【正文】 YanCheng Institute of Technology　　 　　課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)的時(shí)鐘設(shè)計(jì)專業(yè)（工業(yè)）自動(dòng)化學(xué)生姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào)完成日期　第1章 電子時(shí)鐘的工作原理本次設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路，使用了AT89C51單片機(jī)芯片控制電路，單片機(jī)控制電路簡單且省去了很多復(fù)雜的線路，使得電路簡明易懂，用C語言程序來控制整個(gè)時(shí)鐘的顯示，使得編程變得更容易，這樣通過五個(gè)模塊：芯片、顯示屏、看門狗、電源、時(shí)鐘即可滿足設(shè)計(jì)要求。此設(shè)計(jì)原理圖框圖如圖11所示，此電路包括以下五個(gè)部分：單片機(jī)、時(shí)鐘電路、看門狗、液晶屏、電源模塊、時(shí)鐘振蕩電路。AT89C51主控模塊DS1232時(shí)鐘電路時(shí)鐘振蕩模塊DS1232看門狗LCD1602顯示模塊電源模塊　　圖11 主電路設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)采用C語言程序設(shè)計(jì)，使單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示年、月、日、時(shí)、分、秒，當(dāng)秒計(jì)數(shù)滿60時(shí)就向分進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按“23翻0”規(guī)律計(jì)數(shù)。時(shí)、分、秒的計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可直接送顯示器顯示。當(dāng)計(jì)時(shí)發(fā)生誤差的時(shí)候可以用校時(shí)電路進(jìn)行校正。設(shè)計(jì)采用的是時(shí)、分、秒顯示，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理同時(shí)在LCD上顯示。第2章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)及元件　　 AT89C51芯片　　AT89C51 是美國ATMEL 公司生產(chǎn)的8 位Flash ROM 單片機(jī)。其最突出的優(yōu)點(diǎn)是片內(nèi)ROM 為Flash ROM，可擦寫1000 次以上，應(yīng)用并不復(fù)雜的通用ROM 寫入器就能方便的擦寫，讀取也很方便，價(jià)格低廉，具有片程序ROM 二級(jí)保密系統(tǒng)。因此可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。　　AT89C51 包含以下一些功能部件：　?。?）一個(gè)8 位CPU ；　?。?）一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；　?。?）4KB Flash ROM ；　?。?）128B 內(nèi)RAM；　?。?）可尋址64KB 的外ROM 和外RAM 控制電路；　?。?）兩個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；　?。?）21 個(gè)特殊功能寄存器；　?。?）4 個(gè)8 位并行I/O 口；　?。?）一個(gè)可編程全雙工串行口；　　（10）5 個(gè)中斷源，可設(shè)置成2 個(gè)優(yōu)先級(jí)?！　T89C51 單片機(jī)一般采用雙列直插DIP 封裝，共40 個(gè)引腳，圖21 為其引腳排列圖。40 個(gè)引腳大致可分為4 類：電源、時(shí)鐘、控制各I/O 引腳。圖21 AT89C51引腳圖　　 電源　　Vcc——芯片電源，接+5V；GND——接地端?！　?時(shí)鐘　　XTALXTAL2——晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端?！　?控制線　　控制線共有4 根，其中3 根是復(fù)用線。所謂復(fù)用線是指具有兩種功能，正常使用時(shí)是一種功能，在某種條件下是另一種功能?！　LE/ PROG ——地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM 編程脈沖?！　。?）ALE 功能：用來鎖存P0 口送出的低八位地址?！　T89C51 在并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口用于分時(shí)傳送低8 位地址和數(shù)據(jù)信號(hào)，且均為二進(jìn)制數(shù)。當(dāng)ALE 信號(hào)有效時(shí)，P0 口傳送的是低8 位地址信號(hào)；ALE 信號(hào)無效時(shí)，P0 口傳送的是低8 位地址信號(hào)。在ALE 信號(hào)的下降沿，鎖定P0 口傳送的內(nèi)容，即低8 位地址信號(hào)?！　⌒枰赋龅氖牵?dāng)CPU 不執(zhí)行訪問外RAM 指令，ALE 以時(shí)鐘振蕩頻率1/6 的固定頻率輸出，因此ALE 信號(hào)也可作為外部芯片CLK 時(shí)鐘或其他需要。但是，當(dāng)CPU 執(zhí)行MOVX 指令時(shí)，ALE 將跳過一個(gè)ALE 脈沖。（2） 　　PROG 功能：片內(nèi)EPROM 的芯片，在EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 　　PSEN ——外ROM 讀選通信號(hào)?！　?9C51 讀外ROM 時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)PSEN 兩次有效輸出。PSEN 可作為外ROM芯片輸出允許OE 的選通信號(hào)。在讀內(nèi)ROM 或讀外RAM 時(shí)， PSEN 無效?！　ST/VPD——復(fù)位/備用電源?！　。?）正常工作時(shí)，RST 端為復(fù)位信號(hào)輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平，AT89C51 芯片即實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開始，CPU 從0000H 開始執(zhí)行指令?！　。?）VPD 功能：在VCC 掉電情況下，該引腳可接上備用電源，由VPD 向片內(nèi)RAM供電，以保持片內(nèi)RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失?！　A /VPP——內(nèi)外ROM 選擇/片內(nèi)EPROM 編程電源?！　。?） EA 功能：正常工作時(shí)， EA 為內(nèi)外ROM 選擇端。AT89C51 單片機(jī)ROM 尋址范圍為64KB，其中4KB 在片內(nèi)，60KB 在片外。當(dāng)EA 保持高電平時(shí)，先訪問內(nèi)ROM，但當(dāng)PC 值超過4KB 時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外ROM 中的程序。當(dāng)EA 保持低電平時(shí)，則只訪問外ROM，不管芯片內(nèi)有否內(nèi)ROM?！　。?）VPP 功能：片內(nèi)有EPROM 的芯片，在EPROM 編程期間，此引腳用于施加編程電源?！　?I/O引腳　　AT89C51 有P0、PPP3 4 個(gè)8 位并行I/O 端口，共32 個(gè)引腳?！　