【正文】 單片機(jī)多功能數(shù)字電子時鐘設(shè)計(jì)單片機(jī)多功能數(shù)字電子時鐘設(shè)計(jì)緒論概述時間對人們來說是非常寶貴的，準(zhǔn)確的掌握時間和分配時間對人們來說至關(guān)重要。因此自從時鐘發(fā)明的那刻起，就成為人類的好朋友。隨著時間的流逝，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和提高人們對時間計(jì)量的精度要求越來越高，應(yīng)用越來越廣。怎樣讓時鐘更好、更方便、更精確的顯示時間，這就要求人們不斷設(shè)計(jì)研發(fā)。出新型的時鐘。高精度的計(jì)時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石英表，石英鐘都采用了石英技術(shù)，因此走時精度高穩(wěn)定性好、使用方便、不需要經(jīng)常調(diào)校。數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時時譯碼代替機(jī)械式傳動，用LCD顯示器代替指針進(jìn)而顯示時間、減小了計(jì)時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進(jìn)行時和分的校對，片選的靈活性好。 時鐘電路在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，時鐘有兩個方面的含義。一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時信號、主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機(jī)系統(tǒng)工作的快慢二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時時鐘即定時時間。它通常有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是用軟件實(shí)現(xiàn)，即用單片機(jī)內(nèi)部的可編程定時器/計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，二是用專門的時鐘芯實(shí)現(xiàn)。2研究目的通過利用STC89C52單片機(jī)和DS1302芯片和DS18B20以及外圍的按鍵和LCD顯示器等部件顯示完整的日歷和溫度，設(shè)計(jì)一個基于單片機(jī)的電子時鐘。通過設(shè)計(jì)可以很好的學(xué)習(xí)單片機(jī)的基礎(chǔ)知識。具有日歷、時間、溫度顯示功能。設(shè)計(jì)的電子時鐘通過液晶顯示器顯示并能通過按鍵對時間進(jìn)行設(shè)置。第一章 設(shè)計(jì)要求與方案論證1具有年、月、日、星期、時、分、秒顯示功能，2具有年、月、日、星期、時、分、秒校正功能，3具有12/24小時切換顯示功能，4具有顯示溫度功能。 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證方案一:采用STC89C52芯片作為硬件核心。STC89C52內(nèi)部具有8KB ROM 存儲空間,512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間、帶有2K字節(jié)的EEPROM存儲空間與MCS51系列單片機(jī)完全兼容,STC89C52可以通過串口下載。方案二:采用AT89S52。AT89S52片內(nèi)具有8K字節(jié)程序存儲空間、256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲空間沒有EEPROM存儲空間也與MCS51系列單片機(jī)完全兼容，具有在線編程可擦除技術(shù)。兩種單片機(jī)都完全能夠滿足設(shè)計(jì)需要、STC89C52相對ATS89C52價格便宜且抗干擾能力強(qiáng)?？紤]到成本因素，因此選用STC89C52。 顯示模塊選擇方案和論證方案一采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示。點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，可用來顯示數(shù)。但體積較大、且價格也相對較高、從便攜實(shí)用的角度出發(fā)，不采用此種方案。方案二采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描。LED數(shù)碼管價格便宜,對于顯示數(shù)字最合適,但功耗較大且顯示容量不夠，所以也不用此種方案。方案三采用LCD液晶顯示屏。液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,可顯示大量文字、顯示多樣,清晰可見,且價格適中所以采用了LCD數(shù)碼管作為顯示。 時鐘芯片的選擇方案和論證方案一直接采用單片機(jī)定時計(jì)數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用、節(jié)約成本，但是實(shí)現(xiàn)的時間誤差較大。所以不采用此方案。方案二采用DS1302時鐘芯片實(shí)現(xiàn)時鐘。DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、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,.:方案一：使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個相應(yīng)阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個電阻變化的分壓值，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。此設(shè)計(jì)方案需用A/D轉(zhuǎn)換電路，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴(yán)格線性的，會產(chǎn)生較大的測量誤差。方案二：采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，此類傳感器為數(shù)字式傳感器而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機(jī)連接，可以去除A/D模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。另外，數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。 電路設(shè)計(jì)最終方案決定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用STC89C52單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)。采用DS1302作為時鐘芯片。采用1602 LCD液晶作為顯示器件。第二章 主要元器件介紹 STC89C52介紹 STC89C52主要功能及PDIP封裝STC89C52是由深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令集和輸出管腳相兼容的單片機(jī)。STC89C52主要功能如表1所示其PDIP封裝如表1所示 主要功能特性。