基于ds1302的数字钟设计课程设计说明书.doc
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1、吉林化工学院课程设计说明书基于DS1302的数字钟设计Design of digital clock based on DS1302学生学号: 10530221 学生姓名: 郭芬芬 专业班级: 电信1002 指导教师: 程立敏 起止日期: 2013.4.12013.4.19 吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology信息与控制工程学院硬件课程设计说明书课程设计任务书一、设计题目:基于DS1302的数字钟设计二、设计目的1、掌握DS1302时钟芯片的硬件电路原理及软件编程方法,熟悉DS1302时钟芯片的性能指标和特点;2、熟悉STC12C5A60S2
2、单片机的性能特点,并掌握STC12C5A60S2单片机控制DS1302读写时间、日期的硬件电路组成及软件编程方法;3、了解LED显示及按键电路的组成原理,熟悉LED动态显示原理及实现方法;4、了解7805构成直流稳压电源的电路组成及工作原理。三、设计任务及要求(宋体,小四号字,加黑) 设计并实现具有显示日期和时间的电子数字钟,数字钟具有以下基本功能:1、使用6位LED显示时间、日期和星期,正常显示时、分、秒、星期,使用按键可切换显示年、月、日;2、具有时间、日期调整功能,通过键盘可进行时间、日期的调整;3、具有闹钟功能,使用键盘设定闹铃时间,由蜂鸣器产生闹铃;4、定时控制功能,使用小型继电器完
3、成定时控制功能(发挥部分)。四、设计时间及进度安排(宋体,小四号字,加黑)设计时间共三周(2013.4.1 2013.4.19),具体安排如下表:周安排设 计 内 容设计时间第一周硬件电路设计13.4.0113.4.05第二周硬件电路焊接与调试13.4.0813.4.12第三周编写课程设计说明书,课程设计答辩。13.4.1513.4.19五、指导教师评语及学生成绩指导教师评语:年 月 日成绩指导教师(签字):摘要本系统采用STC89C52单片机和DS1302配合,实现LED数码管显示时间、日期和星期,正常显示时、分、秒、星期,使用按键可切换显示年、月、日。系统中还有四个独立式按键,用于系统操作
4、与控制,并有一个直流蜂鸣器,用以产生闹铃。DS1302可以实现对系统的时、分、秒、星期、日期等信息的保存,使系统在掉电情况下仍然能够准确的保存并运行时间信息。利用单片机的定时器,实现了时间、日期和闹钟功能的设计。关键词: 单片机;DS1302;LED数码管;蜂鸣器AbstractThe system uses STC89C52 MCU and DS1302 to achieve LED digital tube display time, date and day.LED digital tube displays hours, minutes, seconds, day of the wee
5、k.It will displays day, month,and year while the button is pushed . There are four separate buttons in the system for system operation and control, and a DC buzzer to generate alarms. DS1302 can be used to save much information such as hours,minutes, seconds, day, date, and so on.So that the system
6、can still save and run-time and accurate information in the event of a power loss. The use of single-chip timer, to achieve the design of time, date and alarm clock function.Key words:single-chip; DS1302;LED digital tube;buzzer目 录课程设计任务书I第1章 基于DS1302的数字钟设计的目的1第2章 基于DS1302的数字钟设计的方案选择22.1 设计要求22.2 各模块
7、方案选择22.2.1 主控模块的选择22.2.2 时钟芯片的选择和说明32.2.3显示模块的选择32.2.4 键盘模块选择42.2.5电源模块选择42.3 最终选择方案4第3章 基于DS1302的数字钟设计系统硬件设计53.1 STC89C52单片机53.1.1 STC89C52单片机53.1.2 STC89C52引脚介绍73.2时钟芯片DS130283.2.1 DS1302简介83.2.2 DS1302管脚说明83.2.3 DS1302读写和控制说明93.2.5 DS1302与STC89C52单片机接口103.3 74HC164芯片103.3.1 74HC164简介103.3.2 74HS1
8、64特性103.3.3 74HS164在本系统中的应用113.4 MCU监控芯片X25045113.4.1 X25045芯片简介123.4.2 X25045芯片引脚功能123.4.3 X25045看门狗电路设计123.5 固定三端稳压芯片L7805133.5.1固定三端稳压器简介143.5.2三端稳压器(78, 79系列)管脚序号判断技巧143.5.3固定三端稳压器的分类143.5.4固定三端稳压器的使用143.5.5三端稳压器稳压原理153.6 按键电路153.7 LED数码管163.7.1 LED发光原理163.7.2 LED显示的设计163.8 蜂鸣器17第四章 基于DS1302数字钟设
