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1、物理与电子科学系毕业论文(设计)数 字 时 钟学生姓名罗 群专业名称嵌入式系统工程系班 级2 0 1 1 级学 号2 0 1 1 3 0 9 5指导教师晏 勇阿坝师范高等专科学校物理与电子科学系二O一四年四月摘 要加入世贸组织以后，中国会面临激烈的竞争。这种竞争将是一场科技实力、管理水平和人才素质的较量，风险和机遇共存，同时电子产品的研发日新月异，不仅是在通信技术方面数字化取代于模拟信号，就连我们的日常生活也进于让数字化取缔，说明数字时代已经到来，而且渗透于我们生活的方方面面。就拿我们生活的实例来说明一下“数字”给我们带来的便捷。下面我们就以数字钟为例简单介绍一下。数字钟我们听到这几个字，第一
2、反应就是我们所说的数字，不错数字钟就是以数字显示取代模拟表盘的钟表，在显示上它用数字反应出此时的时间，相比模拟钟能给人一种一目了然的感觉，不仅如此它还能同时显示时、分、秒。而且能对时、分、秒准确校时，这是普通钟所不及的。与此同时数字钟还能准确定时，在你所规定的时间里准确无误的想你发出报时声音，提醒你在此时所需要去做的事。与旧式钟表相比它更适用于现代人的生活。在毕业之际恰好遇上学校的毕业课题电子时钟设计毕业论文。因而在所学专业的基础上做了以下毕业设计。希望给大家带来方便的同时，使自己对所学专业有进一步的了解！关键词 数字时钟 单片机 DS1302芯片 软件目录前言- 1 -1设计方案- 2 -1
3、.1 方案的选择- 2 -1.2 设计要求：- 2 -2硬件系统设计- 3 -2.1 系统概述- 3 -2.2 硬件设计- 3 -2.2.1 单片机主控电路（AT89C51）- 3 -2.2.2 时钟计时设计（DS1302）- 6 -2.2.3 液晶显示器设计（LCD1602）- 9 -2.2.4 晶振电路- 10 -2.2.5键盘电路- 10 -2.2.6 闹钟电路- 10 -3系统程序设计- 11 -3.1时间程序设计- 11 -3.2 时间调节程序设计- 11 -3.3闹钟程序设计- 13 -4系统测试及结果- 14 -5 结论- 14 -6 参考文献- 15 -7后记- 15 -附录1
4、：数字时钟设计电路原理图- 16 -附录2：主程序- 16 - 42 -前言传统时钟主要是机械式转动，有指针显示时间，往往存在计时误差，不能满足人们对时间计量的精度要求，与现代计数发展不相符。随着科技的进步，以单片机为主要功能模块，采用LCD输出显示时间，用按钮做开关，软件及时、调试，辅助必要的电路，实现高效、准确的电子时钟系统代替的传统时钟。单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视与关注，应用很广、发展迅速。单片机具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易的优点。已经广泛的应用与工业自动化控制、智能仪器仪表、家用电器
5、、电力电子、机电一体化设备等领域。在单片机领域中应用最多的是51系列。用LCD1602设计的可调式电子时钟是以AT89C51为核心，辅以必要的电路而设计的。数字电子时钟设计与制作可采用数字电路实现，也可以采用单片机实现，若用数字电路完成，所设计的电路相当的复杂，需要十几片数字集成块，其功能也主要依赖与数字电路的各功能模块的组合来实现，焊接的过程也比较复杂，成本也非常高。若用单片机来设计制作完成，由于计数器功能实现主要通过软件呢编程来实现。降低了硬件电路的复杂性，而且成本也有所降低，所以在设计与制作数字时钟时我们采用单片机AT89C51，它是低功耗。高性能的单片机。片内带有flash存储器，且允
6、许在系统内改写或用编程器编程。液晶显示器LCD具有低功耗、体积小、重量轻、超薄等许多其他显示器无法比拟的优点，近年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。LCD可分为段式LCD、字符式LCD和点阵式LCD。其中，段式LCD和字符式LCD只能用语字符和数字的简单显示，不能满足图形曲线和汉字显示的要求，而点阵式LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线以及汉字、动画，并且可以实现屏幕滚动、反转、闪烁等功能，用途十分广泛。电子时钟用集成电路计时，译码代替机械式转动，用LCD显示器代替指针显示，减小了计时误差，该数字时钟具有时、分、秒、年、月、日显示时间功能，还可以进行年
7、、月、日、时和分的校对。相对传统的电子时钟，数字电子时钟克服了电子时钟计时不精确的缺陷，加上调节方便，受到广大消费者的喜爱。1设计方案1.1 方案的选择由于电子万年历的种类比较多，因此方案选择在设计中是至关重要的。正确地选择方案可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。方案1：基于AT89C51单片机的电子万年历设计不使用时钟芯片，而直接用AT89S52单片机来实现电子万年历设计。AT89C51是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦写1000余次。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组
8、合在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。若采用单片机计时，利用它的一个16位定时器/计数器每50ms产生一个中断信号，中断20次后产生一个秒信号，然后根据时间进制关系依次向分、时、日、星期、月、年进位。这样就实现了直接用单片机来实现电子万年历设计。用单片机来实现电子万年历设计，无须外接其他芯片，充分利用了单片机的资源。但是精度不够高，误差较大，掉电后丢失所有数据，软件编程较复杂。方案2：基于DS1302的电子万年历设计在以单片机为核心构成的装置中，经常需要一个实时的时钟和日历，以便对一些实时发生事件记录时给予时标，实时时
