【正文】 JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練多功能電子時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院名稱： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師姓名： 劉曉杰 俞 洋 2013年12月多功能電子時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要在快節(jié)奏的當(dāng)今社會(huì)，時(shí)間是一個(gè)很重要的工具，為了更高效率的完成工作，為了社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，把握和控制時(shí)間更是尤為重要。人們對(duì)數(shù)字鐘的要求也越來(lái)越高，多功能數(shù)字鐘不管在性能還是在樣式上都發(fā)生了質(zhì)的變化。數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)方法有許多種,例如,可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘；也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘；還可以利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電子鐘等等。這些方法都各有其特點(diǎn)，其中利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電子鐘具有編程靈活，并便于功能的擴(kuò)展。但這里為了學(xué)習(xí)數(shù)字電路，包括對(duì)組合邏輯電路與時(shí)序電路的學(xué)習(xí)，采用中小規(guī)模集成電路組成數(shù)字鐘。因此本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為數(shù)字鐘的核心控制器，讀取時(shí)鐘芯片的值，并通過(guò)顯示器顯示出來(lái)，而且，可以通過(guò)按鍵電路給單片機(jī)執(zhí)行信號(hào)，實(shí)現(xiàn)正常顯示，時(shí)鐘校準(zhǔn)和秒表的切換。采用AT89S52作為主控單片機(jī)，時(shí)鐘模塊選用DS1302作為時(shí)鐘芯片，顯示模塊選用LCD1602，設(shè)置部分選用按鍵電路。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心，附加必要的外圍電路，通過(guò)編寫C語(yǔ)言將存儲(chǔ)在DS1302芯片中的年、月、日、時(shí)、分、秒，經(jīng)過(guò)串行輸入到單片機(jī)內(nèi)部，對(duì)其進(jìn)行數(shù)制的轉(zhuǎn)換在DS1602上顯現(xiàn)出來(lái)。關(guān)鍵詞：LCDDS1302。STC89C52。電子鐘Multifunction electronic clock system designAbstractWith the fastpaced development of society , time bees a essential tool which to be used in our daily routine , in order to plete the work more efficiently, in order to accelerate progress and development of society, it is particularly important to grasp and control the time. multifunctional digital clock regardless of the style or performance on both a qualitative change . Digital clock design There are many ways , for example , can be posed of small and medium scale integrated circuits electronic bell 。 also be used with a dedicated chip electronic clock display circuit and its peripheral circuit required electronic bell 。 chip can also be used to implement electronic bell and so on. These methods have their own characteristics , including the use of electronic clock with MCU programming flexibility , functionality and ease of expansion. But here in order to learn digital circuits, including binational logic circuits and sequential circuits of study, using small and medium scale integrated circuits digital clock . Therefore, the system uses the MCU as the core controller digital clock , clock chip to read the values ??displayed by the display , and can be performed through the key signal to the microcontroller circuit to achieve normal display, clock and stopwatch calibration switch . Using AT89S52 microcontroller as the master clock module selection as the DS1302 clock chip, display module selection LCD1602, setting part of the selection key circuit .This design is a microcontroller as the core , the additional necessary peripheral circuits , through the preparation of the C language will be stored in the DS1302 chip year, month, day, hour, minute, second, through the serial input to the internal microcontroller , its number system conversion apparent on the DS1602 . Keywords:LCD1602。DS1302。STC89C52。Clock 目 錄第1章 緒論 2 課題的意義和目的 2 課題的研究?jī)?nèi)容 2 課題的任務(wù)要求 2第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3 3 方案的選擇與論證 4 方案的比較與論證 4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)框圖設(shè)計(jì) 4第3章 系統(tǒng)各模塊的硬件設(shè)計(jì) 6 單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì) 4 4 STC89C52單片機(jī)模塊 5 單片機(jī)晶振模塊設(shè)計(jì) 8 單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì) 8 顯示電路模塊設(shè)計(jì) 9 LCD1602介紹 9 LCD1602字符液晶使用方法 10 12 13 DS1302的性能特性 13 DS1302使用方法 13 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 15 按鍵模塊的設(shè)計(jì) 15 15 　按鍵設(shè)置電路 16 蜂鳴報(bào)警電路模塊設(shè)計(jì) 16第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 9 軟件設(shè)計(jì)總體思路 18 19第5章 系統(tǒng)調(diào)試與數(shù)據(jù)分析 12 硬件電路的制作和調(diào)試 12 軟硬件功能分析 12 測(cè)試結(jié)果分析 12第6章 總結(jié)與展望 14參考文獻(xiàn) 15致謝 16附錄1 電路原理圖 17附錄2 程序 19附錄3 元器件清單 21前言近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強(qiáng)，體積小，功耗低，價(jià)格便宜，工作可靠，使用方便等特點(diǎn)，因此越來(lái)越廣泛地應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域。