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1、课 程 设 计 说 明 书题 目： 基于单片机的多功能电子钟课 程： 单片机原理及应用B课程设计山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书目 录摘 要II1 设计目的12 设计要求23 设计内容33.1电子时钟的工作原理33.2 系统硬件电路设计及元件43.2.1 AT89C51芯片43.2.2 DS1302芯片83.2.3 LCD1602液晶显示123.3系统软件电路设计153.3.1 系统流程图及源代码设计15总结与致谢18参考文献19附录一20摘 要单片机, 是集 CPU ,RAM ,ROM , 定时器，计数器和多种接口于一体的微控制器。自20 世纪 70 年代问世以来，以其极高的性能
2、价格比，受到人们的重视和关注。它体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易，广泛应用于智能生产和工业自动化上。本系统为基于DS1302的多功能电子钟 ，以AT89C51单片机 作为主控芯， 采用实时时钟芯片DS1302，使用1602液晶作为显示输出。该系统走时精确，具有闹钟设置，时间模式切换，秒表以及可同时显示时间、日期等多种功能。本文将详细介绍AT89C51单片机和DS1302 时钟芯片的基本原理，从软件和硬件电路的实现两大方面进行分析。关键词：AT89C51；单片机；液晶屏；时钟芯片；蜂鸣器I1 设计目的基于51单片机设计一个能够支持年、月、日、
3、星期、时、分、秒的电子时钟。并且支持闹钟功能，及整点报时功能。在设计过程中，学习利用DXP软件进行硬件电路设计或者利用仿真软件进行仿真，进行单片机的软件编程。学习芯片的选择及方案选择，熟悉单片机的I/O口原理；掌握LCD显示的原理；掌握定时计数器的使用；要求设计出程序流程图和程序。2 设计要求1设计能支持年、月、日、星期、时、分、秒的时钟，时钟有时间调整功能及闹钟功能；2时钟具有装卸电池时掉电保护功能，保护时间大于5分钟；3时钟功耗小于0.5MA/5V。4能够提供生日提醒指示；能够每天提供3个时间点的闹钟报时功能；5非易失定时闹铃6整点报时3 设计内容3.1电子时钟的工作原理本次设计时钟电路，
4、使用了AT89C51单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单且省去了很多复杂的线路，使得电路简明易懂，用C语言程序来控制整个时钟的显示，使得编程变得更容易，这样通过五个模块：芯片、显示屏、看门狗、电源、时钟即可满足设计要求。此设计原理图框图如图3.1所示，此电路包括以下五个部分：单片机、时钟电路、看门狗、液晶屏、电源模块、时钟振荡电路。图3.1 主电路设计框图本设计采用C语言程序设计，使单片机控制液晶显示年、月、日、时、分、秒，当秒计数满60时就向分进位，分计数器计满60后向时计数器进位，小时计数器按“23翻0”规律计数。时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。当计时发生误差的时候可
5、以用校时电路进行校正。设计采用的是时、分、秒显示，单片机对数据进行处理同时在LCD上显示。3.2 系统硬件电路设计及元件3.2.1 AT89C51芯片AT89C51 是美国ATMEL 公司生产的8 位Flash ROM 单片机。其最突出的优点是片内ROM 为Flash ROM，可擦写1000 次以上，应用并不复杂的通用ROM 写入器就能方便的擦写，读取也很方便，价格低廉，具有片程序ROM 二级保密系统。因此可灵活应用于各种控制领域。AT89C51 包含以下一些功能部件：（1）一个8 位CPU ；（2）一个片内振荡器和时钟电路；（3）4KB Flash ROM ；（4）128B 内RAM；（5）
6、可寻址64KB 的外ROM 和外RAM 控制电路；（6）两个16 位定时/计数器；（7）21 个特殊功能寄存器；（8）4 个8 位并行I/O 口；（9）一个可编程全双工串行口；（10）5 个中断源，可设置成2 个优先级。AT89C51 单片机一般采用双列直插DIP 封装，共40 个引脚，图3.2 为其引脚排列图。40 个引脚大致可分为4 类：电源、时钟、控制各I/O 引脚。图3.2 AT89C51引脚图(1)控制线控制线共有4 根，其中3 根是复用线。所谓复用线是指具有两种功能，正常使用时是一种功能，在某种条件下是另一种功能。1、ALE/ PROG 地址锁存允许/片内EPROM 编程脉冲。（1
7、）ALE 功能：用来锁存P0 口送出的低八位地址。AT89C51 在并行扩展外存储器时，P0 口用于分时传送低8 位地址和数据信号，且均为二进制数。当ALE 信号有效时，P0 口传送的是低8 位地址信号；ALE 信号无效时，P0 口传送的是低8 位地址信号。在ALE 信号的下降沿，锁定P0 口传送的内容，即低8 位地址信号。需要指出的是，当CPU 不执行访问外RAM 指令，ALE 以时钟振荡频率1/6 的固定频率输出，因此ALE 信号也可作为外部芯片CLK 时钟或其他需要。但是，当CPU 执行MOVX 指令时，ALE 将跳过一个ALE 脉冲。（2） PROG 功能：片内EPROM 的芯片，在E
8、PROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。2、 PSEN 外ROM 读选通信号。89C51 读外ROM 时，每个机器周期内PSEN 两次有效输出。PSEN 可作为外ROM芯片输出允许OE 的选通信号。在读内ROM 或读外RAM 时， PSEN 无效。3、RST/VPD复位/备用电源。（1）正常工作时，RST 端为复位信号输入端，只要在该引脚上连续保持两个机器周期以上高电平，AT89C51 芯片即实现复位操作，复位后一切从头开始，CPU 从0000H 开始执行指令。（2）VPD 功能：在VCC 掉电情况下，该引脚可接上备用电源，由VPD 向片内RAM供电，以保持片内RAM 中的数据不丢失。4、EA
