单片机课程设计实验报告(时钟、日历)...doc

基于单片机的电子钟设计

目录
第一章 电子时钟设计---------------------------------2
1.1 设计原理简介-------------------------------------2
1.2 设计功能------------------------------------------3
第二章 主要电路元器件介绍------------------------3
2.1 STC89C52 单片机简介----------------------------3
2.1.1 单片机简介----------------------------------------3
2.1.2 主要特性------------------------------------------3
2.1.3 管脚功能说明--------------------------------------4
2.1.4 LCD1602-----------------------------------------5
第三章 单元电路的硬件设计------------------------6
3.1 硬件原理框图---------------------------------------6
3.2 单片机 STC89C52 系统的设计-------------------------6
3.3 时钟电路-------------------------------------------7
3.4 复位电路-----------------------------------------------------------------------------7
3.5 键盘接口电路---------------------------------------8
3.6 LCD1602显示----------------------------------------8
第四章 设计总原理图---------------------9
第五章 心得体会-------------------------9
第六章 源程序---------------------------------------10

课程设计题目
电子时钟、日历
任务下达日期
2013年6月17日
设计提交期限
2013 年7 月5日
设计主要
内容
使用89C51、LCD1602，设计一个能同时显示“年月日”
“时分秒”和“星期”的电子作品
主要技术要求及参数
基本要求：
1．时钟走一天的误差小于1秒钟
2．时间、星期、日历均可以通过按键调节设置

成果提交形式
技术报告一份，制作实物一件。
设计进度安排

第1周查资料，研究设计题目、内容及要求并进行初步设计。
第2周设计、安装及调试，并撰写设计报告。
第2周周五上午提交设计报告并现场答辩。

前言：

摘要 
数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但鉴于单片机的定时器功能也可以完成数字钟电路的设计，因此进行数字钟的设计是必要的。在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路，写程序、调试电路的能力。单片
机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。

一、作品介绍
该电子钟使用AT89S51为核心，采用LCD1602液晶屏显示，动态显示技术。产用外部接5V电源供电，内部添加了一个4.8V左右的电池以防突然断电后还能保持原先数据不变。该产品简单易于操作，可以实现以下功能：
1、显示年份，格式“年、月、日” 
2、时间显示为24小时制，格式“时时”“分分”“妙妙”
3、显示星期,用英文字符表示如星期一“MON”
二、 设计目的 
1、巩固、加深和扩大51系列单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力； 
2、 学会怎么使用LCM602，并且要知道它的组成与构造。 
3、学会查阅书籍，并且要能够熟练编写程序、仿真、绘画流程图、原理图及BCP图。 
4、对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉用51单片机做系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。
三、设计要求 
1上电以后自动进入计时状态。 
2、 设计键盘调整时间，完成年月日、星期、时间的设计。
3、 采用AT89S51为核心控制芯片，用LCD1602作为显示屏。

第一章

1.1 设计原理简介
该设计设计一个电子时钟，我们采用的是 STC89C52 单片机用软件实现计数和显示。该单片机是一个微型计算机，包括中央处理器 CPU，RAM，ROM、I/O 接口电路、定时计数器、串行通讯等，是时钟计数设计的核心。该时钟原理框图如图 1.1，总体原理为：利用 STC89C52 单片机构造电子时钟，可显示年、月、日、星期、时、分、秒，通过 C 语言对单片机的编程即可产生相应的计时功能，并可以通过键盘进行时间的调整的控制。

