基于51系列单片机及DS1302时钟芯片的电子时钟
基于单片机的电子时钟
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摘要
一、引言 (1)
二、基于单片机的电子时钟硬件选择分析 (2)
2.1主要IC芯片选择 (2)
2.1.1微处理器选择 (2)
2.1.2 DS1302简介 (4)
2.1.3 DS1302引脚说明 (4)
2.2电子时钟硬件电路设计 (5)
2.2.1时钟电路设计 (6)
2.2.2整点报时功能 (7)
三、Protel软件画原理图 (8)
3.1系统工作流程图 (8)
3.2原理图 (9)
四、proteus软件仿真及调试 (9)
4.1电路板的仿真 (9)
4.2软件调试 (9)
五、源程序 (10)
六、课设心得 (13)
七、参考文献 (13)
基于单片机电子时钟设计
摘要
电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时钟精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。另外，在生活和工农业生产中，也常常需要温度，这就需要电子时钟具有多功能性。
本设计主要为实现一款可正常显示时钟/日历、带有定时闹铃的多功能电子时钟。
本文对当前电子钟开发手段进行了比较和分析，最终确定了采用单片机技术实现多功能电子时钟。本设计应用AT89C52芯片作为核心，6位LED数码管显示，使用DS1302实时时钟日历芯片完成时钟/日历的基本功能。这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，时间精确，操作简单，编程容易。
该电子时钟可以应用于一般的生活和工作中，也可通过改装，提高性能，增加新功能，从而给人们的生活和工作带来更多的方便。
关键词：电子时钟；多功能；AT89C52；时钟日历芯片
一、引言
时间是人类生活必不可少的重要元素，如果没有时间的概念，社会将不会有所发展和进步。从古代的水漏、十二天干地支，到后来的机械钟表以及当今的石英钟，都充分显现出了时间的重要，同时也代表着科技的进步。致力于计时器的研究和充分发挥时钟的作用，将有着重要的意义。
1.1 多功能电子时钟研究的背景和意义
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到了社会的各个领域，有力的推动和提高了社会生产力的发展与信息化程度，同时也使现代电子产品性能进一步提升，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容易使人忘记当前的时间。然而遇到重大事情的时候，一旦忘记时间，就会给自己或他人造成很大麻烦。平时我们要求上班准时，约会或召开会议必然要提及时间；火车要准点到达，航班要准点起飞；工业生产中，很多环节都需要用时间来确定工序替换时刻。所以说能随时准确的知道时间并利用时间，是我们生活和工作中必不可少的[1]。
电子钟是采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置，广泛应用于个人家庭，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、0按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、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，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。
1.2 电子时钟的功能
电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时间精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。当今市场上的电子时钟品类繁多，外形小巧别致。也有体型较大的，诸如
公共场所的大型电子报时器等。电子时钟首先是数字化了的时间显示或报时器，在此基础上，人们可以根据不同场合的要求，在时钟上加置其他功能，比如定时闹铃，万年历，环境温度、湿度检测，环境空气质量检测，USB扩展口功能等。
本设计电子时钟主要功能为：
1.具有时间显示和手动校对功能，24小时制；
2.具有年、月、日显示和手动校对功能；
3.具有整点报时功
二、基于单片机的电子时钟硬件选择分析
考虑单片机货源充足、价格低廉，可软硬件结合使用，能够较方便的实现系统的多功能性，故采用单片机作为本设计的硬件基础。
2.1主要IC芯片选择
2.1.1微处理器选择
目前在单片机系统中，应用比较广泛的微处理器芯片主要为8XC5X系列单片机。该系列单片机均采用标准MCS-52内核，硬件资源相互兼容，品类齐全，功能完善，性能稳定，体积小，价格低廉，货源充足，调试和编程方便，所以应用极为广泛。
例如比较常用的AT89C2052单片机，带有2KB Flash可编程、可擦除只读存储器（E2PROM）的低压、高性能8位CMOS微型计算机。拥有15条可编程I/O引脚，2个16位定时器/计数器，6个中断源，可编程串行UART通道，并能直接驱动LED输出。
仅仅是为了完成时钟设计或者是环境温度采集设计，应用AT89C2052单片机完全可以实现。但是将两种功能结合在一片单片机上，就需要更多的I/O引脚，故本设计采用具有32根I/O引脚的AT89C52单片机。
AT89C52单片机是一款低功耗，低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4KB（可经受1000次擦写周期）的FLASH可编程可反复擦写的只读程序存储器（EPROM），器件采用CMOS工艺和ATMEI公司的高密度、
非易失性存储器（NURAM）技术制造，其输出引脚和指令系统都与MCS-52兼容。片内的FLASH存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此，AT89C52是一种功能强，灵活性高且价格合理的单片机，可方便的应用在各个控制领域[6]。
AT89C52具有以下主要性能：
1.4KB可改编程序Flash存储器；
2.全静态工作：0——24Hz；
3.128×8字节内部RAM；
4.32个外部双向输入/输出（I/O）口；
5.6个中断优先级；2个16位可编程定时计数器；
6.可编程串行通道；
7.片内时钟振荡器。
此外，AT89C52是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式——空闲方式（Idle Mode）和掉电方式（Power Down Mode）。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。
图2.1 AT89C52芯片PDIP封装引脚图
AT89C51为适应不同的产品需求，采用PDIP、TQFP、PLCC三种封装形式，本系统采用双列直插PDIP封装形式。
2.1.2 DS1302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、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2.5～5.5V。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。
