基于单片机的液晶电子时钟.docx

1、基于单片机的液晶电子时钟开封大学毕业论文设计论文题目： 基于单片机控制的电子时钟 院 系： 机 电 工 程 学 院 专 业： 09级电气自动化 学生姓名： 杨文文 学号： 2009061180 指导教师： 杨志帮 职 称： 讲 师 填写日期: 2011 年 12 月 21 日摘 要20世纪末，电子技术获得了飞速发展，在其推动下，现代电子产品几乎深入到社会的各个领域，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，同时也是现代产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。现代生活的人们越来越重视起了时间观念，时间和金钱，可以说是画上了等号。对于那些对于时间把握得非常精确的人或事来说，时间

2、的不准确会带来非常大的麻烦，所以，以数码管显示器的时钟比指针式的时钟表现出了更大的优越性。数码管显示的时间简单明了，而且读书快、时间准确显示到秒。而机械式的时钟得依赖于晶体振荡器，会导致较大的误差。相比之下，电子时钟要占了很大的优势。数字电子钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。数字电子钟的精度、稳定度都远远超过机械式的时钟。在本次设计中，我采用了容量较大的LCD液晶显示屏来显示年月日以及时分秒，并以二十四小时计时方式。此外，本次设计的电路还有实现对时间的设定及报警功能。此类数字电子钟因体积小、价格低廉，走时精度高，功能多，使用方便，便于集成化而受广大消费者的喜爱，得

3、到了广泛的应用。关键词：单片机，电子时钟，STC89C52 3.3 系统原理图.27绪论一、概述：时间就是金钱、时间就是生命、时间就是胜利。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。时钟是我们生活中必不可少的工具，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

4、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LCD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，即用单片机内部的可编程定时器/计数器来实现；二是用专门的时钟芯片实现。二：研究目的通过利用STC89C52单片机和DS

5、1302时钟芯片以及外围的按键和LCD1602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进行设置。 第一章 设计要求与方案论证1.1 设计要求1 具有年、月、日、时、分、秒显示功能2 具备年、月、日、时、分、秒设定、校准功能3 具备闹钟设定功能。1.2 系统基本方案选择和论证 1.2.1 单片机芯片的选择方案和论证方案一: 采用AT89S52。AT89S52片内具有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。方案二: 采用STC89C52芯片作为硬件核心

6、。STC89C52内部具有8KB ROM 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。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，因此选用STC89C52。1.2.2 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，可用来显示数。但体积较大，且价格也相对较高，从便携实用的角度出发，不采用此种方案。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

7、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，所以采用了LCD数码管作为显示。通过比较，本设计采用LCD液晶显示屏，因为本设计要求显示年、月、日以及时、分、秒，显示容量较大，LCD液晶显示屏的特性满足设计要求，而且价格适中。1.2.3 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

8、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2.5V5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA.通过比较，本设计采用DS1302时钟芯片来实现时钟计数，相比较于单片机定时计数，此种芯片具有很大的优越性。1.3 电路设计最终方案决定综上各方案所述,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1602 LCD液晶作为显示器件。第二章 主要元件介绍2.1 单片机STC89C52介绍2.1.1 STC89C52主要功能89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用INTEL公司

9、可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻

10、结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。STC89C52主要功能特性如表2.1所示。主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能表2.1 STC89C52主要功能2.1.2 STC89C52引脚介绍及PDIP封装图VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位

11、漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，

12、输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口

13、将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口作为AT89C51的一些特殊功能口，管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（计时器0外部输入） P3.5 T1（计时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲

14、。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA / VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（00

15、00H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（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

16、。ALE/PROG(Pin30)：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。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（Pin39Pin32）： P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定

17、义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。名称为P0.0P0.7。P1口（Pin1Pin8）： P1口是一个内部提供上拉电阻的8位准双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。名称为P1.0P1.7。 P2口（Pin21Pin28）：P2口为一个内部上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”

18、时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的准双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平

19、，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。名称为P3.0P3.7 。P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） 图2-1 STC89C52原理图2.1.3 STC89C52最小系统 最小系统是指能进行正常工作的最简单电路。STC89C52最小应用系统电路如图2.2所示。它包含五个电路部分：电源电路、时钟电路、复位电路、片内外程序存储器选择电路、输入/输出接口

20、电路。其中电源电路、时钟电路、复位电路是 保证单片机系统能够正常工作的最基本的三部分电路，缺一不可。电源电路 芯片引脚VCC一般接上直流稳压电源+5V，引脚GND接电源+5V的负极，电源电压范围在45.5之间，可保证单片机系统能正常工作。为提高电路的抗干扰性能，通常在引角Vcc与GND之间接上一个10uF的电解电容和一个0.1uF陶片电容，这样可抑制杂波串扰，从而有效确保电路稳定性。时钟电路 单片机引脚18和引脚19外接晶振及电容， STC89C52芯片的工作频率可在233MHz范围之间选，单片机工作频率取决于晶振XT的频率，通常选用11.0592MHz晶振。两个小电容通常取值3pF，以保证振