本次電子系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)是以單片機(jī)（STC89C52）為核心，時(shí)鐘芯片DS1302，LCD1602XI顯示部分構(gòu)成。具體介紹了應(yīng)用Protues的ISIS軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與仿真的實(shí)現(xiàn)方法。該方法既能準(zhǔn)確驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否滿足技術(shù)要求，又能提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，降低開(kāi)發(fā)成本，具有推廣價(jià)值。隨著現(xiàn)在通信的發(fā)展，移動(dòng)通信，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，多媒體技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用，單片機(jī)從4位，8位，16位到32位，其發(fā)展歷程一直受到廣大電子愛(ài)好者的極大關(guān)注。單片機(jī)功能越來(lái)越強(qiáng)大，價(jià)格卻不斷下降的優(yōu)勢(shì)無(wú)疑成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首選，同時(shí)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大也使得更多人加入到基于單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)行列，推動(dòng)著單片機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新進(jìn)步。然而傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)除了需要購(gòu)置如仿真器，編程器，示波器等價(jià)格不菲的電子設(shè)備外，開(kāi)發(fā)過(guò)程也較為繁瑣。單片機(jī)系統(tǒng)作為一種典型的嵌入式系統(tǒng)，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，其調(diào)試過(guò)程一般分為軟件調(diào)試，硬件調(diào)試，硬件測(cè)試，系統(tǒng)調(diào)試3個(gè)過(guò)程。如果采用單片機(jī)系統(tǒng)的虛擬仿真軟件Protues,則不用制作具體的電路板也能夠完成以上工作。 第1章 緒論 課題的意義和目的 在快節(jié)奏的當(dāng)今社會(huì)，時(shí)間更是一個(gè)很重要的工具，為了更高效率的完成工作，為了社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，把握和控制時(shí)間更是尤為重要。 電子時(shí)鐘是利用電子技術(shù)構(gòu)成時(shí)鐘功能的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的壽命，因此現(xiàn)在越來(lái)越得到廣泛的使用?，F(xiàn)在的電子時(shí)鐘具有顯示、校準(zhǔn)、鬧鐘這些傳統(tǒng)機(jī)械時(shí)鐘所具有的功能，另外還具有正點(diǎn)音樂(lè)報(bào)時(shí)、溫濕度測(cè)量、秒表等新的功能，更加的使用并且生活化。因此我們將設(shè)計(jì)一個(gè)多功能電子時(shí)鐘系統(tǒng)。 課題的研究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)制作一臺(tái)以控制器為核心的多功能電子時(shí)鐘系統(tǒng)。課題的任務(wù)和要求（正常時(shí)鐘顯示模式、系統(tǒng)校準(zhǔn)模式、秒表計(jì)時(shí)模式）；系統(tǒng)所有功能，能夠通過(guò)上位PC機(jī)對(duì)其操作修改與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示（PC主機(jī)端可利用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計(jì)）；2．在正常時(shí)鐘顯示模式時(shí)，時(shí)鐘具有顯示年、月、日、時(shí)、分、秒的功能；3．在正常時(shí)鐘顯示模式時(shí)，系統(tǒng)具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能，在離整點(diǎn)前10秒時(shí)，自動(dòng)發(fā)出鳴叫聲，步長(zhǎng)1秒，每間隔1秒鳴叫一次，前4響是低音，后1響為高音，共鳴叫5次，最后1響結(jié)束時(shí)為整點(diǎn)。高音頻率為1KHz；4．在系統(tǒng)校準(zhǔn)模式時(shí)，系統(tǒng)具有快速校準(zhǔn)時(shí)間的功能；5．在秒表計(jì)時(shí)模式時(shí)，可兼做比賽時(shí)間記錄表。，由3個(gè)鍵分別控制秒表的啟動(dòng)、清零、記錄功能，可連續(xù)記錄3組時(shí)間，并能夠顯示記錄時(shí)間；6．系統(tǒng)顯示器采用LCD液晶顯示器1602或其它顯示器件，并采用鍵盤對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置與操作。第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)方案一：MCU顯示通信接口PC鍵盤時(shí)鐘蜂鳴器復(fù)位晶振電源用單片機(jī)為核心完成多功能電子時(shí)鐘的各種功能，由時(shí)鐘芯片來(lái)提供及時(shí)方式，再通過(guò)蜂鳴器報(bào)時(shí)，通過(guò)鍵盤來(lái)定時(shí)，修改時(shí)間，實(shí)現(xiàn)秒表的啟停和存儲(chǔ)，通過(guò)顯示器來(lái)顯示時(shí)間。示意框圖如圖21所示。圖21 由單片機(jī)構(gòu)成的多功能電子時(shí)鐘框圖方案二：以FPGA為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)多功能電子時(shí)鐘的功能，以模塊化，自上而下的方式來(lái)編寫程序，然后由時(shí)鐘芯片來(lái)提供及時(shí)方式，再通過(guò)蜂鳴器報(bào)時(shí)，鬧鐘，通過(guò)鍵盤來(lái)定時(shí)，修改時(shí)間，實(shí)現(xiàn)秒表的啟停和存儲(chǔ)，通過(guò)顯示器來(lái)顯示時(shí)間。示意框圖如圖22所示。FPGA顯示通信接口PC鍵盤時(shí)鐘蜂鳴器圖22 由FPGA構(gòu)成的多功能電子時(shí)鐘框圖 方案的選擇與論證 方案的比較與論證以上兩個(gè)方案都可以實(shí)現(xiàn)多功能電子時(shí)鐘的功能要求。其中方案一靈活性大，便于修改，成本低，但是經(jīng)常會(huì)有死機(jī)情況，重啟會(huì)復(fù)位，需要重新設(shè)置時(shí)間。方案二使用的是模塊化的編寫方法，外圍電路要求較簡(jiǎn)單，不會(huì)因?yàn)榈綦姾笾貑⒕托枰刂眯畔?，但是成本高，固化后難以修改。所以相比較而言，選擇成本較低的，便于修改的方案一。第3章 系統(tǒng)各模塊的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制模塊單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)也被稱為微控制器，是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTELi960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，