单片机应用专业课程设计基于DS电子时钟的设计方案报告参考模板.doc

单片机应用课程设计汇报
（~第2学期）

设计题目：基于DS1302电子时钟设计

班别： 级自动化1班
姓名： 李永兴 贺孝言 王永伟
指导老师： 颜丽娜
时间： 5月

目录
1 设计任务 3
2 系统总体方案设计 3
2.1 各个模块方案论证 3
2.1.1 时钟芯片选择 3
2.1.2 显示器选择 3
2.2总体方案设计 4
3 硬件电路设计 4
3.1 单片机最小系统 4
3.2 1302时钟电路 5
3.3 按键调时电路 5
4 系统软件设计 6
4.1 主程序步骤图 6
4.2 子程序步骤图 7
4.2.1 DS1302子程序步骤图 7
4.2.2 1602子程序步骤图 8
4.3 按键校正调时程序 8
5 实物调试 9
5.1实物性能分析 9
5.2 总结 12
附录1 14
（1）系统总电路图 14
（2）系统仿真图 14
附录2 16
部分程序清单 16

1 设计任务
基础要求：采取DS1302时钟芯片和单片机STC89C52相结合设计电子时钟，能够显示出实时年、月、日、时、分、秒等时间，而且能够经过按键进行时间调整。
2 系统总体方案设计
2.1 各个模块方案论证
2.1.1 时钟芯片选择
因为设计是电子时钟， 而单片机STC89C52自带计时功效，利用单片机实现数据显示和调整是可行，采取单片机计时，利用它一个16位定时器/计数器每50ms产生一个中止信号，中止20次后产生一个秒信号，然后依据时间进制关系依次向分、时、日、星期、月、年进位。这么能够直接用单片机内部定时/计数器来完成电子万年历设计。
用单片机内部定时/计数器来制作电子万年历，即使无须外接其它芯片，充足利用了单片机资源，不过计时精度不够高，误差较大，掉电后全部数据将被丢失，且软件编程较为复杂。
在以单片机为关键组成装置中，常常需要一个实时时钟和日历，方便对部分实时发生事件统计时给时标。采取DS1302作为实时时钟芯片，利用单片机进行控制，外加掉电存放电路、显示电路、键盘电路，即组成一个基础电子万年历系统。因为在系统设计时，需要考虑以下几点原因：功耗低、正确度高、软件程较简单，芯片体积小、芯片成本低等，而DS1302芯片有上面所述很多优点，所以本设计采取DS1302作为实时时钟芯片。
2.1.2 显示器选择
此次设计需要显示汉字，假如选择数码管来显示汉字，则需要数十个，这么就会增加成本，而且接线不方便，不符合设计初衷。
LCD1602含有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，对比度可调、内含复位电路、提供多种控制命令等特点，完全满足此次设计需要，所以，选择LCD1602作为显示器进行使用。
2.2总体方案设计
DS1302含有本身计时功效，不过本身却没法显示而且调整时间，这时就不可避免地要使用到单片机STC89C52，它能够作为一个桥梁，架接液晶显示器和DS1302，而且利用单片机输入/输出端口能够实现调整时间功效。
利用单片机STC89C52实现数据显示和调整是整个系统关键所在，在整个系统中，使用单片机P0口作为液晶显示器显示端口，液晶显示器所显示数据全全部经过P0口发送 ，P1口用作调整按键电路连接接口，这么单片机能够很好地完成时间显示和调整。DS1302电子时钟总体设计方案图图1所表示。

图1 DS1302电子时钟总体设计方案图

3 硬件电路设计
3.1单片机最小系统
单片机是电子时钟系统主控制器。其最小系统关键由STC89C52单片机、晶振电路及单片机复位电路组成。
晶振系统由两个30pf陶瓷电容和一个12MHz晶振组成，分别接在XTAL1、XTAL2上，在单片机内部，这两个端口是一个反相放大器输入端，这个放大器组成了片内振荡器，它决定了单片机时钟周期。
单片机有一个复位引脚RST，高电平有效，只要RST保持高电平，单片机将循环复位，复位期间，ALE、PSEN输出高电平。RST从高电平变为低电平以后，PC指针变为0000H，使单片机从程序存放器地址为0000H单元开始实施。当单片机实施程序犯错或进入死循环时，也可按复位按钮重新开启。单片机最小系统图1所表示。

图2单片机最小系统电路

3.2 1302时钟电路
时钟电路是时间计时基础电路，时钟电路通常由DS1302时钟芯片和32.768MHz晶振组成。理论上在晶振两端加两个6pf电容，能够使晶振频率更为正确。DS1302时钟电路图图2所表示。

