单片机原理专业课程设计基于ATC的电子时钟设计.doc

单片机原理课程设计

题 目:
基于AT89C52电子时钟设计

姓 名:

学 院:

专 业:

班 级:

学 号:

指导老师:

年月日
南京农业大学教务处制

aortiu

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………2
关键词 ……………………………………………………………………………2
引言 ……………………………………………………………………………2
1设计要求和方案论证 …………………………………………………………2
1.1设计要求 ………………………………………………………………2
1.2系统方案选择方案和论证 ……………………………………………2
1.2.1单片机芯片选择方案和论证……………………………………2
1.2.2 显示模块选择方案和论证 …………………………………………3
1.2.3 时钟芯片选择方案和论证 ………………………………………3
2.系统硬件设计和实现…………………………………………………3
2.1电路设计框图 …………………………………………………………3
2.2系统硬件概述 …………………………………………………………3
2.3 关键单元电路设计 ……………………………………………………4
2.3.1 单片机主控制模块设计 ……………………………………………4
2.3.2时钟电路模块设计 ………………………………………………4
2.3.3 键盘模块设计 …………………………………………………………5
2.3.4蜂鸣器模块设计 …………………………………………………5
2.3.5显示模块设计 ……………………………………………………5
3. 系统软件设计 ………………………………………………………6
3.1程序步骤框图 ……………………………………………………………6
3.2程序设计 ………………………………………………………………7
4.系统调试 ……………………………………………………………………7
4.1软件调试 …………………………………………………………………7
4.2硬件调试 …………………………………………………………………8
4.3 试验箱调试结果 ……………………………………………………………………8
5.总结心得体会 ……………………………………………………………………9

附录一：系统程序 ……………………………………………………………9

基于AT89C52电子时钟设计
指导老师：吕成绪 胡飞

摘要：单片机在电子产品中应用越来越广泛，尤其是51系列单片机，因为其使用方便、价格低廉等优势，在市场上占有很大份额。AT89C52就是51系列中一个比较成熟型号。本设计是一个多功效实时时钟，带秒表、整点报时、闹铃、调整时间等功效。可按键直接设置闹铃时间。由AT89C51单片机、DS1302、LCD1602等模块组成。现代社会，时间就是金钱，时钟是每个人必备品。本设计实现了所需功效，给大家带来方便，整体性好、人性化强、可靠性高，实现了时钟多功效应用。
关键词：电子时钟；DS1302；LCD1602；

引言：
伴随科技快速发展，时间流逝,从观太阳、摆钟到现在电子钟，人类不停研究，不停创新纪录。美国DALLAS企业推出含有涓细电流充电能低功耗实时时钟电路DS1302。它能够对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，还含有闰年赔偿等多个功效，而且DS1302使用寿命长，误差小。对于数字电子时钟采取直观数字显示，能够同时显示年、月、日、周日、时、分、秒和温度等信息，还含有时间校准等功效。该设计以AT89C51单片机作为关键，功耗小，能在3V低压工作，电压可选择3~5V电压供电。
总而言之，此电子时钟含有读取方便、显示直观、功效多样、电路简练、成本低廉等很多优点，符合电子仪器仪表发展趋势，含有宽广市场前景。

1.设计要求和方案
1.1　设计要求：
(1)开启时显示制作年、月、日、制作者学号等信息。
(2)二十四小时计时功效（正确到秒）
(3)整点报时功效。
(4)秒表功效
(5)省电功效模式（未设计）
1.2 系统基础方案选择
1.2.1单片机芯片选择方案和论证
方案一:
采取89C51芯片作为硬件关键，采取Flash ROM，内部含有4KB ROM 存放空间,能于3V超低压工作,而且和MCS-51系列单片机完全兼容,不过利用于电路设计中时因为不含有ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时，因为程序错误修改或对程序新增功效需要烧入程序时，对芯片数次拔插会对芯片造成一定损坏。
方案二:
采取AT89S52,片内ROM全全部采取Flash ROM；能以3V超底压工作；同时也和MCS-51系列单片机完全该芯片内部存放器为8KB ROM 存放空间，一样含有89C51功效，且含有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，因为程序错误修改或对程序新增功效需要烧入程序时，不需要对芯片数次拔插，所以不会对芯片造成损坏。
相比之下，我们在试验箱实际仿真时选择采取AT89S52作为主控制系统，因为proteus库中没有AT89S52，在原理图仿真时采取了AT89C51.
1.2.2 显示模块选择方案和论证
方案一：采取点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采取在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示.
方案二：采取LCD液晶显示器,液晶显示器显示功效强大,显示多样,清楚可见.
本设计采取LCD1602.

