单片机课程设计-简易电子时钟.doc

单片机课程设计报告

题目：简易电子时钟

专业： 自动化
班级： 12级自动化1班

日期： 2014 年 3月

一、 设计目的

随着科技的快速发展，时间的流逝,至从观太阳、摆钟到现在电子钟，人类不断研究，不断创新纪录。美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟电路DS1302。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，而且DS1302的使用寿命长，误差小。对于数字电子万年历采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、周日、时、分、秒和温度等信息，还具有时间校准等功能。该电路采用STC89C51单片机作为核心，功耗小，能在5V的低压工作，电压可选用3~5V电压供电。 
综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。 本电路为实现电子万年历的功能,采用单片机STC89C51,辅助以必要的外围电路,用C语言编写程序,并进行模块化设计而成的电子万年历系统.它通过LCD能正确显示阳历星期和时分秒，温度等,可以进行整点提醒，具有功能稳定,精确度高和可调的特点。
1、通过《单片机原理及应用》教程了解单片微型计算机的发展；
2、根据课程设计的要求，学会设计程序的过程，学会应用程序设计调试软件、学会根据要求运用PCB设计电路板硬件部分；
3、通过调试程序设计模块，掌握单片微型计算机的结构原理，了解程序设计的编程思想；
4、通过软件调试熟悉使用单片机指令系统，掌握C语言程序设计方法及编程技巧，掌握子程序的设计与使用，熟悉定时器中断服务程序的设计及调用过程。
5、综合课程设计更全方面了解单片机的硬件和软件知识。

二、 设计要求和方案选择
设计要求：
1、 显示出基本时间：时、分、秒；（基础部分）
2、 显示年、月、日、周具体时间（拓展部分）
3、 断电保护时间功能（拓展部分）
4、 环境温度感应功能显示（拓展部分）
5、 整点报时功能（拓展部分）

方案选择：
根据题目基本要求以及外拓展功能，本次单片机课程设计打算以AT89S52单片机系统为基础实现以上的设计要求，并在此分为软硬件模块结合实现所要求的功能，各重要模块如下：
1、 AT89S52单片机最小系统
最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图2为STC89C52RC单片机的最小系统。

2、 DS1302时钟芯片模块

时钟模块采用DS1302芯片，DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线：
RST复位、I/O数据线、SCLK串行时钟。时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。

3、 18B20温度感应芯片模块

温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55℃~125℃，可编程为9位~12位A/D转换精度，测温分辨率达到0.0625℃，采用寄生电源工作方式，CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路。

4、 LCD1602液晶显示器模块

LCD液晶显示模块采用LCD1602型号，具有很低的功耗，正常工作时电流仅2.0mA/5.0V。通过编程实现自动关闭屏幕能够更有效的降低功耗。LCD1602分两行显示，每行可显示多达16个字符。LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，通过内部指令可实现对其显示多样的控制，并且还能利用空余的空间自定义字符。

5、 蜂鸣器模块

三、 软件设计
当硬件做出来的时候下一步就是在软件上实现所要求的功能，各个芯片最好都应该有各自的基本C文件程序，然后再在主函数上用函数的调用的方法最后实现功能。以下是本次课程设计的全部代码：

#include<reg51.h>
#include"DS18B20_3.H"
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar a,miao,shi,fen,ri,yue,nian,week,flag,key1n,temp;
//flag用于读取头文件中的温度值，和显示温度值

#define yh 0x80 //LCD第一行的初始位置,因为LCD1602字符地址首位D7恒定为1（100000000=80）
#define er 0x80+0x40 //LCD第二行初始位置（因为第二行第一个字符位置地址是0x40）

//液晶屏的与C51之间的引脚连接定义（显示数据线接C51的P0口）
sbit rs=P2^0;
sbit en=P2^2;
sbit rw=P2^1; //如果硬件上rw接地，就不用写这句和后面的rw=0了
sbit led=P2^6; //LCD背光开关

//DS1302时钟芯片与C51之间的引脚连接定义
sbit IO=P1^1;
sbit SCLK=P1^0;
sbit RST=P1^2;

sbit ACC0=ACC^0;
sbit ACC7=ACC^7;
/************************************************************
ACC累加器=A
ACC.0=E0H