图3 1302时钟电路
3.3 按键调时电路
按键调时电路关键作用是校正时间，它包含有五个动作：进入(S3)，退出(S6)，加一(S4)，减一(S5)，切换(S2)。要进行校正调时，要首先按开启按钮，开启按键有效以后，其它按键才能被解锁，假如开启按键判定无效，其它按键将被锁定，按退出按键就会退出校正调时状态。按键调时电路图3所表示。

图4按键校正调时电路
4 系统软件设计
因为单片机是可编程控制器， 故需要采取C语言对单片机进行程序编写。主程序关键由DS1302程序、按键调整程序及1602液晶屏程序组成。
4.1 主程序步骤图

图5 主程序步骤图
开始时，先对变量进行初始化，然后对DS1302进行处理，使其不含有写保护，这么才能确保单片机和DS1302进行正常数据交换。给DS1302连续脉冲，接着向1302内部写入地址，直至写完。最终由单片机和DS1302通信，读取DS1302内部地址，直至读取完成，然后单片机把所读到数据传送给1602，使数据显示在液晶屏上，这么，整个主程序步骤图就完成了。主程序步骤图图4所表示。
4.2 子程序步骤图
4.2.1 DS1302子程序步骤图
DS1302子程序步骤图图5所表示。

开始

DS1302初始化

写入数据

计数

是 否 校正 调 时
是

读出数据
否

图6 DS1302子程序步骤图
图5展示了DS1302一个工作步骤：首先是对DS1302进行初始化，使其不受写保护，方便数据写入，在连续脉冲作用下，不停有数据写入1302地址中，直至需要调时，这时改变后数据就会储存在新地址上，读取时便可把新数据传输在1602上，即完成了调时。

4.2.2 1602子程序步骤图

开始

1602初始化

写入数据

是 否 有写 入

否
是
读出数据显示

图7 1602子程序步骤图
1602显示器工作步骤图展示了1602工作步骤：开启时，首先对1602进行初始化，然后检测有没有数据写入，当有数据写入时，1602便读出数据并显示，没有数据写入时，1602就一直处于等候中，直至有数据写入。1602子程序步骤图图6所表示。
4.3 按键校正调时程序

………………
if(num==1)
{
enable(0xc0+12);
if(jia==0)
delay(5);
if(jia==0)
{
while(!jia);
sec=bcdtodec(uc_R1302(0x81)&0x7f);
sec++;
if(sec>59)
sec=0;
L1602_char(2, 12, sec/10+48);
L1602_char(2, 13, sec%10 + 48);
v_W1302(0x80,dectobcd(sec)|0x80);
}
if(jian==0)
delay(5);
if(jian==0)
{
while(!jian);
sec=bcdtodec(uc_R1302(0x81));
sec--;
if(sec==-1)
sec=59;
L1602_char(2, 12, sec/10+48);
L1602_char(2, 13, sec%10 + 48);
v_W1302(0x80,dectobcd(sec)|0x80);
}
}
………………
这是整个调时系统一部分，它实现了时间调整这一功效。全部程序详见附录。

5 实物调试
5.1实物性能分析
用KEIL编写程序软件编写程序、经过Proteus仿真软件仿真调试以后，确定了此系统可正常运行，在这么前提下，我们利用一个单片机最小系统、一块用万用板焊接模块和一个1602液晶完成了第一次实物仿真。此次实物图7所表示。即使此次调试测试没有达成要求，不过为后续工作打下了不可替换基础。

图8 万用板实物
我们在第一次尝试以后，发觉无较大问题存在，于是就尝试着做出了我们此次课程设计第一块PCB板，在仔细检验了整个电路无误以后我们就开始了我们尝试，第一块板造型是深思熟虑以后才最终定稿。可能是因为第一次做双面板，技术不熟练，所以打板时候就难免出现这么那样问题，我们第一块板一样出现了问题：液晶显示器上只显示三个小亮点，不显示数字，实物图8所表示。

图9 第一块PCB板
经过这一次挫折，我们发觉了原来不会犯错地方，无缘无故出现了好多问题，造成了第一次试验没能成功。不过我们并不气馁，经过细致检验，我们找到了大部分问题，最终我们第二块板也很快做出来了，可是问题又出现了：时钟不走。第二块PCB板图9所表示。

图10第二块PCB板
因为时间数据一直不走，我们查阅了好多资料，又认真把相关知识复习了一遍，最终问题处理了：原来是DS1302两个数据传输线电流太小，于是我们就在P3.5、P1.6端口加上了上拉电阻，加大了电流，最终我们完成了设计。完成实物图10所表示。