9、计软件调试184.1 KeiuVision3软件使用184.2 主程序184.3 中断子程序194.4 DS1302子程序19第5章 结论20附录一21参考文献22第1章 基于DS1302的数字钟设计的目的通过基于DS1302的数字钟的设计,掌握DS1302时钟芯片的硬件电路原理及软件编程方法,熟悉DS1302时钟芯片的性能指标和特点;熟悉STC12C5A60S2单片机的性能特点,并掌握STC12C5A60S2单片机控制DS1302读写时间、日期的硬件电路组成及软件编程方法;了解LED显示及按键电路的组成原理,熟悉LED动态显示原理及实现方法;了解7805构成直流稳压电源的电路组成及工作原理。
10、最重要的是从设计这个过程中学习怎么与队员合作,学习设计的基本思路与过程。第2章 基于DS1302的数字钟设计的方案选择2.1 设计要求电子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。电子时钟首先是数字化了的时间显示报时器,在此基础上,人们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。结合实际情况,本设计希望达到下面的功能要求 :(1) 使用6位LED显示时间、日期和星期,正常显示时、分、秒、星期,使用按键可切换显示年、月、日。(2) 具有时间
11、、日期调整功能,通过键盘可进行时间、日期的调整。(3) 具有定时控制功能,使用小型继电器完成定时控制功能(发挥部分)。(4) 具有闹钟功能,使用键盘设定闹铃时间,由蜂鸣器产生闹铃。2.2 各模块方案选择2.2.1 主控模块的选择方案一:MSP430F169单片机,小巧灵活、成本低、易于产品化,它能方便地组装成各种智能式控制设备以及各种智能仪器仪表。面向控制,能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务,因而有较强性能。抗干扰能力强,适应温度范围宽,在各种恶劣环境下都能可靠地工作,这是其他机型无法比拟的。可以很方便地实现多机和分布式控制。使整个系统的效率和可靠性大为提高。但 MSP430F169单片
12、机性价比不高,一块MSP430F169单片机要60元左右,而且易烧坏,不适合我们初学者使用。方案二:采用AT89C2051单片机。该系列单片机均采用标准MCS-51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。并且AT89C2051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。方案三:采用STC89C52单片机,它拥有AT89C2051单片机所有优点,
13、而且它的I/O引脚有32根比AT89C2051单片机多。综上所述,考虑到性价比,应采用8XC5X系列单片机。仅仅是为了完成时钟设计,应用AT89C2051单片机完全可以实现。但是本设计中需要更多的I/O引脚,故本设计采用具有32根I/O引脚的STC89C52单片机。2.2.2 时钟芯片的选择和说明 方案一:DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路芯片,它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与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或RAM数据。DS1302内部有一
14、个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是有主电源/后背电源双电源引脚,可以同时对后背电源进行涓细电流充电。方案二:DS12887也是是美国DALLAS半导体公司最新推出的串行接口实时时钟芯片,采用CMOS技术制成,内部具有晶振和时钟芯片备份锂电池。采用DS12887芯片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件,并具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点,可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统中。但是由于它是串行接口的,外接单片机需要接很多引脚,才能对它达到一个很好的控制。综上所述,结合本设计的实际问题及单片机的I/O口线,选择方
15、案一中的DS1302作为本设计的实时时钟电路的芯片。其控制方便、占单片机I/O口线少、体积小、价格便宜,方便本设计的使用。2.2.3显示模块的选择方案一:显示的方法有很多种,其中LED数码管是常用的一种显示方法。在这个设计中,可以用LED数码管来显示,。该设计中,显示时间信息,年、月、日各需要2个LED数码管,显示时、分、秒各需要2个LED数码管信息,即是显示时间和日期都需要六个数码管,我们可以只用六个数码管,通过按键来控制显示时间还是日期,这样我们就只需要留个数码管。考虑到数码管单价是1.2元,那6个共需要61.2=7.2(元),性价比不是太高。方案二:采用LCD1602液晶显示器,其体积小