ACC.0就是ACC的第0位。Acc可以位寻址。

累加器ACC是一个8位的存储单元，是用来放数据的。但是，这个存储单元有其特殊的地位，
是单片机中一个非常关键的单元，很多运算都要通过ACC来进行。以后在学习指令时，
常用A来表示累加器。但有一些地方例外，比如在PUSH指令中，就必须用ACC这样的名字。
一般的说法，A代表了累加器中的内容、而ACC代表的是累加器的地址。
***************************************************************/

//校时按键与C51的引脚连接定义
sbit key1=P1^5; //设置键
sbit key2=P1^6; //加键
sbit key3=P1^7; //减键

sbit buzzer=P1^3;//蜂鸣器，通过三极管9012驱动，端口低电平响

/**************************************************************/

uchar code tab1[]={"20 - - "}; //年显示的固定字符
uchar code tab2[]={" : : "};//时间显示的固定字符

//延时函数，后面经常调用
void delay(uint xms)//延时函数，有参函数
{
uint x,y;
for(x=xms;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}

/********液晶写入指令函数与写入数据函数，以后可调用**************/

/*在这个程序中，液晶写入有关函数会在DS1302的函数中调用，所以液晶程序要放在前面*/

write_1602com(uchar com)//****液晶写入指令函数****
{
rs=0;//数据/指令选择置为指令
rw=0; //读写选择置为写
P0=com;//送入数据
delay(1);
en=1;//拉高使能端，为制造有效的下降沿做准备
delay(1);
en=0;//en由高变低，产生下降沿，液晶执行命令
}

write_1602dat(uchar dat)//***液晶写入数据函数****
{
rs=1;//数据/指令选择置为数据
rw=0; //读写选择置为写
P0=dat;//送入数据
delay(1);
en=1; //en置高电平，为制造下降沿做准备
delay(1);
en=0; //en由高变低，产生下降沿，液晶执行命令
}

lcd_init()//***液晶初始化函数****
{
write_1602com(0x38);//设置液晶工作模式，意思：16*2行显示，5*7点阵，8位数据
write_1602com(0x0c);//开显示不显示光标
write_1602com(0x06);//整屏不移动，光标自动右移
write_1602com(0x01);//清显示

write_1602com(yh+1);//日历显示固定符号从第一行第1个位置之后开始显示
for(a=0;a<14;a++)
{
write_1602dat(tab1[a]);//向液晶屏写日历显示的固定符号部分
//delay(3);
}
write_1602com(er+2);//时间显示固定符号写入位置，从第2个位置后开始显示
for(a=0;a<8;a++)
{
write_1602dat(tab2[a]);//写显示时间固定符号，两个冒号
//delay(3);
}

}

/*********************over***********************/

/***************DS1302有关子函数********************/

void write_byte(uchar dat)//写一个字节
{
ACC=dat;
RST=1;
for(a=8;a>0;a--)
{
IO=ACC0;
SCLK=0;
SCLK=1;
ACC=ACC>>1;
}
}
uchar read_byte()//读一个字节
{
RST=1;
for(a=8;a>0;a--)
{
ACC7=IO;
SCLK=1;
SCLK=0;
ACC=ACC>>1;

}
return (ACC);
}
//----------------------------------------
void write_1302(uchar add,uchar dat)//向1302芯片写函数，指定写入地址，数据
{

RST=0;
SCLK=0;
RST=1;
write_byte(add);
write_byte(dat);
SCLK=1;
RST=0;
}
uchar read_1302(uchar add)//从1302读数据函数，指定读取数据来源地址
{
uchar temp;
RST=0;
SCLK=0;
RST=1;
write_byte(add);
temp=read_byte();
SCLK=1;
RST=0;
return(temp);
}
uchar BCD_Decimal(uchar bcd)//BCD码转十进制函数，输入BCD，返回十进制
{
uchar Decimal;
Decimal=bcd>>4;
return(Decimal=Decimal*10+(bcd&=0x0F));
}
//--------------------------------------
void ds1302_init() //1302芯片初始化子函数(2010-01-07,12:00:00,week4)
{
RST=0;
SCLK=0;

