《基于at89c52单片机的数字时钟系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于at89c52单片机的数字时钟系统设计（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、PROTUESPROTUES 仿真图仿真图protelprotel 99e99e 硬件原理图硬件原理图元器件清单元器件清单有需要的加我有需要的加我 qqqq 981196812981196812 下面是正文部分下面是正文部分1 引言引言人类的生活和工作均离不开时钟。从古代的滴漏更鼓到近代的机械钟，从电子表到目前的数字时钟，为了准确的测量和记录时间，人们一直在努力改进着计时工具。钟表的数字化，大力推动了计时的精确性和可靠性。1.1 课题背景课题背景近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的要求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，
2、有电子闹钟、数字闹钟等等。数字钟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1。在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制，如扩印过程中的曝光定时等。早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的，其定时准确性和重复精度都不是很理想，现在基本上都是基于数字技术的新一代产品，随着单片机性能价格比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，大可构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能。小则可以用于家电控制，甚至可以用于儿童电子玩具。它功能强大，体积小，质量轻，灵活好用，配
3、以适当的接口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品2。随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能数字时钟，它可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准和定点打铃。它可以执行不同的时间表（考试时间和日常作息时间）的打铃，可以任意设置时间。这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因
4、而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到数字电子钟。在城市的主要营业场所、车站、码头等公共场所使用 LCD 数字电子钟已经成为一种时尚。但目前市场上各式各样的 LCD 数字电子钟大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂，功率损耗大等缺点，因此有必要对数字电子钟进行改进。1.2 数字时钟的发展现状数字时钟的发展现状几种常用数字时钟设计方案：a) 基于微机系统的数字时钟设计计时单元由定时/计数器 8253 的通道 0 来实现。定时采用硬件计数和软件技术相结合的方式，即通过 8253 产生一定的定时时间，然后再利用软件进行计数，从而实现 24 小时制定时。8253 定时时间到
5、了之后产生中断信号，8253 在中断服务程序中实现时、分、秒的累加。时间显示采用实验平台上的 6 个 LED 数码管分别显示时、分、秒，采用动态扫描方式实现。校时和闹铃定时通过键盘电路和单脉冲产生单元来输入。按键包括校时键、闹钟定时键、加 1 键和减 1 键等。报警声响用蜂鸣器产生，将蜂鸣器接到 8255 的一个端口，通过输出电平的高低来控制蜂鸣器的发声。系统硬件设计主要利用微机实验平台上的电路模块。硬件电路主要由键盘电路、单脉冲产生单元、8253 定时计数器、8255 并行接口单元、8259 中断控制器、LED 显示电路和蜂鸣器电路等等。b) 基于 VHDL 的数字时钟设计基于 VHDL 语
6、言，用 Top_Down 的思想进行设计。用 CN6 无进位六进制计数器选择数码管的亮灭以及对应的数，循环扫描显示，用 SEL61 六选一选择器选择给定的信号输出对应的数送到七段码译码器。K4 模块进行复位，设置小时和分，输出整点报时信号和时，分，秒信号。单元模块设计部分分三个部分，介绍数字钟选择显示数码管和对应的数模块 CN6,信号选择模块 SEL61,七段码译码器模块 DISP 和复位，秒，分，时显示，设置模块。c) 基于单片机数字时钟设计基于单片机的数字时钟设计是模块化设计，以单片机做主控制模块，控制时钟芯片、温度传感器芯片等，又将数据控制输出到显示模块。基于 MCS-51 单片机的数字
7、时钟系统具有显示准确、直观、易于调整等特点。单片机自诞生以来给全世界人类的生活和工作起到了剧烈的变化，而MCS-51 单片机是我国使用最早、最易掌握和应用的一款单片机。通过该系统的设计，对单片机的原理和功能有个比较系统和全面的掌握，初步学习到有关工程设计的方法和思路。这样以后的就业面会更加宽广，也可以满足当今社会对单片机开发人才的大量需求。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，录象机、摄象机，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离
8、不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。综上所述此基于单片机的数字时钟具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的