16、,控制简单,使用方便。它能显示2行16列的数字或英文信息,另外连接它的线很少,只要8根数据线和3根控制线,这样给使用带来很大的方便,节约单片机I/O口。但是市场上一块LCD1602的价格要15元左右,比数码管贵很多。方案三:功能强大、可以显示中文文字的LCD12864液晶显示器,其价格贵,体积大,控制比数码管稍微复杂点,但是使用也是很方便的。在控制使用上,需要8根数据线和3根控制线,其余的PSB、和BLA直接与VCC相连接。但是在本设计中使用它的性价比不高,体积大,占用覆铜板面积大,而且笨拙。综上所述,在LCD液晶显示模块上,选择方案一中的LED数码管作为本设计的显示模块。显示时间年、月、日、
17、周、日、时、分、秒。2.2.4 键盘模块选择方案一:采用普通四位按键模式,通过点阵显示器索显示的信息对系统进行控制,方便快捷,易于实现。方案二:采用44矩阵键盘,其优点是按键数目较多,方便数据输入,但需要单片机对其进行动态扫描,耗电量较高,编程较难。考虑到本系统输入信息较少,我们选用普通四位键盘作为本系统键盘模块。2.2.5电源模块选择方案一:采用三节1.5V电池供电,价格便宜,方便易购,但它稳定性不高。方案二:采用L7805稳压电路,该电路具有外接元件少,使用方便,性能稳定,价格低廉等优点。考虑到本系统采用的主控芯片STC89C52单片机,其工作电压范围相对较窄,为4.05.5V时钟芯片DS
18、1302有很宽的工作电压范围,其工作电压为2.55.5V5V,三节1.5V电池电压为4.5V,不稳定,无法长时间提空稳定电压,所以我们选择L7805稳压电路作为本系统的电源模块。2.3 最终选择方案经过方案比较和论证,选择STC89C52作为主控芯片,时钟芯片选择DS1302,显示模块用LED数码管,用四个独立式键盘,L7805稳压模块。最后选择的方案系统结构图如图2-3所示:图2-3 系统结构图第3章 基于DS1302的数字钟设计系统硬件设计该设计的硬件电路由主控部分(单片机STC89C52)、时钟部分(实时时钟芯片DS1302)、显示部分(LED数码管)、按键部分(独立式键盘)、音响部分(
19、直流蜂鸣器)、电源部分(L7805稳压芯片)6个部分组成。各部分之间相互协作,构成一个统一的有机整体,实现数字时钟的功能。各部分的硬件电路设计如下:3.1 STC89C52单片机3.1.1 STC89C52单片机STC89C52单片机是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory )的低电压,高性能COMOS8的微处理器,俗称单片机。该器件采用CMOS工艺和高密度、非易失性存储器(NURAM)技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。STC89C52是美国ATMEL公司生
20、产的低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序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。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的STC89C52是一种高效微控制器,STC89C52是它的一种精简版本。STC89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案,可提供许多高性价比的应用场介,可灵活应用于各种控制领域。STC89C52具有如下特点:40个引脚,4k Bytes Flash片内程序存储器,128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,
21、5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。此外,STC89C52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。(1)时钟电路及其产生时钟可以由内部方式产生或外部方
22、式产生。本设计采用内部方式的产生方式,及外部由DS1302产生。内部方式的时钟电路如图3-1-1所示,在RXD和TXD引脚上外接定时元件,内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率的范围通常是在1.212MHz之间选择,晶振的频率越高,系统的时钟频率也就越高,单片机运行速度越快。电容值通常在530pF之间选择,电容值的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。图3-1-1内部时钟电路图XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出,XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入,XTAL2:来自反向振荡器的输出。该反向
23、放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。(2)复位信号及其产生复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需按复位键重新启动。RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效,其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振,则复位信号
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