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1、苏州市职业大学毕 业 设 计 说 明 书毕业设计题目 基于MSP430单片机的实时时钟设计 系 部 电子信息工程系 专业班级 08电气1班 姓 名 学 号 指导教师 2011年 5月 29 日 摘 要本文研究了基于数码管显示的数字时钟系统设计与实现。该系统具有时间设置及显示、闹钟、计时等功能，系统以MSP430单片机为核心，主要进行基于MSP430单片机的低功耗型数字时钟及其系统的研究。系统带有数码管显示器，配合按键提供友好的用户界面，操作简单，该数字时钟能长期、连续、可靠、稳定的工作；同时还具有体积小、功耗低等特点，便于携带，使用方便。系统软件设计包括单片机编程。单片机软件编程主要实现按键、
2、数码管显示、时钟、计时、闹钟等模块功能。在本设计中充分利用了单片机内部资源，涉及到了键盘控制、数码管显示、中断系统、定时/计数器、串口通信等。关键字：数字时钟；MSP430单片机；数码管Abstract This paper studies the digital pipe display based on digital clock system design and realization. This system has the time set and display, alarm clock, timing, and other functions, system to MSP430
3、 microcontroller as the core, mainly for the low power consumption MCU based on MSP430 type of digital clock and its system. System, cooperate with digital tube display buttons provide friendly user interface, easy operation, this digital clock can long-term continuous, reliable and stable working;
4、It also has the features such as small volume, power consumption, easy to carry, easy to use. System software design including microcontroller programming. Single-chip microcomputer software programming mainly realizes buttons, digital pipe display, clock, timing, alarm clock function module. In thi
5、s design make full use of the internal resources, involving the microcontroller keyboard control, digital tube display, interrupt system, timing/counters, serial communication.Keyword: Digital clock, MSP430 microcontroller,Digital tube目录第一章 绪论11.1课题研究的意义11.2课程设计内容11.3课程设计目的2第二章 数字时钟的构成及方案选择32.1数字时钟的
6、构成32.2模块方案选择32.2.1单片机模块方案32.2.2 时钟方案选择32.2.3 键盘模块选择42.2.4 显示模块方案选择4第三章 系统硬件设计与实现53.1电路设计图53.2系统硬件设计53.2.1 MSP430单片机简介53.2.2 复位电路的设计63.2.3 晶振电路设计73.2.4 时钟模块设计83.2.5 键盘模块设计83.2.6 显示模块设计9第四章 系统的软件设计114.1系统设计总流程图114.2 DS1302时钟流程图114.3 LED数码管显示流程图12第五章 系统的调试与仿真145.1 IAR FOR 430简介145.2程序调试过程14第六章 结论16参考文献
7、17附录一：系统原理图18致谢35第1章 绪论1.1课题研究的意义20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力的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，产品更新换代的节奏也越来越快。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展的趋势将进一步向CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势：单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已经能用单片机通过软件方法来实现了
8、。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制设计的一次革命。数字时钟在单片机模块里比较常见，数字时钟是一种用0、1数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字时钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字现实的计时装置，广泛用于个人家庭，办公室，车站等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字时钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程
9、序自动控制、定时广播、自动开起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.2课程设计内容（1） 了解MSP430单片机实验开发系统中的实验模块原理，画出电路原理图（2） 综合运用实验模块，开发设计具有一定功能的单片机控制系统，进行软、硬件的设计及调试（3） 写出完整的设计任务书：课题的名称、系统的功能、硬件原理图、软件框图、程序清单、参考资料（4） 时间包括年、月、日、星期、时、分、秒的显示1.3课程设计目的（1） 巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学的知识解
10、决工业控制的能力（2） 培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图标及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力（3） 通过对课题设计方案的分析、选择、比较，熟悉单片机用系统开发、研制的过程及软硬件设计的方法、内容及步骤第2章 数字时钟的构成及方案选择2.1数字时钟的构成数字时钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1MHZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字时钟。（1） 晶体振荡器电路晶体振荡器电路给数字时钟提供一个频率稳定准备的12MHZ的方波信号没课保证数字时钟
11、的走时准确及稳定，不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。（2） 时间计数器电路时间计数器电路由秒个位和秒十位计数器，分个位和分十位计数器电路组成，秒个位和秒十位计数器，分个位和分十位计数器为60进制计数器。2.2模块方案选择2.2.1单片机模块方案方案一：使用89C51单片机模块。其内部数据总线是8位的，虽然经过各种努力使其内部功能模块有了显著的增加，但是受其结构本身的限制很大，其模拟功能部件的增加更加困难。其指令采用的是复杂指令集（CISC），在待机状态下，耗电电流仍为3mA。方案二：使用MSP430单片机模块其基本架构是16位的，同时在其内部的数据总线经过转换还存
12、在8位的总线，在加上本身就是混合型的结构，因而对它这样的开放型的架构来说，无论扩展8位的功能模块，还是16位的功能模块，即使扩展模/数转换或数/模转换这类的功能模块也是很方便的。由于引进了Flash型程序存储器和JTAG技术，不仅可以实现在线编程和仿真，而且使开发工具变得简便，价格也相对低廉。所以本次设计采用了MSP430单片机模块。2.2.2 时钟方案选择方案一：基本门电路搭建。用基本门电路来实现时钟发生器，电路结构复杂，故障系数大，不易测试。方案二：专用时钟芯片。目前市场上已有很多实时时钟芯片。如DS12887、DS1302、DS1307、PCF8563、X1227等，芯片内都集成了时钟/
13、日历功能，给时钟系统设计带来了很多方便。根据设计要求，在本设计中我采用了DS1302时钟芯片。2.2.3 键盘模块选择方案一：采用阵列式键盘。此类键盘是采用行列扫描方式，当按键较多时可以降低占用单片机的I/O数目。但是本次设计按键较少，所以不采纳。方案二：采用独立式按键电路。每个键单独占有一根I/O的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。所以在设计中选择了采用独立式按键。2.2.4 显示模块方案选择方案一：采用液晶显示器。液晶也传统的显示器相比，最大的优点在于耗电量和体积，一般的液晶显示器的分辨率可达到720线之上，当然，液晶还在轻薄性上有着明显的优势，但是液晶显示器的可视偏转角度有
14、限，容易产生影响拖尾现象，而且液晶显示器的寿命也很短。方案二：采用数码管显示器。LED数码管能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容，发光响应时间极短，高频特性好，单色性好，亮度高，体积小，重量轻，抗冲击性能好，寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。成本低，因此它被广泛用作数字仪表、数控装置、计算机的数显器件。在设计中我们也选择使用数码管。第三章 系统硬件设计与实现3.1电路设计图MSP430单片机模块本次电路的设计，是由键盘来设置和调节数码管上所显示的日期、时间等数据，这些数据通过MSP430模块的整理和传送，控制各个模块的正常运行，时间通过LED数码管显示器显示出来。如图3.1所示：数码管显示模块按键模块时钟模块图3.1系统结构图3.2系统硬件设计本设计是以MSP430单片机为控制核心，其芯片具有在线编程功能，功耗低，能低电压，小电流下工作；时钟芯片采用DS1302，它是一款高性能、低功耗的实时时钟芯片，其精度和使用寿命相对其他芯片具有明显的优越性，同时具有掉电自动保存功能,可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行设置和调整；温度检测模块由DS18B20构成,该传感器结构简单，不需要外接电路，在-10+85范围内精度为0.5，精度较好；显示部份使用LED数码管显示屏