图11 最终设计
5.2 总结
首先，这次设计让我们愈加了解了单片机及其利用，让我们受益匪浅，在这次设计中，我们想挑战一下自己，于是就选择了1602液晶屏来显示数字时钟，我们知道这对我们来说还是有难度，不过我相信我们一定会克服这个困难，因为我坚信只有给自己真正压力，自己才会取得真正知识！
在整个方案探究和决议中，我们自己动手分析设计程序加深了对自己未知知识了解和对指令灵活利用。经过对程序编译和电路仿真，让我们愈加熟悉了仿真软件应用，最关键是使我们能够更直观看到程序运行结果，这给了我们极大地激励和信心！
另外，经过这次单片机课程设计，不仅对我们动手能力有深入提升，而且还对我们性格成长上也产生了很大影响：设计操作量大，对我们习惯和技能要求高，对我们素质发展有着相当关键作用，要在操作前应该认真学习理论知识，方便愈加好地指导实践，以后应该继续思索，把理论和实践愈加好地结合起来，凡事不能操之过急，静下心来，认真思索，谨慎处理好动手和动脑有效结合。这种改变无疑让我们在以后生活中能获取更多益处和经验。
此次课程设计给我印象最深刻是它给我们启发：理论和实践是两个不一样过程，理论是不能等于实践，反之也不行，二者是有区分，有时理论是正确，实践不一定能表现出来。实践出来了，不一定能和理论稳合呼应。比如，我们在仿真时候，我们电路和程序没有问题，完全正确，试验结果也和我们预期一样，这是我们产生了“此次设计如此简单，只要把电路图连对就行了”错误想法，结果做出来实物并没有根据我们预期展现给我们：又有问题了！
经过我们认真仔细检验，又查阅了众多资料，把以前资料又习一遍，最终问题找到了。在找到问题那一瞬间，我真切感受到了理论和实际切切实实联络，全部东西并不是理论是正确，实际也是正确：我们根据仿真电路图连结起来电路在真正做出来时，DS1302两个数据传输端口因为电流过小而不能工作，我们在P3.5和1.6端口后面接上了上拉电阻，这么我们作品才真正完成了。
“读万卷书，不如行万里路”，现在我最终明白这句从古至今全部在流传话了，一句名言存在自有它存在道理。我们会谨记此次设计带给我们启发，我们一定会认真去思，仔细去体会此次设计真正意义……

参考文件
[1]谭浩强主编. C程序设计题解和上机指导（第3版）[M]. 北京，清华大学出版社，.16-24
[2]谢维成 杨家国 董秀成,单片机原理和应用及C51程序设计（第2版）[M],北京，清华大学出版社，.7.25-36

附录1
（1） 系统总电路图
系统总电路图，图11所表示。

图11 系统总电路图
（2） 系统仿真图
系统仿真图，图12所表示。

图12 系统仿真图

（3） PCB板
设计使用PCB图13、14所表示

图13 PCB板正面

图14 PCB板反面
附录2
程序清单：
#include<reg52.h>
#include<intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit ACC0 = ACC^0;
sbit ACC7 = ACC^7;
sbit t=P1^0;
sbit jia=P1^1;
sbit jian=P1^2;
sbit m=P1^3;
sbit T_CLK = P1^6;
sbit T_IO = P3^5;
sbit T_RST = P1^7;
sbit E=P2^7; //1602
sbit RW=P2^6;
sbit RS=P2^5;
void v_W1302(uchar ucAddr, uchar ucDa);
uchar uc_R1302(uchar);
uchar dectobcd(uchar bcd);
uchar bcdtodec(uchar);
void delay(uchar x)
{
uchar i;
while(x--)
for(i=0;i<110;i++);
}

void enable(uchar del)
{
RS = 0;
RW = 0;
P0 = del;
E = 1;
delay(3);
E=0;
}

void write(uchar del)
{
RS = 1;
RW = 0;
P0 = del;
E = 1;
delay(3);
E=0;
}

void L1602_init(void)
{
enable(0x01);
enable(0x38);
enable(0x06);
enable(0x0c);
E=0;
}

void L1602_char(uchar hang,uchar lie,char sign)
{
uchar a;
//if(hang == 1) a = 0x80;
if(hang == 2) a = 0xc0;
a = a + lie - 1;
enable(a);
write(sign);
}

void timechange()
{
uchar a,num=1;
uchar hour,min,sec;

while(num)
{
if(t==0)
delay(5);
if(t==0)
{
num++;
// beep();
while(!t);
}

if(m==0)
delay(5);
if(m==0)
num=0;
enable(0x0f);
a=uc_R1302(0x81)|0x80;
v_W1302(0x8e,0);
v_W1302(0x80,a);

