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1、武汉理工大学单片机原理与应用课程设计课程设计基于51单片机电子闹钟或万年历的设计目录目录11.项目背景31.1 项目研究的目的和意义31.2课题研究的内容32.方案的选择和和论证42.1 单片机型号的选择42.2 按键的选择42.3 显示器的选择42.4 计时部分的选择52.5 发音部分的设计52.6电路设计最终方案53. AT89C52单片机简介63.1单片机基本特性63.2单片机内部结构图63.3 单片机I/O引脚结构63.3.1 P0口63.3.2 P1口73.3.3 P2口73.3.4 P3口73.4单片机最小系统板84. 数字电子钟的设计原理和方法94.1 设计原理94.2 硬件电路
2、的设计94.2.1 DS1302时钟芯片94.2.2 1602 液晶简介114.2.3 蜂鸣器驱动电路124.2.4 独立键盘电路135.软件部分的设计145.1程序流程图145.1.1 系统总流程图145.1.2 DS1302时钟程序流程图155.1.3 LCD显示程序流程图165.2程序的设计175.2.1 DS1302读写程序175.2.2液晶显示程序177.心得体会20参考文献21附录一 系统原理图22附录二 系统程序231.项目背景1.1 项目研究的目的和意义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，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息
3、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。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。例如，许多火灾都是由于人们一时忘记了关闭煤气或是忘记充电时间等造成的。而钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便。数字钟是通过数字电路实现时,分,秒数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭、车站、码头办公室等公共场所,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,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的
4、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、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烤箱、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，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.2课题研究的内容本论文主要研究基于单片机的万年历设计。当程序执行后，LCD显示即时时间、年月日、星期。设置4个操作键：K1，时间调整键；K2，上调键；K3，下调键；K4，闹钟设置键本设计的主要内容：1、了解单片机技术的发展现状，熟悉万年历各模块的工作原理；2、选择适当的芯片和元器件，确定系统电路，绘制电
5、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。设计目标：使基于AT89C52单片机的万年历实现以下三个功能：a.具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能；b.具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能；2.方案的选择和和论证2.1 单片机型号的选择通过对多种单片机性能的分析，最终认为AT89C52是最理想的电子时钟开发芯片。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组
6、合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，而且它与MCS-51兼容，且具有4K字节可编程序存储器和1000次擦写循环，数据保留时间为10年，是最好的选择。2.2 按键的选择方案一：44矩阵式键盘。如果选择此方案，那么在修改时钟或设置闹铃时间时就可以直接从键盘输入，方便、快捷，但程序较为复杂。 方案二：独立式按键。如果设置过多按键，将会占用较多I/O口，而且会给布线带来不便，因此，此方案适用于按键较少的情况。如果选择此方案，由于按键较少，在修改时间或设置闹铃时间时就不能直接输入，只能通过加或减完成，稍为麻烦一些，但其程序简单。 由于并不需要经常修改时间和设置闹铃时间，而且方案
7、二的程序简单，按键少、成本低，因此，选择方案二。2.3 显示器的选择方案一：采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字合适,采用动态扫描法与单片机连接时,虽然占用的单片机口线少，但连线还需要花费一点时间，所以也不用此种作为显示。方案二：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，对于显示文字比较适合,若采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以在此也不用此种作为显示。方案三：采用1602液晶显示屏,该液晶显示屏的显示功能强大,内置192种字符，可显示大量符号、数字,清晰可见,而且功率消耗小寿命长抗干扰能力强。所以在此设计中采用1602液晶显示屏。2.
8、4 计时部分的选择方案一：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时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年进行计数，而且精度高,位的RAM做为数据暂存区，工作电压2.5V5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA。所以本设计采用DS1302时钟芯片。2.5 发音部分的设计通过三极管放大后驱动蜂鸣器工作，再通过软件产生的时时间方波驱动蜂鸣器发出间断嘀声，这样就可以省去硬件振荡电路，降低成本。2
9、.6电路设计最终方案综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用AT89C52作为主控制芯片，DS1302时钟芯片计时，LCD1602作为显示模块。3. AT89C52单片机简介3.1单片机基本特性n 8 位的 CPU， 片内有振荡器和时钟电路,工作频率为024MHzn 片内有 256字节 数据存储器 RAMn 片内有 8K字节 程序存储器 n ROM4个8位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3）n 1个 全双工串行通讯口n 3个16位 定时器/计数器（T0、T1、T2）n 可处理 6个中断源，两级中断优先级3.2单片机内部结构图图3-1 单片机内部结构图3.3 单片机I/O引脚结构3.3.
10、1 P0口P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。3.3.2 P1口P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可
11、作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。3.3.3 P2口P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问
12、外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI 指令）时，P2 口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。3.3.4 P3口P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能P3 口还
13、接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。3.4单片机最小系统板仅仅一个单片机是没有办法工作的，要想使单片机正常功能，单片机需要有电源电路、复位电路、晶振。电源电路给单片机提供电源，复位电路使得单片机具备复位功能，晶振的作用产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。单片机最小系统是保证单片机正常工作的最基本单位。图3-2单片机最小系统板4. 数字电子钟的设计原理和方法4.1 设计原理根据上述方案设计出系统整体框图如下所示 图4-1 系统原理图为使时钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的，键盘模块用来校正液晶上显示的时间；AT89
14、C52单片机通过输出各种电脉冲信号来驱动控制各部分正常工作；而系统的时间数据则最终通过液晶模块显示出来。4.2 硬件电路的设计4.2.1 DS1302时钟芯片DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。图4.5所示为DS1302的引脚排列，其中VCC1为后备电源，VCC2为主电源。所以在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DSX1和DSX2是振荡源，外接32.768KHz晶振用来为芯片提供计时脉冲。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先
15、，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电行动时，在VCC大于等于2.5V之前，RST必须保持低电平。在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平，I/O为串行数据输入端（双向）。SCLK始终是输入端。图4-2 DS1302时钟芯片电路时钟芯片DS1302的工作原理：(1) DS1302的控制字节DS1302控制字节的高有效位（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如果0，则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输出(2) 数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个