1.2.3时钟芯片选择方案和论证
方案一：
直接采取单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、时、分、秒计数。采取此种方案即使降低芯片使用，节省成本，不过，实现时间误差较大。所以不采取此方案。

方案二：
采取DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一个高性能时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年和闰年赔偿年进行计数，而且精度高,位RAM做为数据暂存区，工作电压2.5V～5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA.
综上各方案所述,对此次作品方案选定: 采取AT89C52作为主控制系统， DS1302提供时钟计时，LCD1602屏幕显示.

2.系统硬件设计和实现
2.1 电路设计框图

AT89C51

单片机
模 块

LCD1602
显示模块

DS1302 时钟模块
键盘模块

2.2 系统硬件概述

本电路是由AT89C51单片机为控制关键，含有在线编程功效，低功耗，能在3V超低压工作；时钟电路由DS1302提供，它是一个高性能、低功耗、带RAM实时时钟电路，它能够对年、月、日、时、分、秒进行计时，含有闰年赔偿功效，工作电压为2.5V～5.5V。采取三线接口和CPU进行同时通信，并可采取突发方法一次传送多个字节时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31*8用于临时性存放数据RAM寄存器。可产生年、月、日、周日、时、分、秒，含有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时含有掉电自动保留功效；显示部份由LCD1602组成.

2.3 关键单元电路设计

2.3.1单片机主控制模块设计

图-1 主控制系统

AT89C51单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3。
单片机最小系统如上图所表示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容一端,在片内它是振荡器倒相放大器输入,XTAL2接外部晶振和微调电容另一端,在片内它是振荡器倒相放大器输出.第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路.图-1 所表示.

2.3.2时钟电路模块设计

图-2 DS1302引脚图

图-2示出DS1302引脚排列，其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。在主电源关闭情况下，也能保持时钟连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2二者中较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768KHz晶振。RST是复位/片选线，经过把RST输入驱动置高电平来开启全部数据传送。RST输入有两种功效：首先，RST接通控制逻辑，许可地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据传送手段。当RST为高电平时，全部数据传送被初始化，许可对DS1302进行操作。假如在传送过程中RSTS置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电动行时，在Vcc大于等于2.5V之前，RST必需保持低电平。中有在SCLK 为低电平时，才能将RST置为高电平，I/O为串行数据输入端（双向）。SCLK一直是输入端。

2.3.3 键盘模块设计

图-3 键盘模块
图-3，K1、K2、K3、K4均为多功效键。K1为秒表设置键，按K4键时为时钟确定键；K2在K4按下时为时钟下调键，在K3按下时为闹钟确定键，在K1按下时为秒表开始键；K3为闹钟设置键，在K4按下时为时钟上调键，在K1按下时为秒表暂停键；K4为时钟设置键，在K3按下时为闹钟移位键，在K1按下时为秒表退出键。

2.3.4蜂鸣器模块设计

图-4 声音输出模块
闹铃时间到和整点时，P3_7给低电平，蜂鸣器响。

2.3.5显示模块设计

图-5 LCD显示输出模块
图—5，1脚VSS和3脚VEE为电源接地，第2管脚VDD接电源，第4管脚RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器；RW为读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作；E(或EN)端为使能(enable)端； 　　第7～14脚D0～D7为8位双向数据端。控制和数据端全部接了上拉电阻用来驱动。

3.系统软件设计
3.1程序步骤框图

图-A 主程序步骤图

图-B 时间调整程序步骤图

3.2 程序设计
见附录

4.系统调试
4.1软件调试结果

时钟主界面 用户

设置闹铃界面 秒表界面

时钟仿真图

4.2 硬件调试结果

起初蜂鸣器有点问题不响，以后发觉是定义错端口引发。其它功效正常。

4.3 试验箱调试结果
实现功效具体方法：
时钟主界面时按下K1键进入秒表功效，按K2秒表开始，再按K3秒表停，按键K4返回时间显示；按K4开始调试（移位“年→秒”），接着按K2、K3调整时间增减；按K2开启闹钟，K3调整时间，K4（移位“时分”）；按“年→秒”次序移位，按键K2进行减运算，按键K3进行加运算，按键K1返回到主界面并显示设置值。
按下K3键,实现闹钟定时调整，按键K4进行“分-秒”移位，按键K3进行上调，按键K2返回到主界面。
主界面K2实现开启/关闭闹钟功效。
按下K1键进入秒表，按键K2开始计时，K3暂停计时，K4返回到主界面。