write_1302(0x8e,0x00); //允许写，禁止写保护
//write_1302(0x80,0x00); //向DS1302内写秒寄存器80H写入初始秒数据00
//write_1302(0x82,0x00);//向DS1302内写分寄存器82H写入初始分数据00
//write_1302(0x84,0x12);//向DS1302内写小时寄存器84H写入初始小时数据12
//write_1302(0x8a,0x04);//向DS1302内写周寄存器8aH写入初始周数据4
//write_1302(0x86,0x07);//向DS1302内写日期寄存器86H写入初始日期数据07
//write_1302(0x88,0x01);//向DS1302内写月份寄存器88H写入初始月份数据01
//write_1302(0x8c,0x10);//向DS1302内写年份寄存器8cH写入初始年份数据10
write_1302(0x8e,0x80); //打开写保护

}

//------------------------------------
//温度显示子函数
void write_temp(uchar add,uchar dat)//向LCD写温度数据,并指定显示位置
{
uchar gw,sw;
gw=dat%10;//取得个位数字
sw=dat/10;//取得十位数字
write_1602com(er+add);//er是头文件规定的值0x80+0x40
write_1602dat(0x30+sw);//数字+30得到该数字的LCD1602显示码
write_1602dat(0x30+gw);//数字+30得到该数字的LCD1602显示码
write_1602dat(0xdf);//显示温度的小圆圈符号，0xdf是液晶屏字符库的该符号地址码
write_1602dat(0x43); //显示"C"符号，0x43是液晶屏字符库里大写C的地址码
}

//------------------------------------
//时分秒显示子函数
void write_sfm(uchar add,uchar dat)//向LCD写时分秒,有显示位置加、现示数据，两个参数
{
uchar gw,sw;
gw=dat%10;//取得个位数字
sw=dat/10;//取得十位数字
write_1602com(er+add);//er是头文件规定的值0x80+0x40
write_1602dat(0x30+sw);//数字+30得到该数字的LCD1602显示码
write_1602dat(0x30+gw);//数字+30得到该数字的LCD1602显示码

}

//-------------------------------------
//年月日显示子函数
void write_nyr(uchar add,uchar dat)//向LCD写年月日，有显示位置加数、显示数据，两个参数

{
uchar gw,sw;
gw=dat%10;//取得个位数字
sw=dat/10;//取得十位数字
write_1602com(yh+add);//设定显示位置为第一个位置+add
write_1602dat(0x30+sw);//数字+30得到该数字的LCD1602显示码
write_1602dat(0x30+gw);//数字+30得到该数字的LCD1602显示码

}

//-------------------------------------------
void write_week(uchar week)//写星期函数
{
write_1602com(yh+0x0c);//星期字符的显示位置
switch(week)
{
case 1:write_1602dat('M');//星期数为1时，显示
write_1602dat('O');
write_1602dat('N');
break;

case 2:write_1602dat('T');//星期数据为2时显示
write_1602dat('U');
write_1602dat('E');
break;

case 3:write_1602dat('W');//星期数据为3时显示
write_1602dat('E');
write_1602dat('D');
break;

case 4:write_1602dat('T');//星期数据为4是显示
write_1602dat('H');
write_1602dat('U');
break;

case 5:write_1602dat('F');//星期数据为5时显示
write_1602dat('R');
write_1602dat('I');
break;

case 6:write_1602dat('S');//星期数据为6时显示
write_1602dat('T');
write_1602dat('A');
break;

case 7:write_1602dat('S');//星期数据为7时显示
write_1602dat('U');
write_1602dat('N');
break;

}

}
//*******************主函数**************************
//***************************************************
void main()
{
lcd_init(); //调用液晶屏初始化子函数
ds1302_init(); //调用DS1302时钟的初始化子函数
init(); //调用定时计数器的设置子函数
led=0; //打开LCD的背光电源
buzzer=0;//蜂鸣器长响一次
delay(80);
buzzer=1;
while(1) //无限循环下面的语句：
{

keyscan(); //调用键盘扫描子函数

}
}

void timer0() interrupt 1 //取得并显示日历和时间
{

//Init_DS18B20();//温度传感器DS18b2初始化子函数，在头文件中
flag=ReadTemperature();//将18b2头文件运行返回的函数结果送到变量FLAG中，用于显示