2.1.3 DS1302引脚说明
VCC11X12X23GND 4
VCC28SCLK 7I/O 6RST
5
DS 1302
图2.2 DS1302芯片引脚图
其的引脚功能参照表2.1。
表2.1 DS1302引脚功能说明
引脚号 名称 功能 1 V CC1 备份电源输入 2 X1 32.768KHz 晶振输入 3 X2 32.768KHz 晶振输出
4 GND 地
5 RST 控制移位寄存器/复位
6 I/O 数据输入/输出
7 SCLK 串行时钟 8
V CC2
主电源输入
2.2电子时钟硬件电路设计
电子闹钟至少要包括秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电源、闹铃指示电路等几部分。硬件电路框图参照图2.3。
该系统使用AT89C51单片机作为核心，通过读取时钟日历芯片DS1302数据，完成此电子时钟的主要功能——时钟。使用比较通用的8段共阳数码管，做7位显示，分别显示时、分、秒。
图2.3 多功能电子时钟硬件系统框图
键盘是为了完成时钟/日历的校对和日历/温度的显示功能。由于此电子时钟要求具有闹铃功能，所以设计有闹铃电路，进行声音响铃。
整个电路使用了两种电源，+5V电源将为整个电路供电。而+3V电源仅作为DS1302的备用电源。当+5V电源被切断后，DS1302启用+3V电源，可以保持DS1302继续工作。当+5V电源恢复供电，LED依旧显示当前时间，而不会因为断电使系统复位到初始化时间，避免了重新校时的麻烦。
2.2.1时钟电路设计
系统时钟应用了实时时钟日历芯片DS1302，其连接如图2.4。该硬件电路设计简单，抗干扰能力强。
如图，AT89C51单片机P1.7直接接DS1302的RST端，上电后，AT89C51的P1.7脚自动输出高电平。P1.5作为串行时钟接口，P1.6作为时钟数据的I/O。DS1302采用双电源供电，平时由+5V电源供电，当+5V 掉电之后，由图中BT1（+3V备用电池）供电。
特别需要注意X1和X2两端连接的晶振Y1，该晶振频率为32.768KHz 。
2
3
4
Y132.768KHz
BT1
BATTER Y
VC C11X12X23GND 4
VC C28SCLK 7I/O 6RST
5
U2DS 1302
P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.67P1.56P1.78RST
9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR 16P3.7/RD 17XTAL218XTAL119GND 20
P2.0
21
P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN 29ALE/PR OG
30EA/VPP 31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VC C 40U1AT89S51
+5
图2.4 系统时钟电路
2.2.2整点报时功能
采用蜂鸣器闹铃结构简单，控制方便，但是发出的闹铃声音单一。也可以在编程的时候编写一段音乐程序，待闹铃时间到时，调用该音乐程序给扬声器，便响起音乐。不过该方法只能做一些简单音乐，并且音乐程序会占用很多单片机存储资源。
还有一种方法是采用录音放音芯片1420做闹铃，先对录放音设备录入一段音乐，当到设定时间时，单片机控制录放音设备放音。采用录放音电路，铃声可以是预先设定的一段自己喜欢的音乐，符合电器设备人性化的要求。且1420芯片可以分段录音，还具有语音报时功能。
另外，也可以购置一块音乐集成电路，加置在单片机和蜂鸣器之间，当单片机连接闹铃电路的管脚送出高电平时，音乐集成电路会给蜂鸣器特定脉冲，使蜂鸣器发声。此类集成电路体积较小，使用方便，不足的是音乐简
单、单一。
闹铃的闹钟不是本设计中的重点，故采用最简单的方法，占用单片机一根I/O 口P1.7， 中间用PNP 型三极管S9012连接P1.7和蜂鸣器。当P1.7引脚为低电平时，S9012的发射极和集电极导通，使蜂鸣器发声。当响铃标志位为“1”时，P1.7送一定频率脉冲，使蜂鸣器U11发出声音。如图2.5
U11
BU ZZER
Q1S9012
R810K
+5
P2.0
图2.5 闹铃电路
1、 Protel 软件画原理图
3.1系统工作流程图
3.2原理图
四、proteus软件仿真及调试
4.1电路板的仿真
利用keil软件编写源程序。在protues中画好其电路图如下图4.1所示：
4.2软件调试
在硬件调试完毕的基础上，需要进一步完善程序，也就是进入软件调试阶段。在本设计中，软件调试主要分两大部分：实时时钟日历子程序调试、按键子程序调试。将这两部分调试成功，那么整个设计的软件部分也就基
本完成了。
图4.1 数字钟仿真图五、源程序
用C语言编写：
#include
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar
data_7seg[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99, 0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,};
uchar hour,min,sec;
sbit shi=P1^0;
sbit fen=P1^1;
sbit miao=P1^2;
sbit rst=P1^4;
sbit sck=P1^5;
sbit io=P1^6; sbit fm=P1^7;
/*函数声明：*/
void write_ds1302_byte(uchar dat);
void write_ds1302(uchar add,uchar dat); uchar read_ds1302(uchar add);
void read_rtc();
void set_rtc();
void display();
void delay(int n);
void show();
void fmzz();
/*DS1302单字节写入：*/
void write_ds1302_byte(uchar dat)
{
u char i;
f or (i=0;i<8;i++)
{
sck=0;
io=dat&0x01;
dat=dat>>1;
sck=1;
}
}
/*DS1302多字节写入：*/
void write_ds1302(uchar add,uchar dat) {
r st=0;_nop_();
s ck=0;_nop_();
r st=1;_nop_();
w rite_ds1302_byte(add);
w rite_ds1302_byte(dat);
r st=0;_nop_();
i o=1;
s ck=1;
}
/*DS1302读取：*/
uchar read_ds1302(uchar add)
{
u char i,value;
r st=0;_nop_();
s ck=0;_nop_();
r st=1;_nop_();
w rite_ds1302_byte(add);
f or (i=0;i<8;i++)
{
value=value>>1;
sck=0;
if (io) value=value|0x80;
sck=1;
}