5.总结心得体会：
这次实习我们组选择是电子时钟设计。实习任务包含理论设计、调试和仿真、撰写设计汇报等。其中理论设计又包含选择总体方案，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包含单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包含模块化层次结构图，程序步骤图。程序设计是课程设计关键步骤，开始认为时钟会很简单，就算碰到问题应该也很好处理，但当自己真正去做时候，发觉了好多困难。于是查资料，问同学。经过和同学探讨，经过调试深入完善程序设计，最终即使省电模式没实现但其它基础达成课题所要求指标。完成了实习任务。这次实习我愈加了解了单片机应用，愈加牢牢掌握了书本知识和现实结合，总而言之这是实习收获很大，以后还需多动手实践，多练习编程，才能熟练掌握单片机。
窗体顶端

附录一：
程序：
#include<reg52.h>
#include<INTRINS.H>
#include<lcd1602.h>
#include<ds18b20.h>

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define TIME (0X10000-50000)
#define FLAG 0xf4 //闹钟标志

sbit rst=P1^2; //DS
sbit clk=P1^0;
sbit dat=P1^1;
sbit rs=P2^0; //LCD
sbit rw=P2^1;
sbit e=P2^2;
sbit beep=P1^3;
sbit mbkey=P1^4;

uchar k;
uchar flag;
uchar i=20,j,time1[16];
uchar alarm[2],time2[15],time[3];time5[3];
uchar code Day[]={31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31}; //12个月最大日期(非闰年)
uchar key2num,ms=0,mbmiao=0,mbfen=0,mbkeynum,num; //ms秒表进数， mbmiao.mbfen秒表秒.分，key2num是key5计数

uchar code table[]=" 32210324 GYY";
uchar code table1[]=" 32210326 GLQ";
uchar code table4[]=" 00:00:00 MB ";

void delay(uint z)
{ uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}

delay1ms(uchar time) //延时1ms
{ uchar i,j;
for(i=0;i<time;i++)
{ for(j=0;j<250;j++);}
}

//LCD驱动部分
enable()
{ rs=0;
rw=0;
e=0;
delay1ms(3);
e=1;
}
write2(uchar i)
{ P0=i;
rs=1;
rw=0;
e=0;
delay1ms(2);
e=1;
}
write1(uchar data *address,m)
{ uchar i,j;
for(i=0;i<m;i++,address++)
{ j=*address;
write2(j);
}
}
//LCD显示
lcdshow()
{ P0=0XC; //显示器开、光标关
enable();
P0=0x80; //第一行0~15
enable();
write1(time1,16);
P0=0xc1; //第二行1~14
enable();
write1(time2,15);
}

//DS1302读写子程序
write(uchar address)
{ uchar i;
clk=0;
_nop_();
rst=1;
_nop_();
for(i=0;i<8;i++)
{ dat=address&1;
_nop_();
clk=1;
address>>=1;
clk=0;
}
}
uchar read()
{ uchar i,j=0;
for(i=0;i<8;i++)
{ j>>=1;
_nop_();
clk=0;
_nop_();
if(dat)
j|=0x80;
_nop_();
clk=1;
}
return(j);
}
//部分显示数据初始化
timestart()
{
time1[6]=time1[9]='-';
time1[2]='2',time1[3]='0';
time2[2]=time2[5]=':';
write(0xc1);
alarm[0]=read();
rst=0;
write(0xc3);
alarm[1]=read();
rst=0;
write(0xc5);
time1[0]=read();
rst=0;
}
//读取时间
readtime()
{ uchar i,m,n;
write(0x8d); //读取年份
m=read();
rst=0;
time1[4]=m/16+0x30;
time1[5]=m%16+0x30;

time1[15]=m+0x30;
for(i=7,n=0x89;i<11;i+=3,n-=2) //读取月份和日期
{ write(n);
m=read();
rst=0;
time1[i]=m/16+0x30;
time1[i+1]=m%16+0x30;
}
for(m=0,i=0,n=0x85;i<7;i+=3,n-=2,m++) //读取时,分,秒
{ write(n);
time[m]=read(); //将实时时分秒给time[]
rst=0;
time2[i]=time[m]/16+0x30;
time2[i+1]=time[m]%16+0x30;
}
}

baoshi() //整点报时
{ beep=1;
if(time[1]==0)
if(time[2]==0)
{beep=0;delay(10);beep=1;}
}