图 2.1 信号发生器原理框图
本方案其主要模块包括复位电路、时钟信号、键盘控制、LCD1602 显示。其各个模块的作原理如下：
（1）复位电路是为单片机复位使用，使单片机接口初始化；89C52 等 CMOS51 系列
单片机的复位引脚 RET 是施密特触发输入脚，内部有一个上拉低电阻，当振荡器起振以后，在 RST 引脚上输出 2 个机械周期以上的高电平，器件变进入复位状态开始，此时ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3 输出高电平，RST 上输入返回低电平以后，变退出复位状态开始工作。该方案采用的是人工开关复位，在系统运行时，按一下开关，就在 RST 断出现一段高电平，使器件复位。
（2）时钟信号是产生单片机工作的时钟信号，控制着计算机的工作节奏，可以通过提高时钟频率来提高 CPU 的速度。89C52 内部有一个可控的反相放大器，引脚 XTAL1、XTAL2为反相放大器输入端和输出端，在 XTAL1、XTAL2 上外接 12MHZ 晶振和 30pF 电容便组成振荡器。时钟信号常用于 CPU 定时和计数。
（3）键盘模块是是用于控制信号输入的类型，当按键按下时，可以通过单片机编STC89C52单片机数接口电路键盘输入程读取闭合的键号，实现相应的时间调整。其步骤主要是 a、断是否有键按下；b、去抖动，延时 20ms 左右；c、识别被按下的键号；d、处理，实现功能。
（4）LCD1602显示，通过单片机控制把数据送到LCD1602上显示。

1.2 设计功能
（1）本设计利用 3 位（P3.0 、P3.1、P3.2）控制时间的调整，其中当 P3.0=0对要调整的年、月、日、星期、时、分、秒的切换；当 P3.1=0进行加1设置；当 P3.2=0进行减1设置。
（2）本设计利用LCD1602液晶显示进行时间的显示，由单片机的P0端口进行数据的传输；LCD的4（RS）接P2.5， 5（RW）接P2.6, 6（E）接P2.7。

第二章 主要电路元器件介绍

2.1 STC89C52 单片机简介
2.1.1 单片机简介
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。该芯片具有优异的性价比，集成度高，体积小，可靠性强，控制功能强等优点。其外形及引脚排列如图 2.1 所示。

2.1.2 主要特性 图 2.1
（1）兼容性能强
（2）4K 字节可编程 FLASH 存储器
（3）全静态工作：0Hz-24MHz
（4）128×8 位内部 RAM
（5）32 可编程 I/O 线
（6）两个 16 位定时器/计数器
（7）5 个中断源
（8）可编程串行通道
（9）低功耗的闲置和掉电模式
（10）片内振荡器和时钟电路

2.1.3 管脚功能说明
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。当P0口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口作为AT89C51的一些特殊功能口，管脚 备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（计时器0外部输入）
P3.5 T1（计时器1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）
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA / VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
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。
2.1.4 LCD1602
这里介绍的字符型液晶模块是一种用 5x7 点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为 1 行 16 个字、2 行 16 个字、2 行 20个字等等，这里以常用的 2 行 16 个字的 1602 液晶模块来介绍它的编程方法。1602 采用标准的 16 脚接口，其中:
第 1 脚：VSS 为地电源
第 2 脚：VDD 接 5V 正电源
第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K 的电位器调整对比度
第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。
第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第 7～14 脚：D0～D7 为 8 位双向数据线。
第15脚：背光电源正极
第16脚：背光电源负极

第三章 单元电路的硬件设计

硬件原理硬件电路的设计决定一个系统的的功能，是设计的基础所在，而一般设计的标：可靠，简洁，高效，优化，好的硬件电路可以给程序的编写带来极大的优势，同时使可以很好的提高该信号设计的精度和灵敏度，使整个系统工作协调有序。
3.1 硬件原理框图
对于该电子时钟的设计，我们采用了以STC89C52单片机芯片作为核心处理器，编程实现时间的计时，最后通过 LCD1602的显示。结构简单，思路仅仅有条，而根据设计的基本要求，我们又把其细分为不同的功能模块，各个功能模块相互联系，相互协调，通过单片机程序构成一个统一的整体，其整体电路原理框
如图3.1 所示： 图3.1

3.2 单片机 STC89C52 系统的设计
89C52 单片机是该信号发生器的核心，具有 2 个定时器，32 个并行 I/O 口，1 个串行 I/O 口，5 个中断源。由于本设计功能简单，数据处理容易，数据存储空间也足够，因为我们采用了片选法选择芯片，进行芯片的选择和地址的译码。

单片机引脚分配如下：
XTAL1，XTAL2：外接晶振，产生时钟信号；
RES：复位电路；
P0口：接LCD1602的第7~14脚进行数据的传输；
P2口：LCD的4（RS）接P2.5， 5（RW）接P2.6, 6（E）接P2.7；
P3口：接按键开关，对时间进行设置。

