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1、word工程学院毕业设计（论文）单片机数字时钟设计学生： 吴 小 勇系（部）: 电气信息工程系专 业： 对口应用电子指导教师： 2009年4月 2 日 / 摘要随着电子技术的迅速发展，特别是随大规模集成电路出现，给人类生活带来了根本性的改变。由其是单片机技术的应用产品已经走进了千家万户。电子万年历的出现给人们的生活带来的诸多方便。我所设计的是一个数字时钟自动报时系统，自动报时系统用到的单片机芯片是AT89C51芯片，除此之外还包括：DS1302芯片、晶振电路和复位电路构成单片机最小应用系统，还有独立式按键电路，动态显示电路等等。它不仅能实现数字电子时钟的各种功能，如具有较时、调时、定时、闹钟等
2、功能，而且还能实现定点报时的功能。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。本设计还附加了定点报时的功能，从而进一步完成了自动报时系统的设计。关键词：单片机，闹铃时钟，位码，段码，显示目录前言11 总体方案设计21.1 系统框图222 硬件设计42.1 单片机的选型42.2 AT89C51的特点42.3 AT89C51单片机复位方式52.4 DS1302的简介62.5 键盘方案92.6 七段LED显示工作原理112.7 自动报时系统的工作原理及原理图143 软件设计153.1 设计思路153.2 系统工作流程153.3 主程序流程163.4
3、 按键程序模块173.5 显示程序模块203.6 中断服务程序模块22前 言正文中首先简单描述了硬件系统的工作原理，且附以硬件系统的设计框图，论述了本次毕业设计所应用的各种硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程, 并具体描述了外接电路接口的软、硬件调试。其次阐述了程序的流程和实现过程。本设计就是以单片机的基本语言汇编语言来进行软件设计，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调运作。本文撰写的主导思想是软、硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。1 总体方案设计1.1 系统框图我所设计的是一个数字时钟自动报时系统，它不仅具有数字电子时钟的
4、各种功能，如具有较时、调时、定时、闹钟等功能，而且还具有驱动电铃，定点报时等功能。总体设计框图如图1.1所示：蜂鸣器LED动态显示按键电路晶振电路复位电路图1.1 系统框图1.2.1 硬件的选择方案由于我设计的是一个数字时钟自动报时系统，它需要准确的走时、较时、调时、定时、定点报时等，因此我选用的是AT89C51单片机芯片，再配以DS1302、按键电路、晶振电路、复位电路以及LED动态显示器，就可以实现。采用AT89C51的P0接口外接8路反相三态缓冲器74LS240作LED动态扫描的段码控制驱动信号,用P2接口的P2.0-P2.5外接一片集电极开路反相门电路7406做为6位LED的位选信号驱
5、动口，6个数码管的8根段选线分别接74LS240的输出， LED共阴极端与74LS07的输出端相连；按键接口，由P1.7、P1.6、P1.5、P1.4来完成，四个按键的作用分别是：一个为功能键K1；一个为数字调整键K2；一个为取消设置键K3，用来设置时间；一个为K4键，用来设置定时时间。DS1302实时时钟由P1.0、P1.1、P1.2来控制。DAS1302的X1、X2接口用来接蜂鸣器。1.2.2 软件的设计方案由于我考虑到用单片机的汇编语言来做自动报时系统的设计比较简单。对于程序我的设计思路是：1.要有主程序，主程序一般是显示和中断的初始化。2.要有显示子程序，当键入一个时间值时显示程序要把
6、这个键入的时间值给显示出来。2.要有中断服务程序，功能，走时，判断是否到定时时间等等。3.要有按键程序，进入按键程序，判断是否有键按下，没有，则调用延时重新判断，如果到了，调用延时去抖程序，再次判断有键按下否，没有则返回延时程序，如果有按键，则判断键号，堆栈，判断键是否释放，没有，继续判断，释放了，则输入键号送往累加器。2 硬件设计2.1 单片机的选型我的设计里用到的单片机芯片是AT89C51芯片，除此之外还包括：DS1302芯片、晶振电路和复位电路构成单片机最小应用系统。2.2 AT89C51的特点AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Progra
7、mmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能、CMOS、8位单片机。该器件采用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。AT89C51的管脚图如图2.1所示：图2.1 AT89C51管脚图主要特性：1、与MCS-51 兼容2、4K字节可编程闪烁存储器3、寿命：1000写/擦循环4、数据保留时间：10年5、全静态工作：0Hz-24Hz6、三级程序存储器锁定7、128*8位部RAM8、32可编程I/O线9、两个16位定时器/计数器10、5个中断源11、可编程串行通道12、片振荡器和时钟电路2.3 AT89