r st=0;_nop_();
s ck=0;_nop_();
s ck=1;
i o=1;
r eturn value;
}
/*调整时间：*/
void set_rtc()
{
if (shi==0) delay(100);
if (shi==0)
{
hour=(hour>>4)*10+(hour&0x0f); hour++;
if (hour==24) hour=0;
hour=((hour/10)<<4)+(hour%10); write_ds1302(0x84,hour);
}
if (fen==0) delay(100);
if (fen==0)
{
min=(min>>4)*10+(min&0x0f); min++;
if (min==60) min=0;
min=((min/10)<<4)+(min%10); write_ds1302(0x82,min);
}
if (miao==0) delay(100);
if (miao==0)
{
sec=(sec>>4)*10+(sec&0x0f);
sec++;
if (sec==60) sec=0;
sec=((sec/10)<<4)+(sec%10);
write_ds1302(0x80,sec);
}
}
/*读取时间：*/
void read_rtc()
{
hour=read_ds1302(0x85);
min=read_ds1302(0x83);
sec=read_ds1302(0x81);
}
/*显示时间：*/
void display()
{
unsigned int a=1;
P2=0x01;P0=data_7seg[hour/16];delay(a); P2=0x02;P0=data_7seg[hour%16];delay(a); P2=0x04;P0=data_7seg[min/16];delay(a); P2=0x08;P0=data_7seg[min%16];delay(a); P2=0x10;P0=data_7seg[sec/16];delay(a); P2=0x20;P0=data_7seg[sec%16];delay(a);
}
/*蜂鸣：*/
void fmzz()
{
uint i;
for (i=0;i<100;i++)
{
fm=!fm;
delay(2);
}
}
/*延时程序：*/
void delay(int n)
{
u nsigned int i,j;
f or(i=0;i { for(j=0;j<121;j++) {;} } } /*显示学号：*/ void show() { unsigned int m; f or(m=0;m<20;m++) { u int a=10; P2=0x01;P0=data_7seg[7];delay(a); P2=0x02;P0=data_7seg[2];delay(a); P2=0x04;P0=data_7seg[4];delay(a); P2=0x08;P0=data_7seg[1];delay(a); P2=0x10;P0=data_7seg[1];delay(a); P2=0x20;P0=data_7seg[8];delay(a); } } /*主程序：*/ void main() { show(); w rite_ds1302(0x84,0x12); //初始化w rite_ds1302(0x82,0x00); w rite_ds1302(0x80,0x00); w hile (1) { set_rtc(); read_rtc(); display(); if(min==0) { if(sec==0) {fmzz();} } } } 六、课设心得 略 七、参考文献 1、倪晓军章韵等.单片机原理与接口技术教程.北京：清华大学出版社,2009 2、DS1302中文手册 3、谭浩强等.C程序设计.北京：清华大学出版社,2005 4、王守忠聂元铭.51单片机开发入门与典型实例.北京：人民邮电出版社,2009 单片机原理课程设计 课题名称：基于DS1302的数码管显示数字钟 专业班级：电子信息工程 学生学号： 学生姓名： 指导教师： 设计时间：2010年6月21日--2010年6月25日 目录 摘要........................................................................................................................................................................ 1 设计任务和要求............................................................................................................................................ 2 方案论证........................................................................................................................................................ 3 系统硬件设计................................................................................................................................................ 3.1 系统总原理图 ................................................................................................................................ 3.2 元器件清单...................................................................................................................................... 3.3 PCB板图....................................................................................................................................... 3.4 Proteus仿真图 ............................................................................................................................... 3.5 分电路图及原理说明................................................................................................................... 