if(num==4)
num=1;
if(num==1)
{
enable(0xc0+12);
if(jia==0)
delay(5);
if(jia==0)
{
while(!jia);
sec=bcdtodec(uc_R1302(0x81)&0x7f);
sec++;
if(sec>59)
sec=0;
L1602_char(2, 12, sec/10/*%10*/+48);
L1602_char(2, 13, sec%10 + 48);
v_W1302(0x80,dectobcd(sec)|0x80);
}
if(jian==0)
delay(5);
if(jian==0)
{
while(!jian);
sec=bcdtodec(uc_R1302(0x81));
sec--;
if(sec==-1)
sec=59;
L1602_char(2, 12, sec/10/*%10*/+48);
L1602_char(2, 13, sec%10 + 48);
v_W1302(0x80,dectobcd(sec)|0x80);
}
}
if(num==2)
{
enable(0xc0+9);
if(jia==0)
delay(5);
if(jia==0)
{
min = bcdtodec(uc_R1302(0x83));
min++;
while(!jia);
if(min>59)
min=0;
L1602_char(2, 9, min / 10 /*% 10 */+ 48);
L1602_char(2, 10, min % 10 + 48);
v_W1302(0x82,dectobcd(min));
}
if(jian==0)
delay(5);
if(jian==0)
{
min = bcdtodec(uc_R1302(0x83));
min--;
while(!jian);
if(min==-1)
min=59;
L1602_char(2, 9, min / 10/*% 10 */+ 48);
L1602_char(2, 10, min % 10 + 48);
v_W1302(0x82,dectobcd(min));
}
}
if(num==3)
{
enable(0xc0+6);
if(jia==0)
delay(5);
if(jia==0)
{
hour = bcdtodec(uc_R1302(0x85));
hour++;
while(!jia);
if(hour>23)
hour=0;
L1602_char(2, 6, hour / 10 /*% 10*/ + 48);
L1602_char(2, 7, hour % 10 + 48);
v_W1302(0x84,dectobcd(hour));
}
if(jian==0)
delay(5);
if(jian==0)
{
while(!jian);
hour = bcdtodec(uc_R1302(0x85));
hour--;
if(hour==-1)
hour=23;
L1602_char(2, 6, hour / 10/* % 10*/+ 48);
L1602_char(2, 7, hour % 10 + 48);
v_W1302(0x84,dectobcd(hour));
}
}
}
if(num==0)
{
enable(0x0c);
}
v_W1302(0x80,uc_R1302(0x81)&0x7f);
}

void v_RTInputByte(uchar ucDa)
{
uchar i;
ACC = ucDa;
T_RST = 1;
for(i=8; i>0; i--)
{
T_IO = ACC0;
T_CLK = 1;
T_CLK = 0;
ACC = ACC >> 1;
}
}

uchar uc_RTOutputByte(void)
{
uchar i;
T_RST = 1;
for(i=8; i>0; i--)
{
ACC = ACC >>1;
ACC7 = T_IO;
T_CLK = 1;
T_CLK = 0;
}
return(ACC);
}

void v_W1302(uchar ucAddr, uchar ucDa)
{
T_RST = 0;
T_CLK = 0;
T_RST = 1;
v_RTInputByte(ucAddr);
_nop_();
_nop_();
v_RTInputByte(ucDa);
T_CLK = 1;
T_RST = 0;
}

uchar uc_R1302(uchar ucAddr)
{
uchar ucDa;
T_RST = 0;
T_CLK = 0;
T_RST = 1;
v_RTInputByte(ucAddr);
_nop_();
_nop_();
ucDa = uc_RTOutputByte();
T_CLK = 1;
T_RST = 0;
return(ucDa);
}

uchar bcdtodec(uchar bcd)
{
uchar data1;
data1=((bcd&0x70)>>4)*10+(bcd&0x0f);
return data1;
}
uchar dectobcd(uchar dec)
{
uchar dat;
dat=((dec/10)<<4|(dec%10));
return dat;
}

void Write_DS1302Init(void)
{
v_W1302(0x8e,0);
v_W1302(0x80,0x00);
v_W1302(0x8e,0);
v_W1302(0x82,0x00);
v_W1302(0x8e,0);
v_W1302(0x84,0x00);
}

void Run_DS1302(void)
{
uchar sec, min, hour;
v_W1302(0x8f, 0);
sec = bcdtodec(uc_R1302(0x81));
v_W1302(0x8f, 0);
min = bcdtodec(uc_R1302(0x83));
v_W1302(0x8f, 0);
hour = bcdtodec(uc_R1302(0x85));
L1602_char(2, 6, hour / 10 /*% 10 */+ 48);
L1602_char(2, 7, hour % 10 + 48);
L1602_char(2, 8, ':');
L1602_char(2, 9, min / 10/* % 10 */+ 48);
L1602_char(2, 10, min % 10 + 48);
L1602_char(2, 11, ':');
L1602_char(2, 12, sec / 10 /*% 10*/ + 48);
L1602_char(2, 13, sec % 10 + 48);
}
void int0() interrupt 0
{
timechange();
}

void Main(void)
{
L1602_init();
EA=1;
EX0=1;
IT0=1;
while(1)
{
if((t==0)&&(m==0))
{
Write_DS1302Init();
}
Run_DS1302();
}
}