//闹钟部分
showalarm()
{ uchar i;
for(i=1;i<10;i++)
{beep=0;delay(1000);beep=1;}
}
//依据日期变动自动调整星期

//设置时间
settime()
{
uchar i=0x85,year,month,day,n;
time2[6]=time2[7]=0x30,time1[14]=time1[15]=0x20;
lcdshow();
while(1)
{
P0=0x0e; //显示器开显示、开光标
enable();
P0=i; //定光标
enable();
P1=0xf0;
if(P1!=0Xf0) //有按钮按下
{
delay1ms(100); //延时0.1s去抖动
if(P1!=0Xf0)
{
j=7;
if(P1==0X70) //K1，设置时钟
{
i+=3;
if(i==0x8e)
i=0xc2;
else if(i>0xc5)
i=0x85;
}
else if(P1==0xb0) //K2，上调
{
year=(time1[4]&0xf)*10+(time1[5]&0xf);
month=(time1[7]&0xf)*10+(time1[8]&0xf);
day=(time1[10]&0xf)*10+(time1[11]&0xf);
if(i==0x85)
{
year++;
if(year>99)
year=0;
if((year%4)!=0)
if(month==2&&day==29)
day=28;
}
else if(i==0x88)
{
month++;
if(month>12)
month=1;
if(day>Day[month-1])
{
day=Day[month-1];
if(month==2&&(year%4)==0)
day=29;
}
}
else if(i==0x8b)
{
day++;
if(day>Day[month-1])
{
if(month==2&&(year%4)==0)
{
if(day>29)
day=1;
}
if(month!=2)
day=1;
}
}
else if(i==0xc2)
{
n=(time2[0]&0xf)*10+(time2[1]&0xf);
n++;
if(n>23)
n=0;
time2[0]=n/10+0x30;
time2[1]=n%10+0x30;
}
else
{
n=(time2[3]&0xf)*10+(time2[4]&0xf);
n++;
if(n>59)
n=0;
time2[3]=n/10+0x30;
time2[4]=n%10+0x30;
}
time1[4]=year/10+0x30;
time1[5]=year%10+0x30;
time1[7]=month/10+0x30;
time1[8]=month%10+0x30;
time1[10]=day/10+0x30;
time1[11]=day%10+0x30;
lcdshow();
}

else if(P1==0xd0) //K3，下调
{ year=(time1[4]&0xf)*10+(time1[5]&0xf);
month=(time1[7]&0xf)*10+(time1[8]&0xf);
day=(time1[10]&0xf)*10+(time1[11]&0xf);
if(i==0x85)
{
year--;
if(year<1)
year=99;
if((year%4)!=0)
if(month==2&&day==29)
day=28;
}
else if(i==0x88)
{
month--;
if(month<1)
month=12;
if(day>Day[month-1])
{
day=Day[month-1];
if(month==2&&(year%4)==0)
day=29;
}
}
else if(i==0x8b)
{
day--;
if(day<1)
{
if(month==2&&(year%4)==0)
{
day=29;
}
if(month!=2)
day=Day[month-1];
}
}
else if(i==0xc2)
{
n=(time2[0]&0xf)*10+(time2[1]&0xf);
n--;
if(n<0)
n=23;
time2[0]=n/10+0x30;
time2[1]=n%10+0x30;
}
else
{
n=(time2[3]&0xf)*10+(time2[4]&0xf);
n--;
if(n<0)
n=59;
time2[3]=n/10+0x30;
time2[4]=n%10+0x30;
}
time1[4]=year/10+0x30;
time1[5]=year%10+0x30;
time1[7]=month/10+0x30;
time1[8]=month%10+0x30;
time1[10]=day/10+0x30;
time1[11]=day%10+0x30;
lcdshow();
}

else if(P1==0xe0) //K4,确定设置
{ delay1ms(1000);
write(0x8c);
write((time1[4]&0xf)*16+(time1[5]&0xf));
rst=0;
write(0x8a);