3.5.1 主控部分(单片机MCS-51).............................................................................. 3.5.2 计时部分（实时时钟芯片DS1302）.................................................................. 3.5.3 显示部分（共阳极数码管）................................................................................ 3.5.4 调时部分（按键）................................................................................................ 4系统软件设计................................................................................................................................................ 4.1 程序流程图..................................................................................................................................... 4.2 程序源代码........................................................................................................................................ 5心得体会........................................................................................................................................................ 6参考文献........................................................................................................................................................ 7结束语............................................................................................................................................................ 单片机时钟电路的设计 单片机内部虽有振荡电路，但要形成时钟必须在外总附加电路。 MCS-51单片机的时钟产生方法有如下两种。 1内部时钟方式 利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到XTAL2输出时的时钟信号。 最常用的内部时钟方式是采用外接晶体（在频率稳定性要求不高而希望尽可能廉价时，可选用陶瓷谐振器）和电容组成的并联谐振回路，HMOS型和CHMOS型单片机和并联，谐振回路及参数相同。 振荡晶体可在1. 2MHz~12MHz之间。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小和振荡电路起振速度有少许影响，CX1和CX2可在20p~100pF间取值，但在60PF~70PF时振荡器有较高的频率稳定性。 在设计PCB板时，晶体或陶瓷谐振器和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好的保护振荡电路稳定可靠的工作。为了提高温度稳定性，采用NPO电容。2外部时钟方式 外部时钟方式是利用外部振荡信号源直接接入XRAL1或XTAL2。由于HMOS和CHMOS单片机内部时钟进入的引脚不同（CHMOS型单片同由XTAL1进入，HMOS 型单片机由XTAL2进入），其外部振荡信号源的接入方法也不同。HMOS型单片机的外部振荡信号接至XTAL2，而内部的反相放大器的输入端XTAL1应接地。由于XTAL2端的逻辑电平不是TTL的，故建议外接一个上拉电阻。而XTAL2不可以接地。 在CMOS电路中，因内部时钟引入端取自反相放大器的输入端（即与非门的输入端），故采用外部振荡信号源时接线方式与HNOS型有所不同，外部信号接至XTAL1，而XTAL2不可以接地。外部振荡信号通过去一个2分频的触发器而成为一个时钟信号。故对外部信号的占空比没什么要求，但高电平持续时间和低电平持续时间应大于20ns. ds1302时钟程序详解,ds1302程序流程图(C程序) ds1302时钟程序详解 DS1302 的控制字如图2所示。控制字节的最高有效位(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。 2.3 数据输入输出(I/O) 在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从 低位0位到高位7。 2.4 DS1302的寄存器 DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日 历、时间寄存器及其控制字见表1。 此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RA M的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。 ds1302程序流程图 3.2 DS1302实时时间流程 图4示出DS1302的实时时间流程。根据此流程框图，不难采集实时时间。下面结合流程图对DS1302的基 本操作进行编程： DS1302时钟芯片读写详解 2008-09-26 13:07 /*DS1302读写程序(C51)*/ sbit DS13CLK =P1^5; /*DS1302的SCLK脚脉冲*/ sbit DS13IO =P1^6; /*DS1302的IO脚数据*/ sbit DS13CS =P1^7; /*DS1302的RST脚片选*/ /*向DS1302写一个字节*/ void _wds13byte(uchar _code) { uchar i; DS13CLK =0; DS13CLK =0; for(i=0;i<8;i++) { if(_code&0x01) DS13IO =1; else DS13IO =0; DS13CLK =1; DS13CLK =1; DS13CLK =0; DS13CLK =0; _code =_code >> 1; } } /*从DS1302读一个字节*/ uchar _rds13byte(void) { uchar i,_code; _code=0; DS13CLK =0; DS13CLK =0; DS13IO =1; for(i=0;i<8;i++) { _code =_code >>1; if(DS13IO) _code =_code|0x80; DS13CLK =1; DS13CLK =1; DS13CLK =0; DS13CLK =0; } return _code; } /*读功能_code读功能命令*/ uchar readds1302(uchar _code) { DS13CS =0; /*关闭DS1302*/ DS13CLK =0; DS13CLK =0; DS13CS =1; /*使能DS1302*/ _wds13byte(_code); /*读代码*/ _code=_rds13byte(); /*返回读取数字*/ DS13CLK =1; DS13CS =0; /*关闭DS1302*/ return _code; } /*写功能fp写的地址，_code写的内容*/ void writeds1302(uchar fp,uchar _code) { DS13CS =0; /*关闭DS1302*/ DS13CLK =0; DS13CLK =0; DS13CS =1; /*使能DS1302*/ _wds13byte(fp); /*写控制命令*/ _wds13byte(_code); /*写入数据*/ DS13CLK=1; DS13CS =0; /*关闭DS1302*/ } /*******DS1302设置快速充电***************/ void ds13_charg(void) { writeds1302(0x8e,0x00); /*解除写保护*/ writeds1302(0x90,0xa5); /*单二极管2K电阻充电*/ writeds1302(0x8e,0x80); /*置位写保护*/ } ;;;DS1302读写程序(汇编);;; ;******************************************************************* **/ T_CLK Bit P1.5 ;实时时钟时钟线引脚 T_IO Bit P1.6 ;实时时钟数据线引脚 T_RST Bit P1.7 ;实时时钟复位线引脚 ;********************************************************** ;子程序名：Set1302 ;功能：设置DS1302 初始时间,并启动计时。 ;说明： ;调用：RTInputByte ;入口参数：初始时间在:Second,Minute,Hour,Day,Month,Week.YearL(地址连续) ;出口参数：无 ;影响资源：A B R0 R1 R4 R7 目录 摘要 一、引言 (1) 二、基于单片机的电子时钟硬件选择分析 (2) 2.1主要IC芯片选择 (2) 2.1.1微处理器选择 (2) 2.1.2 DS1302简介 (4) 2.1.3 DS1302引脚说明 (4) 2.2电子时钟硬件电路设计 (5) 2.2.1时钟电路设计 (6) 2.2.2整点报时功能 (7) 三、Protel软件画原理图 (8) 3.1系统工作流程图 (8) 3.2原理图 (9) 四、proteus软件仿真及调试 (9) 4.1电路板的仿真 (9) 4.2软件调试 (9) 五、源程序 (10) 六、课设心得 (13) 七、参考文献 (13) 基于单片机电子时钟设计 摘要 电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时钟精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。另外，在生活和工农业生产中，也常常需要温度，这就需要电子时钟具有多功能性。 本设计主要为实现一款可正常显示时钟/日历、带有定时闹铃的多功能电子时钟。 本文对当前电子钟开发手段进行了比较和分析，最终确定了采用单片机技术实现多功能电子时钟。本设计应用AT89C52芯片作为核心，6位LED数码管显示，使用DS1302实时时钟日历芯片完成时钟/日历的基本功能。这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，时间精确，操作简单，编程容易。 该电子时钟可以应用于一般的生活和工作中，也可通过改装，提高性能，增加新功能，从而给人们的生活和工作带来更多的方便。 关键词：电子时钟；多功能；AT89C52；时钟日历芯片 一、引言 时间是人类生活必不可少的重要元素，如果没有时间的概念，社会将不会有所发展和进步。从古代的水漏、十二天干地支，到后来的机械钟表以及当今的石英钟，都充分显现出了时间的重要，同时也代表着科技的进步。致力于计时器的研究和充分发挥时钟的作用，将有着重要的意义。 1.1 多功能电子时钟研究的背景和意义 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到了社会的各个领域，有力的推动和提高了社会生产力的发展与信息化程度，同时也使现代电子产品性能进一步提升，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容易使人忘记当前的时间。然而遇到重大事情的时候，一旦忘记时间，就会给自己或他人造成很大麻烦。平时我们要求上班准时，约会或召开会议必然要提及时间；火车要准点到达，航班要准点起飞；工业生产中，很多环节都需要用时间来确定工序替换时刻。所以说能随时准确的知道时间并利用时间，是我们生活和工作中必不可少的[1]。 电子钟是采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装臵，广泛应用于个人家庭，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、0按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、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，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 课程设计(论文)任务书 信息工程学院信息工程专业（2）班 一、课程设计(论文)题目嵌入式课程设计 二、课程设计(论文)工作自 2014 年 6 月 9 日起至2014年 6月15日止。 三、课程设计(论文) 地点: 5-402 单片机实验室 四、课程设计(论文)内容要求： 1．本课程设计的目的 （1）使学生掌握单片机各功能模块的基本工作原理； （2）培养学生单片机应用系统的设计能力； （3）使学生能够较熟练地使用proteus工具完成单片机系统仿真。 （4）培养学生分析、解决问题的能力； （5）提高学生的科技论文写作能力。 2．课程设计的任务及要求 1）基本要求： （1）分析所设计系统中各功能模块的工作原理； （2）选用合适的器件（芯片）； （3）提出系统的设计方案（要有系统电路原理图）； （4）对所设计系统进行调试。 2）创新要求： 在基本要求达到后，可进行创新设计，如改善单片机应用系统的性能。 3）课程设计论文编写要求 （1）要按照书稿的规格打印撰写论文。 （2）论文包括目录（自动生成）、摘要、正文、小结、参考文献、附录等。 （3）论文装订按学校的统一要求完成。 4）答辩与评分标准： （1）完成原理分析：20分； （2）完成设计过程：30分； （3）完成调试：20分； （4）回答问题：20分； （5）格式规范性（10分）。 5）参考文献： （1）张齐.《单片机原理与嵌入式系统设计》电子工业出版社 （2）周润景.