【正文】 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計(jì)說(shuō)明書題 目：多功能電子鐘學(xué)生姓名：趙曉紅學(xué) 號(hào)：0967112235專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器班 級(jí)：20092指導(dǎo)教師：肖俊生摘要隨著電子科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多電子產(chǎn)品給人們的生活帶來(lái)了根本性改變，多功能電子鐘是人們生活中必不可少的產(chǎn)品，為人們的生活帶來(lái)極大的方便。本次設(shè)計(jì)是根據(jù)多功能數(shù)字電子鐘的特點(diǎn)，使用STC89C52單片機(jī)芯片控制電路以及DS1302時(shí)鐘芯片產(chǎn)生實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷，利用4位LED數(shù)碼管顯示時(shí)間信息，通過4個(gè)獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)時(shí)間信息的切換和調(diào)整功能。設(shè)計(jì)的軟件程序利用Keil編輯實(shí)現(xiàn)、電子鐘的系統(tǒng)的仿真通過proteus和protelDXP繪制電路原理圖及PCB電路板，軟件硬件實(shí)物的調(diào)試。關(guān)鍵詞：電子鐘；STC89C52；DS1302；74LS164；LED顯示；目 錄第一章 前言 3第二章 總體方案設(shè)計(jì) 4 4 4 4 4 LED數(shù)碼管顯示方案確定 4 5第三章 硬件設(shè)計(jì) 6 6 STC89C52 6 STC89C52芯片介紹 6 STC89C52單片機(jī)的復(fù)位電路 7 STC89C52單片機(jī)的晶振電路 7 DS1302時(shí)鐘電路 8 DS1302芯片介紹 8 DS1302工作原理 8 DS1302 連接電路圖 9 74LS164共陰極數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片 9 74LS164芯片功能及工作原理 9 74LS164驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 10 10 11第四章 軟件設(shè)計(jì) 12 12 12 12 12 DS1302時(shí)鐘模塊 13 14 74LS164驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示模塊 14第五章 總結(jié) 15參考文獻(xiàn) 16附錄1 多功能電子鐘硬件原理圖及PCB電路板 17附錄2 多功能電子鐘C程序 18第一章 前言單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器，甚至電子玩具等各個(gè)領(lǐng)域。它具有體積小、功能多可靠性高、價(jià)格低廉、使用方便、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，不僅成為工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域普遍采用的智能化控制工具，而且已滲入到人們工作和生活的各個(gè)角落，有力地推動(dòng)了各行業(yè)的技術(shù)改革和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，應(yīng)用前景廣闊。在單片機(jī)模塊中最常見的就是電子鐘，它采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置，與機(jī)械時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性?，F(xiàn)在市面上還有各種時(shí)鐘芯片通過簡(jiǎn)單的串行通信與單片機(jī)進(jìn)行通信能夠?qū)崟r(shí)提供時(shí)間信息，使電子鐘被廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來(lái)極大的方便。多功能數(shù)字電子鐘可以設(shè)置定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、定時(shí)自動(dòng)鬧鈴、測(cè)試溫度、時(shí)間程序自動(dòng)控制、甚至各種電氣設(shè)備的自動(dòng)啟用等功能，這樣的多功能數(shù)字電子鐘會(huì)使我們的生活更加方便，所以對(duì)多功能數(shù)字電子鐘的研究有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。在這次電子鐘的設(shè)計(jì)過程中將已學(xué)過的比較零散的數(shù)字電路的知識(shí)有機(jī)的、系統(tǒng)的聯(lián)系起來(lái)用于實(shí)際，培養(yǎng)了綜合分析和設(shè)計(jì)電路，寫程序、調(diào)試硬件電路的能力。第二章 總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)就是應(yīng)用單片機(jī)強(qiáng)大的控制功能制作而成的多功能數(shù)字電子鐘，該多功能數(shù)字電子鐘通過4位LED數(shù)碼管和4位獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)年、月、日、時(shí)和分的顯示以及時(shí)間顯示的切換、時(shí)間修改調(diào)整。本設(shè)計(jì)采用的是STC89C52單片機(jī)。計(jì)時(shí)芯片采用時(shí)鐘芯片DS1302，該芯片通過簡(jiǎn)單的串行通信與單片機(jī)進(jìn)行通信，時(shí)鐘/日歷電路能夠?qū)崟r(shí)提供年、月、日、時(shí)、分、秒信息，采用雙電源供電，當(dāng)外部電源掉電時(shí)能夠利用后備電池準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。顯示采用LED靜態(tài)顯示，顯示驅(qū)動(dòng)芯片74LS164為8位串入并出的移位寄存器。STC89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。主要性能有：兼容MCS51指令系統(tǒng)、32個(gè)雙向I/O口、256x8bit內(nèi)部RAM、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷、時(shí)鐘頻率024MHz、2個(gè)串行中斷、可編程UART串行通道、2個(gè)外部中斷源、6個(gè)中斷源、2個(gè)讀寫中斷口線、3級(jí)加密位、低功耗空閑和掉電模式、軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。采用DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘，DS1302芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度高。