0 口是一組8 位漏級(jí)開路型雙向I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫1 時(shí)，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址（低8 位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在Flash 編程時(shí)，P0 端口接收指令字節(jié)；而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻?！　1 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向P1口寫入1時(shí)P1口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部信號(hào)拉低的P1口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出一個(gè)電流。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址?！　2 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向P2口寫入1時(shí)P2口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部拉低的P2口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行MOVX @DPTR指令)時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)，當(dāng)使用8位尋址方式(MOVX@RI)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口發(fā)送P2特殊功能寄存器的內(nèi)容，在整個(gè)訪問期間不改變。Flash編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。　　P3 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向P3口寫入1時(shí)P3口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部拉低的P3口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的是它的第二功能，如表21所示：表21 P3端口的特殊功能 端口引腳兼 用 功 能 ——RXD 串行輸入口 ——TXD 串行輸出口 ——/INT0 外部中斷0 ——/INT1 外部中斷1 ——T0 定時(shí)器0的外部輸入 ——T1 定時(shí)器1的外部輸入 ——/WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ——/RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 DS1302芯片　　DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI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)和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小于31天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能?！２捎秒p電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。有主電源和備份電源雙引腳，而且備份電源可由大容量電容（＞1F）來替代。需要強(qiáng)調(diào)的是?！　S1302 包含以下一些功能部件：　?。?）實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)；　?。?）用于高速數(shù)據(jù)暫存的318位RAM；　?。?）最少引腳的串行I/O；　　（4）～ 電壓工作范圍；　?。?）；　?。?）用于時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)讀/寫的單字節(jié)或多字節(jié)（脈沖方式）數(shù)據(jù)傳送方式；　?。?）簡單的3線接口；　?。?）可選的慢速充電（至VCC1）的能力?！　?DS1302數(shù)據(jù)操作原理　　DS1302在任何數(shù)據(jù)傳送時(shí)必須先初始化，把RST腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿被輸入。無論是讀周期還是寫周期，開始8位指定40個(gè)寄存器中哪個(gè)被訪問到。在開始8個(gè)時(shí)鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時(shí)鐘周期在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時(shí)寫入數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為8加8，在多字節(jié)方式下為8加字節(jié)數(shù)，最大可達(dá)248字節(jié)數(shù)。DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖22所示。圖22 DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖　　 DS1302 的引腳圖及功能　　DS1302 的引腳圖如圖23所示。圖23 DS1302引腳圖　　DS1302 各引腳功能：　　Vcc1：主電源；　　Vcc2：備份電源。當(dāng)Vcc2Vcc1+，由Vcc2向DS1302供電，當(dāng)Vcc2 Vcc1時(shí)，由Vcc1向DS1302供電。 　　SCLK：串行時(shí)鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出； 　　I/O：三線接口時(shí)的雙向數(shù)據(jù)線； CE：輸入信號(hào)，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個(gè)功能：第一，CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次CE提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。引腳功能如表22所示：表22 DS1302引腳功能說明引腳號(hào)名稱功能1VCC1備份電源輸入2X13X24GND地5RST控制移位寄存器/復(fù)位6I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出7SCLK串行時(shí)鐘8VCC2主電源輸入 DS1302的寄存器 DS1302有關(guān)日歷、時(shí)間的寄存器共有12個(gè)，其中有7個(gè)寄存器（讀時(shí)81h～8Dh，寫時(shí)80h～8Ch），存放的數(shù)據(jù)格式為BCD碼形式，如表23所示：表23 DS1302的日歷、時(shí)鐘寄存器及其控制字寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543210秒寄存器 80H81H0059CH10SECSEC分寄存器82H83H0059010MINMIN時(shí)寄存器84H85H0112或002312/24010HRHR日寄存器86H87H0128,29,30,310010DATEDATE月寄存器88H89H011200010MMONTH周寄存器8AH8BH010700000DAY年寄存器8CH8DH009910YEARYEAR控制8EH8FHWP0000000　　秒寄存器（81h、80h）的位7定義為時(shí)鐘暫停標(biāo)志