8、C51单片机复位方式单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循环状态，在这种情况下都需要复位。 复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态,并从这个状态重新开始工作。AT89C51单片机的复位靠外部电路实现,信号由RESET(RST)引脚输入,高电平有效,在振荡器工作时,只要保持RST引脚高电平两个机器周期,单片机即复位。 复位后,PC程序计数器的容为0000H,片RAM中容不变。 复位电路一般有上电复位、手动开关复位和自动复位电路3种,如图2.2所示。而本设计采用的是手动复位方式，如B图所示：a 上电复位电路 b 手动复位电路 c 自动
9、复位电路图2.2 单片机复位电路2.4 DS1302的简介2.4.1 简介DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因
10、此广泛应用于测量系统中。DS1302串行时钟芯片主要是由移位寄存器、控制逻辑、振荡器、实时时钟、RAM以及电源组成，它的电路工作原理图如下图2.3所示：图2.3 DS1302的部结构在本设计中，它的I/O引脚、串行时钟SCLK引脚、CE引脚分别与AT89C51的I/O 接口的P1.1口、P1.2口、P1.0口相接，X1、X2接口接蜂鸣器。2.4.2 DS1302的特点DS1302时钟芯片包括：（1）实时时钟/日历：实时时钟/日历提供秒、分、时、日、星期、月、年等信息，每月天数以及闰年能自动调整，时钟可以采用24h或AM/PM的12h格式。（2）31字节的静态RAM：用于存放数据。（3）带慢速充
11、电控制备份电源的充电特性。（4）简单的三线串行接口：该芯片使用同步串行通信。与时钟/RAM通信共需3根线:RST（复位）、I/O（数据线）、SCLK（串行时钟）。数据可以以每次1个字节或多个字节的形式传送到时钟/RAM或从其读出。2.4.3 各管脚描述管脚描述如下X1 X2 32.768KHz 晶振管脚GND 地RST 复位脚I/O 数据输入/输出引脚SCLK 串行时钟Vcc1,Vcc2 电源供电管脚订单信息部分# 描述DS1302 串行时钟芯片8 脚DIPDS1302S 串行时钟芯片8 脚SOIC 200milDS1302Z 串行时钟芯片8 脚SOIC 150mil2. DS1302 部寄存
12、器CH: 时钟停止位寄存器2 的第7 位12/24 小时标志CH=0 振荡器工作允许bit7=1,12 小时模式CH=1 振荡器停止bit7=0,24 小时模式WP: 写保护位寄存器2 的第5 位:AM/PM 定义WP=0 寄存器数据能够写入AP=1 下午模式WP=1 寄存器数据不能写入AP=0 上午模式TCS: 涓流充电选择DS: 二极管选择位TCS=1010 使能涓流充电DS=01 选择一个二极管TCS=其它禁止涓流充电DS=10 选择两个二极管DS=00 或11, 即使TCS=1010, 充电功能也被禁止RS 位电阻典型位00 没有没有01 R1 2K10 R2 4K11 R3 8K2.
13、4.4 DS1302读写时序说明DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。要想与DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如表2.1所示：表2.1 控制字（即地址及命令字节）控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6：如果为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（A4A0）：指示操作单元的地址；位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。图2.4 数据读写时序控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟
14、的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如。2.5 键盘方案本设计的自动报时系统是一个具有电子时钟、闹钟、定点报时功能的系统，系统工作时应具备随时对当前时间进行调整，因此它只需要独立式键盘的四个按键即可完成操作。独立式键盘的接口电路：在单片机应用系统中，有时只需要几个简单的按键向系统输入信息。这时，可将每个按键直接接在一根I/O接口线上，这种连接方式的键盘称为独立式键盘。如图2.5所示，每个独立按键单独占有一根I/O接口线，每根I/O接口线的
15、工作状态不会影响到其他I/O接口线。这种按键接口电路配置灵活，硬件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O线，I/O接口线浪费较大。故只在按键数量不多时采用这种按键电路。在此电路中，按键输入都采用低电平有效。上拉电阻保证了按键断开时，I/O接口线有确定的高电平。当I/O接口部有上拉电阻时，外电路可以不配置上拉电阻。本设计中个按键的功能为：一个为功能键K1；一个为数字调整键K2；一个为取消设置键K3，用来设置时间；一个为K4键，用来设置定时时间。图2.5 独立式键盘电路2.5.1 键盘接口工作原理在单片机应用系统中，常用键盘作为输入设备，通过它将数据、存地址、命令及指令等输入到系统中，来实现简单的人机通信。2.5.2 按键开关的去除抖动