21、荡器电路的稳定性及快速性。4 复位电路 一般若在引脚RST上保持24个工作主频周期的高电平，单片机就可以完成复位，但为了保证系统可靠的复位，复位电路应使引脚RST保持10ms以上的高电平。如图复位电路带有上电自动复位功能，当电路上电时，由于C1电容两端电压值不能突变，电源+5V会通过电容向RST提供充电电流，因此在RST引脚上产生一高电平，使单片机进入复位状态。随着电容C1充电，它两端电压上升使得RST电位下降，最终使单片机退出复位状态。正常运行时，可按复位按钮对单片机复位 图2-2 STC89C52最小系统2.2 DS1302时钟芯片介绍2.2.1 DS1302概述DS1302 是美国DAL

22、LAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，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2.5V5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。采用三线接口与CPU进行同步通信图2-3 DS1302 2.2.2 DS1302引脚介绍各引脚功能为：Vcc： 主电源；Vcc2:备用电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电；当Vcc2Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。SCLK：串行时钟输入端，控制数据的输入与输出I/O： 三线接口时的双向数据线 CE： 输入信号，在读、写数据期间

23、必须为高2.2.3 DS1302使用方法(1) 时钟芯片DS1302的工作原理： DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把SCLK端置 “0”，接着把RST端置“1”，最后才给予SCLK脉冲；读/写时序如图5所示。表2为DS1302的控制字，此控制字的位7必须置1，若为0则不能把对DS1302进行读写数据。对于位6，若对程序进行读/写时RAM=1，对时间进行读/写时，CK=0。位1至位5指操作单元的地址。位0是读/写操作位，进行读操作时，该位为1；该位为0则表示进行的是写操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。表6为DS1302的日历、时间寄存器内容：“CH”是时钟暂停标志位，

24、当该位为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位为0时，时钟开始运行。“WP”是写保护位，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP必须为0。当“WP”为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。(2) DS1302的控制字节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为 0，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1RAMA4A3A2A1A0RDCKWR表2.2 DS1302控制字(

25、3) 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脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。其读写时序如图示图2-4 DS1302读写时序（4）DS1302寄存器DS1302中与时间、日期有关的寄存器共有12个，其中7个存放数据的格式为BCD码格式，其读写地址如下表所示读寄存器写寄存器Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0范围81H80HCH10秒秒00-5983H82H10分分00-5985H84H12010时时0-23

26、24AM/PM1-1287H86H10日日1-3189H88H10月月1-128BH8AH00000周1-78DH8CH10年年00-998FH8EHWP0000000表2.3 DS1302时钟寄存器第一行秒寄存器，CH为时钟暂停标志位，该位为1时时钟停止，该位为0时时钟运行第二行分寄存器，bit0bit6表示分钟数，因采用BCD编码，所以低四位最大能表示的数字为9，计数满向高三位进1。第三行时寄存器，12/24用来定义DS1302小时的运行模式，12小时模式下bit5为1表示PM下午，bit5为0表示AM上午第八行控制寄存器，bit7是写保护位WP，当WP为1时，写保护位可防止对任一寄存器的

27、写操作，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0 此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 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C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。2. 3 1602字符液晶介绍2.3.1 1602液晶概述工业字符型液晶，1602是指显示的

28、内容为16*2，能同时显示两行，每行16个字符。常见的1602字符液晶有两种，一种显示绿色背光黑色字体，另一种显示蓝色背光白色字体，目前市面上绝大多数基于HD44780液晶芯片控制，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2.5所示图2-5 1602字符液晶2.3.2 1602引脚介绍表2.4 1602字符液晶引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1GND电源地2VCC电源正极3VO液晶显示对比度调节端4RS数据/命令选择端5R/W读写选择6E使能信号7D0数据口8D1数据口9D2数据口10D3数据口11D4数据口12D5数据口13D6数据口14D7数据口

29、15BLA背光电源正16BLK背光电源负各个引脚具体功能说明：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1K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714脚：DB0DB7为8位双向数据线。第1516脚：背光灯电源。2.3.3 1602字符液晶使用方法（1）基本操作时序表2.5 16

30、02字符液晶读写状态表操作输入输出读状态RSL，RWH，EHD0D7状态字写指令RSL，RWL，D0D7指令码，E高脉冲无读数据RSH，RWH，EHD0D7数据写数据RSH，RWL，D0D7数据，E高脉冲无图2-6 1602液晶写时序图图2-7 1602液晶读时序图（2）RAM 1602液晶控制器芯片内部带有80个8位的RAM缓冲区，其地址和屏幕的对应关系如图2.8示图2-8（3）1602字符液晶字库 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，如下表所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”