《PROTUES入门实用教程》机械工业出版社 （3）任向民.《微机接口技术实用教程》清华大学出版社 （4）https://www.wendangku.net/doc/6c3597865.html,/view/a5a9ceebf8c75fbfc77db2be.html 6）课程设计进度安排 内容天数地点 构思及收集资料1图书馆 系统设计与调试 4 实验室 撰写论文2图书馆、实验室 学生签名： 2014 年6 月9日 课程设计(论文)评审意见 （1）完成原理分析（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）； （2）设计分析（30分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）； （3）完成调试（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）； （4）回答问题（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）； （5）格式规范性（10分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）； 评阅人：职称： 2014 年6 月15 日 51 单片机ds1302 时钟芯片 #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit lcdrs = P1^0; sbit lcdrw = P1^1; sbit lcden = P1^2; sbit key0 = P2^0;//功能键,选择时分秒 sbit key1 = P2^1;//加1键 sbit key2 = P2^2;//减1键 sbit key4 = P2^4; sbit clk_1302 = P1^5; //1302芯片位定义sbit io_1302 = P1^6; sbit rst_1302 = P1^7; uchar bdata dat; sbit dat0 = dat^0; sbit dat7 = dat^7; uchar key0_count;//按键0被按的次数(0~3) uchar flag; char hour,minute,second; uchar table_date[] = "2009-4-12 Mon"; uchar table_time[] = "00:00:00"; /****** 函数申明********/ void write_cmd_1602(uchar cmd); void write_data_1602(uchar dat); void write_add(uchar add,uchar dat); void init1602(); void delay(uint z); uchar reverse(uchar c); void keyscan(); void init(); void RTC_initial (); void wr_1302(uchar wr_data); uchar rd_1302(void); uchar uc_R1302(uchar ucAddr); void v_W1302(uchar ucAddr, uchar ucDa); 主程序 #include 工程设计 AT89C51单片机时钟电路 工程设计 目录 任务书 摘要 前言 说明书 第一章电路原理分析 1-1 显示原理 1-2 数码管结构及代码显示 1-3 键盘及读数原理 1-4 连击功能的实现 第二章程序设计思想和相关指令介绍 2-1 数据与代码转换 2-2 计时功能的实现与中断服务程序 2-3 时间控制功能与比较指令 2-4 时钟误差的分析 附录A 电路图 附录B 存储单元地址表 附录C 输入输出口功能分配表 附录D 定时中断程序流程图 附录F 调时功能流程图 附录G 程序清单 摘要 单片计算机即单片微型计算机。（Single-Chip Microcomputer ）,是集 CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。他体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而51 单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。 前言 本文通过用对一个能实现定时，时钟，日历显示功能的时间系统的设计学习，详细介绍了51 单片机应用中的数据转换显示，数码管显示原理，动态扫描显示原理，单片机的定时中断原理、从而达到学习，了解单片机相关指令在各方面的应用。系统由AT89C51、LED 数码管、按键、二极管等部分构成，能实现时钟日历的功能：能进行时、分、秒的显示。也具有日历计算、显示和时钟，日历的校准、定时时间的设定，实现三路开关定时输出等功能。文章后附有电路图，程序清单，各数据存储单元的所在地址，输入输出口对应表。以供读者参考。因作者本人也是个初学者，水平有限，难免有疏落不足之处，敬请老师和同学能给与批评正。 说明书 系统由AT89C51、LED 数码管、按键、发光二极管等部分构成，能实现时间的调整、定时时间的设定，输出等功能。系统的功能选择由SB0、SB1、SB2、SB3、SB4 完成。其中SB0为时间校对，定时器调整功能键，按SB 0 进入调整状态。SB1 为功能切换键。第一轮按动SB1 依次进入一路、二路、三路定时时间设臵提示程序，按SB3 进入各路定时调整状态。定时时间到，二极管发亮。到了关断时间后灭掉。如果不进入继续按SB1 键，依次进入时间?年?位校对、?月?位校对、?日?位校对、?时?位校对、?分?位校对、?秒?位校对状态。不管是进入那种状态，按动SB2 皆可以使被调整位进行不进位增量加1 变化。各预臵量设臵完成后，系统将所有的设臵存入RAM 中，按SB1 退出调整状态。上电后，系统自动进入计时状态，起始于? 00?时? 00?分。SB4 为年月日显示转换键，可使原来显示时分秒转换显示年月日。 二、电路原理分析 1. 显示原理 电原理图见附图1。由6 个共阴极的数码管组成时、分、秒的显示。P0 口的8 条数据线P0.0 至P0.7 分别与两个CD4511 译码的ABCD 口相接，P2 口的P2.0 至P2.2 分别通过电阻R10 至R13 与VT1 至VT3 的基极相连接。这样通过P0 口送出一个存储单元的高位、低位BCD显示代码，通过P2 口送出扫描选通代码轮流点亮LED1 至LED6，就会将要显示的数据在数码管中显示出来。从P0 口输出的代码是BCD 码，从P2 口输出的就是位选码。 2. 数码管结构及代码显示 DS1302 时钟芯片的原理与应用 1 写保护寄存器操作 当写保护寄存器的最高位为0 时,允许数据写入寄存器,写保护寄存器可以通过命令字节8E 8F 来规定禁止写入/读出。