表21 STC89C52主要功能表:主要功能特性32兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個雙向I/O口256X8Bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計(jì)數(shù)器中斷時鐘頻率0—24MHZ2個串行中斷可編程UART串行通道兩個外部中斷共6個中斷源2個讀寫中中斷口線3級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 STC89C52引腳介紹① 主電源引腳 (2根)VCC(Pin40):電源輸入，接+5V電源GND(Pin20):接地線②外接晶振引腳 (2根)XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端③控制引腳 (4根)RST/VPP(Pin9):復(fù)位引腳引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30):地址鎖存允許信號PSEN(Pin29):外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31):程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。④可編程輸入/輸出引腳 (32根)STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、PPP3口，每個口有8位(8根引腳)，共32根。P0口（Pin39∽Pin32）：8位雙向I/O口線∽P1口（Pin1∽Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線∽P2口（Pin21∽Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線∽P3口（Pin10∽Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線∽其功能引腳如圖21所示。圖21 STC89C52 PDIP封裝圖 STC89C52最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)是指能進(jìn)行正常工作的最簡單電路。它包含五個電路部分：電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、片內(nèi)外程序存儲器選擇電路、輸入/輸出接口電路。其中電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路是 保證單片機(jī)系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的三部分電路，缺一不可。①電源電路 芯片引腳VCC一般接上直流穩(wěn)壓電源+5V，引腳GND接電源+5V的負(fù)極，電源電壓范圍在4∽，可保證單片機(jī)系統(tǒng)能正常工作。為提高電路的抗干擾性能，這樣可抑制雜波串?dāng)_，從而有效確保電路穩(wěn)定性。②時鐘電路 單片機(jī)引腳18和引腳19外接晶振及電容，STC89C52芯片的工作頻率可在2∽33MHz范圍之間選，單片機(jī)工作頻率取決于晶振XT的頻率。兩個小電容通常取值3pF，以保證振蕩器電路的穩(wěn)定性及快速性。③復(fù)位電路 一般若在引腳RST上保持24個工作主頻周期的高電平，單片機(jī)就可以完成復(fù)位但為了保證系統(tǒng)可靠地復(fù)位復(fù)位電路應(yīng)使引腳RST保持10ms以上的高電平。如圖復(fù)位電路帶有上電自動復(fù)位功能當(dāng)電路上電時，由于C1電容兩端電壓值不能突變，電源+5V會通過電容向RST提供充電電流，因此在RST引腳上產(chǎn)生一高電平，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。隨著電容C1充電，它兩端電壓上升使得RST電位下降，最終使單片機(jī)退出復(fù)位狀態(tài)。正常運(yùn)行時可按復(fù)位按鈕對單片機(jī)復(fù)位，如圖22所示圖22 STC89C52最小系統(tǒng) DS1302時鐘芯片介紹 DS1302概述DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計(jì)時，具有閏年補(bǔ)償功能，。采用雙電源供電，主電源和備用電源，同時提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，圖23所示圖23 DS1302封裝圖 DS1302引腳介紹各引腳功能為：VCC：主電源Vcc2:備用電源。當(dāng)Vcc2Vcc1+,由Vcc2向DS1302供電:當(dāng)Vcc2Vcc1時,由Vcc1向DS1302供電。SCLK: 串行時鐘輸入端,控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出I/O: 三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線CE: 輸入信號,在讀、寫數(shù)據(jù)期間必須為高 DS1302使用方法(1) 時鐘芯片DS1302的工作原理DS1302在每次進(jìn)行讀、寫程序前都必須初始化,先把SCLK端置 “0”,接著把RST端置“1”,最后才給予SCLK脈沖。 讀/寫時序如圖5所示。表2為DS1302的控制字,此控制字的位7必須置1, 若為0則不能把對DS1302進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)。對于位6,若對程序進(jìn)行讀/寫時RAM=1,對時間進(jìn)行讀/寫時, CK=0。位1至位5指操作單元的地址。位0是讀/寫操作位,進(jìn)行讀操作時,該位為1。該位為0則表示進(jìn)行的是寫操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入/輸出的。表6為DS1302的日歷、時間寄存器內(nèi)容:“CH”是時鐘暫停標(biāo)志位當(dāng)該位為1時,時鐘振蕩器停止,DS1302處于低功耗狀態(tài)當(dāng)該位為0時時鐘開始運(yùn)行?！癢P”是寫保護(hù)位,在任何的對時鐘和RAM的寫操作之前WP必須為0。當(dāng)“WP”為1時寫保護(hù)位防止對任一寄存器的寫操作。(2) DS1302的控制字節(jié)DS1302的控制字如表所示?？刂谱止?jié)最高有效位(位7) 必須是邏輯1,如果它為0,則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中,位6為 0,表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù),為1表示存取RAM數(shù)據(jù):位5至位1指示操作單元的地址最低有效位(位0) 如為0表示要進(jìn)行寫操作,為1表示進(jìn)行讀操作,控制字節(jié)總是從最低位開始傳輸表22 DS1302的控制字格式RAM RD1 A4 A3 A2 A1 A0/ CK /WR(3) 數(shù)據(jù)輸入輸出（I/O）在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7。其讀寫時序如圖24示圖24 DS1302讀寫程序（4）DS1302寄存器；DS1302中與時間、日期有關(guān)的寄存器共有12個，其中7個存放數(shù)據(jù)的格式為BCD碼格式，其讀寫地址如下表所示。表23 DS1302時鐘寄存器讀寄存器寫寄存器Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7B