3.3 时钟电路
单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡方式。在引脚XTAL1 和XTAL2 外接晶体振荡器，构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益的反相放器，当外接晶振后，就构成了自激振荡，并产生振动时钟脉冲。晶振通常选用 6MHZ、12MHZ、24MHZ。本设计中时钟电路图如图3.2，我们选择了12MHZ和晶振分别接引脚XTAL1和XTAL2，电容 C1，C2 均选择为 30pF，对振荡器的频率有稳定作用。

图3.2
3.4 复位电路
复位引脚 RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的 S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。本设计选择了按键复位如图 4.3,在系统运行时，按一下开关，就在 RST 断出现一段高电平，使器件复位。此时 ALE、PSEN、P0、P1、P2、P4 输出高电平，RST 上输入返回低电平以后，变退出复位状态开始工作。
3.5 键盘接口电路
P3.0 、P3.1、P3.2控制时间的调整，其中当 P3.0=0对要调整的年、月、日、星期、时、分、秒的切换；当 P3.1=0进行加1设置；当 P3.2=0进行减1设置。
图3.4
3.6 LCD1602显示
对于1602与单片机的连接方法如图3.5所示：
图3.5

第四章 设计总原理图

五、实验心得体会

该电子时钟在调试时，总是出现许多的错误，软件上出了许多的问题，之后纠正，和组员慢慢调试修改了好多次。可是在仿真时依然存在很多的问题，开始的时候是仿真没有时间显示，之后改了改电路的P0数据传输线后时间就显示出来了。在时间的调整上问题更多，刚开始时按键没有反应，然后加上了消抖延时后才有反应，但是设的延时时间太长就出现按键不灵，再改后就正常了。
在开发板上调试时，背光是亮着，但是没有数字出现，经过查看1602的资料才发现仿真不需要调节3脚的变位器，而在电路板上时就需要调节变位器才能使它正常显示。

第六章 源程序

#include <reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar ds1302_readbyte();
void ds1302_writebyte(uchar dat);
uchar ds1302_readdata(uchar addr);
void ds1302_writedata(uchar addr,uchar dat);
void ds1302_settime(uchar *p);
void ds1302_gettime(uchar *p);
void ds1302_initial();
sbit dssclk=P1^6;
sbit dsIO=P1^7;
sbit dsrs=P1^5;
sbit lcd_rs=P2^5;
sbit lcd_write=P2^6;
sbit lcd_en=P2^7;
sbit key1=P3^0; //设置
sbit key2=P3^1; //加
sbit key3=P3^2; //减
uchar table_r[]=" 2013-01-01 MON ";
uchar table_s[]=" 00:00:00";
uchar table_week[][3]={'M','O','N',
'T','U','E',
'W','E','D',
'T','H','U',
'F','R','I',
'S','A','T',
'S','U','N'
};
uchar i,t,keynum1;
char sec,min,hour,week,day=1,mon=1;
uint year=2013;
uchar Convert(uchar In_Date)
{
uchar i, Out_Date = 0, temp = 0;
for(i=0; i<8; i++)
{
temp = (In_Date >> i) & 0x01;
Out_Date |= (temp << (7 - i));
}
return Out_Date;
}
void delay(uchar z) //延时程序
{
uchar x,y;
for(x=0;x<148;x++)
for(y=0;y<z;y++);
}
void write_com(uchar com)// 往液晶中写指令
{
lcd_rs=0;
lcd_en=0;
P0=Convert(com);
delay(2);
lcd_en=1;
delay(2);
lcd_en=0;
}
void write_data(uchar date)//往液晶中写数据
{
lcd_rs=1;
lcd_en=0;
P0=Convert(date);
delay(2);
lcd_en=1;
delay(2);
lcd_en=0;
}
void data_refresh_0(uchar add,uchar date)//第一行二位数调整
{
uchar shi,ge;
shi=date/10;
ge=date%10;
write_com(0x80+add);
write_data(0x30+shi);
write_data(0x30+ge);