rst=0;
for(i=7,n=0x88;i<11;i+=3,n-=2)
{
write(n);
write((time1[i]&0xf)*16+(time1[i+1]&0xf));
rst=0;
}
for(i=0;i<7;i+=3,n-=2)
{
write(n);
write((time2[i]&0xf)*16+(time2[i+1]&0xf));
rst=0;
}
TR0=0;
return;
}
else
{
TR0=0;
return;
}
}
}
if(j==0)
{
TR0=0;
return;
}
}
}
//设置闹钟
setalarm()
{
uchar i,n;
for(i=1;i<16;i++)
{
time1[i]=0x20;
}

time2[0]=alarm[0]/16+0x30;
time2[1]=(alarm[0]&0x0f)+0x30;
time2[3]=alarm[1]/16+0x30;
time2[4]=(alarm[1]&0x0f)+0x30;
time2[6]=time2[7]=0x30;
lcdshow();
i=0xc2;
while(1)
{
P0=0xe; //显示器开、光标开
enable();
P0=i; //定光标
enable();
P1=0xf0;
if(P1!=0Xf0) //有按钮按下
{
delay1ms(100); //延时0.1s去抖动
if(P1!=0Xf0)
{
j=7;
if(P1==0X70)
{
i+=3;
if(i>0xc5)
i=0xc2;
}
else if(P1==0xb0) //按K2，设闹钟
{
if(i==0xc2)
{
n=(time2[0]&0xf)*10+(time2[1]&0xf);
n++;
if(n>23)
n=0;
time2[0]=n/10+0x30;
time2[1]=n%10+0x30;
}
else
{
n=(time2[3]&0xf)*10+(time2[4]&0xf);
n++;
if(n>59)
n=0;
time2[3]=n/10+0x30;
time2[4]=n%10+0x30;
}
lcdshow();
}
else if(P1==0xd0) //确定闹钟设置
{
write(0xc0);
write((time2[0]&0x0f)*16+(time2[1]&0x0f));
rst=0;
write(0xc2);
write((time2[3]&0xf)*16+(time2[4]&0xf));
rst=0;
time1[0]=FLAG;
write(0xc4);
write(time1[0]);
rst=0;
TR0=0;
timestart();

return;
}
else
{
TR0=0;
timestart();
return;
}
}
}
if(j==0)
{
TR0=0;
timestart();
return;
}
}
}

//lcdwrite() LCD写指令
void lcdwrite(uchar write)
{
rs=0;
P0=write;
delay(1);
e=1;
delay(1);
e=0;
}

//lcdshuju() LCD写数据
void lcdshuju(uchar shuju)
{
rs=1;
P0=shuju;
delay(1);
e=1;
delay(1);
e=0;
}

//秒表部分
void write_sfm(uchar add ,uchar date) //秒显示函数
{ uchar shi,ge;
shi=date/10;
ge=date%10;
lcdwrite(0x80+0x40+add);
lcdshuju(0x30+shi);
lcdshuju(0x30+ge);
}

void mbiao( ) //秒表函数
{ lcdwrite(0x80+0x40);
for(num=0;num<16;num++)
lcdshuju(table4[num]);
start:
while(1)
{ if(P1!=0Xf0)
{ delay1ms(100); //延时0.1s去抖动
if(P1!=0Xf0)
if(P1==0xd0) //秒表开始计数
{TR1=1;
ET1=1;
}
else if(P1==0xb0) //秒表暂停计数
{ TR1=0;
}
else if(P1==0x70) //退出
{return;
}
goto start;

}

}
}

void init()
{ e=0;
rw=0;
lcdwrite(0x38);//显示模式
lcdwrite(0x0c);//开显示，光标不闪烁
lcdwrite(0x80);
for(i=0;i<16;i++)
{
lcdshuju(table[i]);
delay(200);
}
lcdwrite(0x80+0x40);
for(i=0;i<16;i++)
{
lcdshuju(table1[i]);
delay(200);
}
delay(500);
lcdwrite(0x01);

}
main()
{
init();
IE=0X82;
TMOD=0x11;
write(0x8E); //关闭写保护
write(0);
rst=0;
P0=1; //清屏并光标复位
enable();
P0=0X38; //设置显示模式:8位2行5x7点阵
enable();
P0=6; //文字不动,光标自动右移
enable();
timesta