計(jì)算機(jī)可通過中斷或查詢方式讀取計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示，因此計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)無(wú)需占用CPU的時(shí)間。 LED數(shù)碼管顯示方案確定方案一：靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示，即當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或截止。在靜態(tài)顯示系統(tǒng)中，每位顯示器都應(yīng)有各自的鎖存器、譯碼器與驅(qū)動(dòng)器，顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，用以鎖存各自待顯示數(shù)字的BCD碼或反碼。因此，靜態(tài)顯示系統(tǒng)在每一次顯示輸出后能夠保持顯示不變，僅在待顯數(shù)字需要改變時(shí)，才更新其數(shù)字顯示器中鎖存的內(nèi)容。這種顯示占用很少的CPU時(shí)間，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。方案二：動(dòng)態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)顯示，即各位數(shù)碼管輪流點(diǎn)亮，對(duì)于顯示器各位數(shù)碼管，每隔一段延時(shí)時(shí)間循環(huán)點(diǎn)亮一次。在動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)中，微處理器或控制器應(yīng)定時(shí)地對(duì)各個(gè)顯示器進(jìn)行掃描，顯示器件分時(shí)輪流工作，每次只能使一個(gè)器件顯示，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，仍感覺所有的器件都在同時(shí)顯示。在LED數(shù)碼管輪流工作時(shí)，為了防止出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，LED數(shù)碼管刷新頻率必須大于25Hz,即同一LED數(shù)碼管相臨兩次點(diǎn)亮?xí)r間間隔要小于40ms。顯示器的亮度與導(dǎo)通電流、點(diǎn)亮?xí)r間及間隔時(shí)間的比例有關(guān)，調(diào)整參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動(dòng)態(tài)顯示節(jié)省了I/O口，降低了能耗。在本次設(shè)計(jì)中，我們只用了4位LED數(shù)碼管，所需I/O口不多，整體電路不是很復(fù)雜，從占用CPU時(shí)間少和顯示穩(wěn)定的角度出發(fā)，選擇方案一。本次設(shè)計(jì)采用STC89C52作為主控制系統(tǒng)， DS1302提供時(shí)鐘，利用74LS164驅(qū)動(dòng)4位數(shù)碼管靜態(tài)顯示，4位獨(dú)立按鍵對(duì)時(shí)間顯示功能進(jìn)行切換和調(diào)整。該設(shè)計(jì)包括硬件電路原理的實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)、軟件程序編輯的實(shí)現(xiàn)、電子鐘正常工作的流程圖及原理圖、硬件實(shí)物的調(diào)試和系統(tǒng)的仿真。第三章 硬件設(shè)計(jì)該電子鐘的設(shè)計(jì)采用STC89C52作為主控制系統(tǒng)， DS1302提供時(shí)鐘，利用74LS164驅(qū)動(dòng)4位數(shù)碼管靜態(tài)顯示，4位獨(dú)立按鍵對(duì)時(shí)間顯示功能進(jìn)行切換和調(diào)整，蜂鳴電路實(shí)現(xiàn)鬧鐘功能。 STC89C52 STC89C52芯片介紹STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。芯片擁有靈巧的8 位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz。 STC89C52引腳功能圖 STC89C52單片機(jī)的復(fù)位電路任何單片機(jī)在開始工作前，都必須進(jìn)行一次復(fù)位過程，使單片機(jī)處于一種確定的狀態(tài)。當(dāng)在STC89C52單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路，RST端通過電阻與VCC電源接通，通過電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。 STC89C52單片機(jī)的晶振電路單片機(jī)工作的過程中各指令的微操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時(shí)間次序稱作時(shí)序，單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種微操作提供時(shí)間基準(zhǔn)，89C52的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，此方式常用于多片89C52單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步，這種方式適宜用來(lái)使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步。為了盡量降低功耗，所以采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。在89C52單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)震蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率，電容值一般為30pF。 DS1302時(shí)鐘電路 DS1302芯片介紹DS1302時(shí)鐘芯片可以工作于24小時(shí)模式或AM/PM的12小時(shí)模式。其內(nèi)部包含了10個(gè)時(shí)鐘寄存器和31字節(jié)RAM，這些寄存器和RAM用來(lái)存放各種時(shí)間數(shù)據(jù)。在使用時(shí)，可以對(duì)芯片的當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。DS1302能在非常低的功耗下工作。DS1302時(shí)鐘芯片的主要性能有實(shí)時(shí)時(shí)鐘記錄計(jì)秒、分鐘、小時(shí)、日、月和年；31字節(jié)RAM存儲(chǔ)時(shí)間數(shù)據(jù)；~；采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)；8針DIP封裝和SOIC封裝；兼容TTL電平。 DS1302工作原理DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1＋，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，SCLK為時(shí)鐘輸入端。 DS1302引腳封裝圖 DS1302 連接電路圖DS1302外部連接電路如下圖所示。 DS1302連接圖 74LS164共陰極數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片 74LS164芯片功能及工作原理7