写保护位不能在多字节传送模式下写入Write_Enable: MOV Command,#8Eh ;命令字节为8E MOV ByteCnt,#1 ;单字节传送模式 MOV R0,#XmtDat 数据地址覆给R0 MOV XmtDat,#00h 数据内容为0 写入允许 ACALL Send_Byte 调用写入数据子程序 RET 返回调用本子程序处 当写保护寄存器的最高位为1 时禁止数据写入寄存器 Write_Disable: MOV Command,#8Eh ;命令字节为8E MOV ByteCnt,#1 ;单字节传送模式 MOV R0,#XmtDat 数据地址覆给R0 MOV XmtDat,#80h 数据内容为80h 禁止写入 ACALL Send_Byte 调用写入数据子程序 RET 返回调用本子程序处 以上程序调用了基本数据发送(Send_Byte)模块及一些内存单元定义, 其源程序清单在附录中给出下面 的程序亦使用了这个模块 2 时钟停止位操作 当把秒寄存器的第7 位时钟停止位设置为0 时起动时钟开始 Osc_Enable: MOV Command,#80h ; 命令字节为80 MOV ByteCnt,#1 ; 单字节传送模式 MOV R0,#XmtDat 数据地址覆给R0 MOV XmtDat,#00h 数据内容为0 振荡器工作允许 ACALL Send_Byte 调用写入数据子程序 RET 返回调用本子程序处 当把秒寄存器的第7 位时钟停止位设置为1 时，时钟振荡器停止DS1320 进入低功耗方式 Osc_Disable: MOV Command,#80h ;命令字节为80 MOV ByteCnt,#1 ;单字节传送模式 MOV R0,#XmtDat 数据地址覆给R0 MOV XmtDat,#80h 数据内容为80h 振荡器停止 ACALL Send_Byte 调用写入数据子程序 RET 返回调用本子程序处 3. 多字节传送方式 安康学院单片机课程设计报告书 课题名称：电子时钟的设计（DS1302） 姓名： 学号： 院系：电子与信息工程系 专业：电子信息工程 指导教师： 时间：2012年6月 课程设计项目成绩评定表设计项目成绩评定表 课程设计报告书目录 设计报告书目录 一、设计目的 (1) 二、设计思路 (1) 三、设计过程 (1) 3.1系统设计结构图 (1) 3.2 MCU微控制器电路 (2) 3.3 LCD液晶显示电路 (4) 3.4 实时时钟电路 (5) 3.5 复位电路 (5) 3.6 晶振电路 (6) 四、系统调试与结果 (6) 五、主要元器件与设备 (6) 六、课程设计体会 (7) 七、参考文献 (7) 一、设计目的 1、掌握电子时钟的基本工作方式。 2、进一步熟悉DS1302芯片的特性。 3、通过使用各基本指令，进一步熟练掌握单片机的编程和程序调试。 二、设计思路 利用AT89C52的特点及DS1302的特点，设计一种基于DS1302单片机控制，再利用数码管显示的数字钟。本系统硬件利用AT89S52作为CPU进行总体控制，通过DS1302时钟芯片获取准确详细的时间（年、月、日、周、日、时、分、秒准确时间），对时钟信号进行控制，同时利用液晶显示芯片LCD1602对时间进行准确显示年、月、日、周、日、时、分、秒。 三、设计过程 3.1系统设计结构图 图1系统设计结构图 图2 系统软件流程图 根据系统设计的要求和设计思路，确定该系统的系统设计结构图。如图1所示。硬件电路主要由MCU微处理控制器单元、DS1302时钟电路、储存器、复位电路、晶振电路、数码管显示模块构成。 3.2MCU微控制器电路 AT89S52作为系统的核心控制元件，只有它能正常工作后才能使其它的元件进入正常工作状态。因此，下面对AT89S52进行必要的说明，AT89S52的管脚如图3所示。 51单片机作的电子钟程序在很多地方已经有了介绍，对于单片机学习者而言这个程序基本上是一道门槛，掌握了电子钟程序，基本上可以说51单片机就掌握了80%。常见的电子钟程序由显示部分，计算部分，时钟调整部分构成。 时钟的基本显示原理：时钟开始显示为0时0分0秒，也就是数码管显示000000，然后每秒秒位加1 ，到9后，10秒位加1，秒位回0。10秒位到5后，即59秒，分钟加1，10秒位回0。依次类推，时钟最大的显示值为23小时59分59秒。这里只要确定了1秒的定时时间，其他位均以此为基准往上累加。 开始程序定义了秒，十秒，分，十分，小时，十小时，共6位的寄存器，分别存在30h，31h，32h，33h，34h，35h单元，便于程序以后调用和理解。 6个数码管分别显示时、分、秒，一个功能键，可以切换调整时分秒、增加数值、熄灭节电等功能全部集一键。 以下是部分汇编源程序，购买我们产品后我们用光盘将完整的单片机汇编源程序和烧写文件送给客户。;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;; 中断入口程序 ;; (仅供参考) ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ; ORG 0000H ;程序执行开始地址 LJMP START ;跳到标号START执行 ORG 0003H ;外中断0中断程序入口 RETI ;外中断0中断返回 ORG 000BH ;定时器T0中断程序入口 LJMP INTT0 ;跳至INTTO执行 ORG 0013H ;外中断1中断程序入口 RETI ;外中断1中断返回 ORG 001BH ;定时器T1中断程序入口 LJMP INTT1 ;跳至INTT1执行 ORG 0023H ;串行中断程序入口地址 RETI ;串行中断程序返回 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;; 主程序 ;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ; START: MOV R0,#70H ;清70H-7AH共11个内存单元MOV R7,#0BH ;clr P3.7 ; CLEARDISP: MOV @R0,#00H ; INC R0 ; DJNZ R7,CLEARDISP ; MOV 20H,#00H ;清20H（标志用） MOV 7AH,#0AH ;放入"熄灭符"数据 MOV TMOD,#11H ;设T0、T1为16位定时器 MOV TL0,#0B0H ;50MS定时初值（T0计时用）MOV TH0,#3CH ;50MS定时初值 MOV TL1,#0B0H ;50MS定时初值（T1闪烁定时用）MOV TH1,#3CH ;50MS定时初值 SETB EA ;总中断开放 SETB ET0 ;允许T0中断 SETB TR0 ;开启T0定时器 MOV R4,#14H ;1秒定时用初值（50M S×20）START1: LCALL DISPLAY ;调用显示子程序 JNB P3.7,SETMM1 ;P3.7口为0时转时间调整程序SJMP START1 ;P3.7口为1时跳回START1 SETMM1: LJMP SETMM ;转到时间调整程序SETMM ; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;; 1秒计时程序 ;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;T0中断服务程序 INTT0: PUSH ACC ;累加器入栈保护 PUSH PSW ;状态字入栈保护 dsl302时钟程序详解经典 dsl302时钟程序详解 DS1302的控制字如图2所示。控制字节的最高有效位（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 2.3数据输入输出（I/O） 在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302,数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0 位到高位7o 2.4 DS1302的寄存器 DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位 为BCD码形式，其日历、 时间寄存器及其控制字见表1。 ? I日历?別间襦存祁及凡担制孑 fir* 野擅"itwtr 収他总cn - T ?fsy网 移 e S』3 2 1 0 林斶 son8!ll00-59 f.H IUSVX SIX X2H S3II oum(1Mh、 MH K4H851101 \2A12 24? 10 IIH HK MhH M7II01 -2S.2V, W-Jl ?o imiAre 8SH WII03 - !2(11) 0 IUM MOYI1I AAII8HH ni(i II ? 0 0h\V 8LH Mill OQ ? 9910YLAH 此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器 及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类:一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为COH, FDH,其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。 dsl302程序流程图 #include 以下资料摘自电子发烧友网感谢作者,版权归网站所有,资料仅供参考 ds1302时钟程序详解 DS1302 的控制字如图2所示。控制字节的最高有效位(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。 2.3 数据输入输出(I/O) 在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。 2.4 DS1302的寄存器 DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表1。 此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。 ds1302程序流程图 3.2 DS1302实时时间流程 图4示出DS1302的实时时间流程。根据此流程框图，不难采集实时时间。下面结合流程图对DS1302的基本操作进行编程： #include } //忙检测 uchar busy() { uchar test; RW=1; RS=0; EN=1; test=P0; EN=0; return test; } //写LCD命令 void writecmd(uchar cmd) { while((busy()&0x80)==0x80); RS=0; RW=0; P0=cmd; EN=1; delay(5); EN=0; } //发送数据 void writedata(uchar dat) { while((busy()&0x80)==0x80); RW=0; RS=1; P0=dat; EN=1; delay(5); EN=0; } void init() { writecmd(0x38); delay(5); writecmd(0x01); delay(5); writecmd(0x06); 时钟电路图： PCB板： 单片机程序： /*=========================================================== ========= 调试要求： 1.MCU:AT89S52芯片或AT89C52 2.晶振:12MHz 功能：多功能时钟+温度计 ============================================================= =======*/ #include sbit led2_bit=P2^5;//定时LED的控制口 sbit s1_bit=P1^0; //定义S1控制口 sbit s2_bit=P1^1; //定义S2控制口 sbit s3_bit=P1^2; //定义S3控制口 sbit dq_ds18b20=P3^3;//定义控制DS18B20 sbit speak=P3^7; //定义蜂鸣器控制口 sbit clk_ds1302=P3^6;//定义控制DS1302的时钟线 sbit io_ds1302=P3^5;//定义控制DS1302的串行数据 sbit rest_ds1302=P3^4; #define smg_data P0//定义数码管数据口 void delay_3us();//3US的延时程序 void delay_8us(uint t);//8US延时基准程序 void delay_50us(uint t);//延时50*T微妙函数的声明 void display1(uchar dis_data);//数码管1显示子程序 void display2(uchar dis_data);//数码管2显示子程序 void display3(uchar dis_data);//数码管3显示子程序 void display4(uchar dis_data);//数码管4显示子程序 void display5(uchar dis_data);//数码管5显示子程序 void display6(uchar dis_data);//数码管6显示子程序 void init_t0();//定时器0初始化函数 void dis_led();//LED处理函数 void judge_s1();//S1按键处理函数 void judge_s2();//S2按键处理函数 void judge_s3();//S3按键处理函数 void dis(uchar s6,uchar s5,uchar s4,uchar s3,uchar s2,uchar s1);//显示子程序 void dis_san(uchar s6,uchar s5,uchar s4,uchar s3,uchar s2,uchar s1,uchar san);//闪烁显示子程序 void judge_dis();//显示处理函数 void judge_clock();//显示处理函数 void set_ds1302();//设置时间 void get_ds1302();//读取当前时间 void w_1byte_ds1302(uchar t);//向DS1302写一个字节的数据 uchar r_1byte_ds1302();//从DS1302读一个字节的数据 //******************************************************************** *** //DS18B20测温函数定义 void w_1byte_ds18b20(uchar value);//向DS18B20写一个字节 uchar r_1byte_ds18b20(void);//从DS18B20读取一个字节的数据 void rest_ds18b20(void);//DS18B20复位程序 void readtemp_ds18b20(void);//读取温度 void dis_temp();//温度显示函数基于DS1302的数码管显示数字钟
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