9、 /VPP内外ROM 选择/片内EPROM 编程电源。（1） EA 功能：正常工作时， EA 为内外ROM 选择端。AT89C51 单片机ROM 寻址范围为64KB，其中4KB 在片内，60KB 在片外。当EA 保持高电平时，先访问内ROM，但当PC 值超过4KB 时，将自动转向执行外ROM 中的程序。当EA 保持低电平时，则只访问外ROM，不管芯片内有否内ROM。（2）VPP 功能：片内有EPROM 的芯片，在EPROM 编程期间，此引脚用于施加编程电源。(2) I/O引脚AT89C51 有P0、P1、P2、P3 4 个8 位并行I/O 端口，共32 个引脚。P0 口是一组8 位漏级开路型双
10、向I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8 个TTL 逻辑门电路，对端口写1 时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8 位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在Flash 编程时，P0 端口接收指令字节；而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1口是带内部上拉电阻的双向I/O口，向P1口写入1时P1口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时被外部信号拉低的P1口会因为内部上拉而输出一个电流。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口是带内部上拉电阻的双向I/
11、O口，向P2口写入1时P2口被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时被外部拉低的P2口会因为内部上拉而输出电流。在访问外部程序存储器或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，当使用8位寻址方式(MOVXRI)访问外部数据存储器时，P2口发送P2特殊功能寄存器的内容，在整个访问期间不改变。Flash编程和程序校验时，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3口是带内部上拉电阻的双向I/O口，向P3口写入1时P3口被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时被外部拉低的P3口会因为内部上拉而输出电流。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的是
12、它的第二功能，如表3-1所示：表3-1 P3端口的特殊功能 端口引脚兼 用 功 能 P3.0RXD 串行输入口 P3.1TXD 串行输出口 P3.2/INT0 外部中断0 P3.3/INT1 外部中断1 P3.4T0 定时器0的外部输入 P3.5T1 定时器1的外部输入 P3.6/WR 外部数据存储器写选通 P3.7/RD 外部数据存储器读选通 3.2.2 DS1302芯片DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟日历芯片，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、
13、日、星期、月和年，一个月小于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，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。有主电源和备份电源双引脚，而且备份电源可由大容量电容（1F）来替代。需要强调的是，DS1302需要使用32.768KHz的晶振。DS1302 包含以下一些功能部件：（1）实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数；（2）用于高速数据暂存的318位RAM；（3）最少引脚的串行I/O；（4）2.55.5V 电压工作范围；（5）2.5V时耗电小于300nA；（6）用于时钟或RAM数据读
14、/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式；（7）简单的3线接口；（8）可选的慢速充电（至VCC1）的能力。(1) DS1302数据操作原理DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被输入。无论是读周期还是写周期，开始8位指定40个寄存器中哪个被访问到。在开始8个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器之后，另外的时钟周期在读操作时输出数据，在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8，在多字节方式下为8加字节数，最大可达248字节数。DS1302的内部结构图如图3.3所示。图3.3 DS1302内部结构
15、图(2) DS1302 的引脚图及功能DS1302 的引脚图如图3.4所示。图3.4 DS1302引脚图DS1302 各引脚功能：Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2 Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。 SCLK：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出； I/O：三线接口时的双向数据线； CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。引脚功能如表3-2所示：表3-2 DS1302引脚功能说明引脚号名称功能1VCC1备份电源输入2X132.768KHz晶振输入