//读取秒时分周日月年七个数据（DS1302的读寄存器与写寄存器不一样）：

miao = BCD_Decimal(read_1302(0x81));
fen = BCD_Decimal(read_1302(0x83));
shi = BCD_Decimal(read_1302(0x85));
ri = BCD_Decimal(read_1302(0x87));
yue = BCD_Decimal(read_1302(0x89));
nian=BCD_Decimal(read_1302(0x8d));
week=BCD_Decimal(read_1302(0x8b));

//显示温度、秒、时、分数据：

write_temp(12,flag);//显示温度，从第二行第12个字符后开始显示
write_sfm(8,miao);//秒，从第二行第8个字后开始显示（调用时分秒显示子函数）
write_sfm(5,fen);//分，从第二行第5个字符后开始显示
write_sfm(2,shi);//小时，从第二行第2个字符后开始显示

//显示日、月、年数据：
write_nyr(9,ri);//日期，从第二行第9个字符后开始显示
write_nyr(6,yue);//月份，从第二行第6个字符后开始显示
write_nyr(3,nian);//年，从第二行第3个字符后开始显示
write_week(week);

}

四、 硬件部分
要做出来一个实物出来必须事先构造好各个模块，设计所需要的芯片以及了解各个芯片的工作原理和实现功能的构造部分、芯片之间该如何连接起来、准备好各元器件以便焊接等，首先在Altium Designer软件的原理图中画出各个模块，本次课程设计的原理图和PCB图如下：

五、 调试及运行结果
根据书本的内容和上课时老师所讲授的知识，同时翻阅相关的芯片资料等，然后一步一步的写程序，写出了程序之后发现不能按要求实现功能，其中有1602显示出乱码、时钟不会变化、温度值异常等问题，最后一个问题一个问题地去解决，完成一个功能解决下一个问题，经过两天的软件调试，最后简易时钟能够实现所需要的效果，最后本次课程设计圆满完成。
以下是本次课程设计的实物效果：

六、 总结（感想和心得等）
经过大家多天的努力，终于完成了第一次任务，设计出了汇集外观精美、方便实用、功能强大于一体的数字电子钟。该数字钟采用桌面式摆放设计，附带双电源装备，可供不时之需，而且具有温度，整点提醒等一些列常用的附加功能，更加方便实用，符合现实要求；多功能时钟还具有掉电也不会丢失时间的优点，可避免不必要的烦恼，设计更加的人性化和智能化。同时还能够自定义调整显示灰度和屏幕背光亮度，带背光功能，夜里更实用！当然，单片机就是软件和硬件的典型结合体，同时要做出自己的一个实物出来也相对会难一点。但在这个过程中给了我很大的体会，在学习的过程中遇到问题是一件幸运的事，因为此时你会去想办法去解决它，到了以后遇到同样的问题你也会用相似的方法去解决，同时也能提高自己的自学能力。这次的实践，也可以说是经过了多天的学习，尽管期间苦难重重，但我们还是从中学习了不少新的知识和解决困难的方法，也体验到了自主创作的快乐。

1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究
8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统
10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制
14. 基于单片机的自动找平控制系统研究
15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制
21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制
22. 基于单片机的软起动器的研究和设计
23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究
24. 基于单片机的机电产品控制系统开发
25. 基于PIC单片机的智能手机充电器
26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究
27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究
28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
29. 基于微型光谱仪的单片机系统
30. 单片机系统软件构件开发的技术研究
31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制
32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制
33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制
35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制
36. 基于单片机的数字磁通门传感器
37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究
38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究
39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制
40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪
41. 基于单片机的电机运动控制系统设计
42. Pico专用单片机核的可测性设计研究
43. 基于MCS-51单片机的热量计
44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站
45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究
46. 基于单片机的轮轨力检测
47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现
48. 基于单片机的电液伺服控制系统
49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制
50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究
51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究
52. 单片机控制的后备式方波UPS
53. 提升高职学生单片机应用能力的探究
54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究
55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究
56. 基于单片机的多通道数据采集系统
57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制
58. 基于单片机的红外测油仪的研究
59. 96系列单片机仿真器研究与设计
60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造
61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现
62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制
63. 基于单片机的气体测漏仪的研究
64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器
65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究
66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计
67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统
69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究
71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统
74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统
76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究
77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用
78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究
82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现
84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究
85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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