}
void data_refresh_1(uchar add,uchar date)//第二行二位数调整
{
uchar shi,ge;
shi=date/10;
ge=date%10;
write_com(0x80+0x40+add);
write_data(0x30+shi);
write_data(0x30+ge);

}
void data_refresh_2(uchar add,uchar date) //星期调整
{

switch(date)
{
case 0:write_com(0x80+add);
write_data(table_week[0][0]);
write_data(table_week[0][1]);
write_data(table_week[0][2]);
break;
case 1:write_com(0x80+add);
write_data(table_week[1][0]);
write_data(table_week[1][1]);
write_data(table_week[1][2]);
break;
case 2:write_com(0x80+add);
write_data(table_week[2][0]);
write_data(table_week[2][1]);
write_data(table_week[2][2]);
break;
case 3:write_com(0x80+add);
write_data(table_week[3][0]);
write_data(table_week[3][1]);
write_data(table_week[3][2]);
break;
case 4:write_com(0x80+add);
write_data(table_week[4][0]);
write_data(table_week[4][1]);
write_data(table_week[4][2]);
break;
case 5:write_com(0x80+add);
write_data(table_week[5][0]);
write_data(table_week[5][1]);
write_data(table_week[5][2]);
break;
case 6:write_com(0x80+add);
write_data(table_week[6][0]);
write_data(table_week[6][1]);
write_data(table_week[6][2]);
break;
}

}
void data_refresh_4(uchar add,uint date) //四位数调整
{
uchar qian,bai,shi,ge;
qian=date/1000;
bai=date%1000/100;
shi=date%1000%100/10;
ge=date%1000%100%10;
write_com(0x80+add);
write_data(0x30+qian);
write_data(0x30+bai);
write_data(0x30+shi);
write_data(0x30+ge);

}
void lcd_init() //液晶显示初始化
{
lcd_write=0;
lcd_rs=0;
lcd_en=0;
write_com(0x38);
write_com(0x0c);
write_com(0x06);
write_com(0x01);
write_com(0x80);
for(i=0;i<15;i++)
{
write_data(table_r[i]);
delay(10);
}
write_com(0x80+0x40);
for(i=0;i<11;i++)
{
write_data(table_s[i]);
delay(10);
}
}
timer0_init() //定时器0初始化
{
TMOD=1;
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
}
void keyscan() //按键扫描
{
if(key1==0)
{
delay(5);
if(key1==0)
{
TR0=0;
keynum1++;
delay(10);
while(!key1);
write_com(0x80+0x40+10);
write_com(0x0f);
if(keynum1==2)//分
{
write_com(0x80+0x40+7);
}
if(keynum1==3)//时
{
write_com(0x80+0x40+4);
}
if(keynum1==4)//年
{
write_com(0x80+4);
}
if(keynum1==5)//月
{
write_com(0x80+7);
}
if(keynum1==6)//日
{
write_com(0x80+10);
}
if(keynum1==7)//星期
{
write_com(0x80+14);
}
if(keynum1==8)
{
keynum1=0;
TR0=1;
write_com(0x0c);
}
}
}
if(keynum1!=0)
{
if(keynum1==1)
{
if(key2==0)
{
delay(5);
if(key2==0)
{
sec++;
if(sec==60) sec=0;
delay(10);
while(!key2);
data_refresh_1(9,sec);
write_com(0x80+0x40+10);

}
}
if(key3==0)
{
delay(5);
if(key3==0)
{
sec--;
if(sec==-1) sec=59;
delay(10);
while(!key3);
data_refresh_1(9,sec);
write_com(0x80+0x40+10);
}
}

}
if(keynum1==2)
{
if(key2==0)
{
delay(5);
if(key2==0)
{
min++;
if(min==60) min=0;
delay(10);
while(!key2);
data_refresh_1(6,min);
write_com(0x80+0x40+7);

}
}
if(key3==0)
{
delay(5);
if(key3==0)
{
min--;
if(min==-1) min=59;
delay(10);
while(!key3);
data_refresh_1(6,min);
write_com(0x80+0x40+7);
}
}

}
if(keynum1==3)
{
if(key2==0)
{
delay(5);
if(ke