9、钟芯片便可起到这一作用。过去多用并行接口的时钟芯片，如MC146818,DS12887等。它们已能完全满足单片机系统对实时时钟的要求，但是这些芯片与单片机接口复杂、占用地址, 数据总线接线多、芯片体积大占用空间多、近年来串行接口的各种芯片在单片机系统中应用愈来愈多，串行接口的实时时钟芯片也出现了不少，DS1302是一个综合性能较好且价格便宜的串行接口实时时钟芯片。利用单片机进行控制，采用DS1302作为实时时钟芯片，其三线接口SCLK、I/O、/RST与单片机进行同步通信，外加掉电存储电路、显示电路、键盘电路，即构成一个基本的电子万年历系统，若还要添加其他功能，在这基础上外扩电路即可。由于在系
10、统设计时，需要考虑以下几点因素：功耗低、精确度高、软件编程较简单，芯片的体积小、芯片成本低等，而DS1302芯片有上面所述的诸多优点，所以本设计采用方案2。1.2 设计要求：（1）LCD1602显示时，分，秒，年，月，日； （2）设置按键调整功能，能够校准时间和设置闹铃时间；（3）设置闹钟功能。2硬件系统设计2.1 系统概述按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统由主控模块、时钟模块、键盘模块、显示模块、闹铃模块、晶振模块和复位电路共7个模块组成，电路系统构成框图如图1-1所示。主控芯片使用51系列AT89C51单片机，时钟芯片使用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时
11、钟芯片DS1302。 DS1302作为主要计时芯片，可以做到计时准确。更重要的是，DS1302可以在很小电流的后备 （2.55.5V电源，在2.5V时耗电小于300nA）下继续计时，并可编程选择多种充电电流来对后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电。主控模块时钟模块键盘模块显示模块闹铃模块复位电路晶振模块图2.1 系统框图2.2 硬件设计2.2.1 单片机主控电路（AT89C51）AT89C51是一种低功耗、高性能COMS8位微处理器，内部自带2K字节可编程FLASH存储器，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、RO
12、M和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。（1）AT89C51具有下列主要性能：8KB可改编程序Flash存储器（可经受1000次的写入/擦除周期） 全静态工作：0Hz24MHz三级程序存储器保密1288字节内部RAM32条可编程I/O线2个16位定时器/计数器6个中断源可编程串行通道片内时钟振荡器（2）AT89C51的引脚及功能：AT89S52单片机的管脚说明如图2.2所示。图2.2 AT89C51的管脚(2-1) 主要电源引脚 VCC 电源端 GND 接地端(2-2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1 接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的
13、反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 XTAL2 接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。(2-3) 控制或与其它电源复用引脚RST、ALE/PROG、/PSEN和/EA/VPP RST 复位输入端。 当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG 当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。
14、因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（/PROG）。/PSEN 程序存储允许（/PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号。当AT89S52/LV52由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次/PSEN有效（既输出2个脉冲）。但在此期间内，每当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 外部访问允许端。要使CPU只访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），则/EA端必须保持低电平（接到GND端）。当/EA端保持高电平（接
15、VSS端）时，CPU则执行内部程序存储器中的程序。(2-4) 输入/输出引脚 P0.0 P0.7、P1.0P1.7、P2.0 P2.7 和P3.0P3.7 P0端口（P0.0 P0.7） P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。P1端口（P1.0 P1.7） P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。作输入口时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。 P2端口 （P2.
