2001
[3]王洪庆编微型计算机控制技术机械工业出版社
2006
[4]付家才编单片机控制工程实践技术化学工业出版社
2004
[5]鲍宏亚等编MCS-51系列单片机应用系统设计及实用技术中国宇航出版社
2005
[6]杨文龙.单片机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社，2000
[7]赵文博，刘文涛.单片机语言C51程序设计[M].人民邮电出版社，2006
附录
/*******************************************************************************
***************************************
1602管脚分配：
1234567891011121314
1516
VSSVDDVLRSR/WED0D1D2D3D4D5
D6D7BLABLK
||||||||||||||
||
||||||||||||||
||
P2.5GNDP2.6
P1.0~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~P1.7GND（R/W接GND实现只写不读）
/*******************************************************************************
**************************************/
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitlcd_en=P2^6;//LCD1602使能信号E位定义
sbitlcd_rs=P2^5;//LCD1602读/写（H/L）控制信号RS位定义
ucharii,ll;//在1602上写字符串所用的变量
sbitbeep=P2^3;//蜂鸣器实现闹钟报警
sbitdscs=P2^7;sbitdsas=P2^4;sbitdsrw=P3^6;sbitdsds=P3^7;
sbitdsirq=P3^2;//闹钟申请
//按键部分sbits1=P2^0;sbits2=P2^1;
sbits3=P2^2;
sbits4=P3^0;
ucharcodetable4[]="20--Mon";
ucharcodetable5[]=":
:
";
ucharcount,s3_num,s4_num,flag,flag1;
ucharmiao,shi,fen,nian,yue,ri,xinqi,n_miao,n_shi,n_fen;
//显示字符串
ucharcodetable1[]="2009-07-13Mon";
ucharcodetable2[]="00:
00:
00";
ucharcodetable3[]="AlarmClock";//闹钟字符串
//voiddisplay（）
//{
//wrt
//}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////星期字符串///////////////////////////////////////////////////////
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
ucharcodexq1[]="Mon";//星期一的字符串ucharcodexq2[]="Tue";//星期二的字符串ucharcodexq3[]="Wed";//星期三的字符串ucharcodexq4[]="Thu";//星期四的字符串ucharcodexq5[]="Fri";//星期五的字符串ucharcodexq6[]="Sat";//星期六的字符串ucharcodexq7[]="Sun";//星期天的字符串
//函数申明
voidwrite_ds（uchar,uchar）;//INTEL总线写时序
voidset_alarm（）;//设置闹钟
ucharread_ds（uchar）;//intel总线读时序
voidset_time（）;//设置时间
voidwrite_nyr（ucharadd,uchardate）;//在LCD1602上刷新年月日
voiddidi（）;
//1602显示操作程序
voidLCD_1602_str（ucharhang1,char*ttt1）;//每次调用都会清屏，在液晶屏上面显示字符串voidLCD_1602_t（ucharhang1,char*ttt1）;//在上次显示内容的基础上替换特定位置的字符串
voidLCD_1602_num（ucharhang1,ucharnnn1）;//在特定的位置替换为一位数字（必须是0~9
的数字，否则显示的将不是想要显示的数字）
voiddelay（uintk）;//延迟子函数
voidwrite_com（ucharcom）;//1602写指令
voidwrite_data（uchardata0）;//1602写数据
voidinit00（）;//1602初始化子程序
voidint0（）;//定时器初始化函数chark[]=".";//k[]="_."charj[]="s";//j[]="s"
ucharsta;//temp记录产生的1ms基准中断次数,sta存放系统状态（0时为暂停，1时为
启动）
uinttemp,ms,s,s_100;//毫秒变量ms，秒变量s,百秒变量s_100uintms_bai,ms_shi,ms_ge,s_shi,s_ge,s_100_shi,s_100_ge;
sbitstop=P2^1;//停表或者启动按键s2实现停止秒表计数
sbitrest=P2^0;//清零按键s1实现清零秒表计数
voidmiao1（void）;
voidkey_s4_scan（）;
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//////////////////////////////////////////设置闹钟//////////////////////////////////////////////////////
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
voidset_alarm（）
{
if（n_shi==read_ds（4）&&n_fen==read_ds
（2）&&n_miao==read_ds（0））
didi（）;
}
voiddidi（）
{
beep=0;delay（500）;beep=1;delay（1000）;beep=0;delay（500）;beep=1;beep=0;delay（500）;beep=1;delay（1000）;beep=0;delay（500）;beep=1;beep=0;delay（500）;beep=1;delay（1000）;beep=0;delay（500）;beep=1;
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////1602显示子函数////////////////////////////////////////////////////////////////
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