9、市场前景。值得我们进行深入的研究和了解。1.3 课课题题研研究究的的意意义义多功能数字时钟的用途十分广泛，只要有计时的存在，便要用到数字时钟的原理及结构；同时在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费者的喜爱。随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断提高。时钟已不仅仅被看出一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下，时钟的数字化、多功能化已经成为现在时钟生产研究的主导设计方向3。1.4 本课题研究内容本课题研究内容本论文主要研究基于单片机的数字时钟设
10、计。当程序执行后，显示即时时间、年月日、星期、温度。设置 4 个操作键：K1：设置键；K2：上调键；K3：下调键；K4：确定键。本设计的主要内容：1、了解单片机技术的发展现状，熟悉数字时钟各模块的工作原理；2、选择适当的芯片和元器件，确定系统电路，绘制电路原理图，尤其是各接口电路；3、熟悉单片机使用方法和 C 语言的编程规则，编写出相应模块的应用程序；4、分别在各自的模块中调试出对应的功能，在 Proteus 软件上进行仿真。5、做出实物，调试出相应功能。2 系统设计系统设计 2.1 系统构成系统构成设计基于单片机的数字时钟和数字温度计，并将时间和温度直接的显示出来。设计初步思路：本设计由单片
11、机、时钟电路、温度检测电路、显示电路、键盘接口 5 个模块组成。如下图 2.1 所示，图 2.1 系统框图2.2 模块芯片方案的选择模块芯片方案的选择2.2.1 单片机主控制部分的方案方案一用凌阳16位单片机设计。凌阳16位单片机有丰富的中断源和时基，方便本单 片 机电 源时钟显示键盘部分温度检测实验的设计。它的准确度相当高，并且C语言和汇编兼容的编程环境也很方便来实现一些递归调用。但是，在控制与显示的结合上有些复杂，显示模组资源相对有限，而且单片机的稳定性不是很高。方案二主控芯片使用 51 系列 AT89C52 单片机，片内 ROM 全都采用 Flash ROM，能以 3V 的超底压工作，同
12、时也与 MCS-51 系列单片机完全该芯片内部存储器为 8KB ROM 存储空间，同样具有 89C51 的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。2.2.2 时钟芯片的方案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 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电源（2.55V 电源，在 2.5
13、V 时耗电小于300nA）下继续计时，停电后时钟无需重新调整，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，阳历、星期与年月日自动对应。2.2.3 测温部分的方案方案一使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行 A/D 转换。此设计方案需用 A/D 转换电路，增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。方案二与前面相比，采用美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后推出的一种改进型智能温度传感器 DS18B20 作为检测元件
14、，测温范围为-55125，最大分辨率可达 0.0625。采用数字式温度传感器 DS18B20，此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以去除 A/D模块，降低硬件成本，简化系统电路。另外，数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。2.2.4 显示部分的方案方案一采用 LED 数码管动态扫描,虽然 LED 数码管价格适中, LED 数码管显示容量有限，且动态扫描需要占用大量单片机时间，无法做到实时显示。所以在此设计中也不采用 LED 数码管。方案二采用 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,图形, 具有超精致影像画质、十足平
15、面显示、节省空间、节省能源等优点。综上各方案所述,对此次设计的方案选定: 采用 AT89C52 作为主控制芯片，DS1302 时钟芯片计时，DS18B20 采集温度，LCD1602 作为显示模块。3 硬件设计硬件设计本电路是以 AT89C52 单片机为控制核心，该芯片具有在线编程功能，功耗低，能在 3.3V 的超低压下工作；时钟芯片采用 DS1302，它是一款高性能、低功耗、自带 RAM 的实时时钟芯片，具有使用寿命长，精度高和功耗低等特点，同时具有掉电自动保存功能,可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，其工作电压为 2.5V5.5V；温度检测模块由 DS18B20 构
16、成,它采用独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯, 具有测量精度高、测量范围广等优点,其测温范围在-55+125,工作电压为 3v5.5v；显示部份使用1602 液晶显示屏来实现,该显示屏具有低功耗、寿命长、可靠性高的特点，其工作电压为 5v4。3.1 单片机模块的设计单片机模块的设计本设计中的单片机主要负责对外设的控制和各个功能模块间的协调，没有复杂的数据计算，因此 8 位的 51 系列单片机足以胜任。51 单片机以其低廉的价格以及出色的性能成了很多控制系统的首选。它具有丰富的内部资源，较大的数据，程序存储区。一个典型的单片机最小系统一般由时钟电路，复位电路，电源指示灯和尾部扩展接口等部分组成，本系统也不例外，当单片机具备了这些最基本的条件后，就可以正常工作了。单片机最小系统如图 3.1 所示，单片机的 XTAL1 和 XTAL2 引脚用于连接晶振电路。XTAL1 接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，XTAL2 接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出。 RES
