【正文】 單片機多功能數(shù)字電子時鐘設(shè)計 1 單片機 多功能 數(shù)字 電子時鐘設(shè)計 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)計研發(fā)。 出新型的時鐘。高精度的計時工具大多數(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時時譯碼代替機械 式傳動，用 LCD 顯示器代替指針進而顯示時間、減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。 常工作的基礎(chǔ)。在單片機的應(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。它通常有兩種實現(xiàn)方法：一是用軟件實現(xiàn)，即用單片機內(nèi)部的可編程定時器 /計數(shù)器來實現(xiàn)，二是用專門的 時鐘芯 實現(xiàn)。 2 研究 目的 通過利用 STC89C52單片機和 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)計一個基于單片機的電子時鐘。通過設(shè)計可以很好的學(xué)習(xí)單片機的基礎(chǔ)知識。具有日歷、時間、溫度顯示功能。設(shè)計的電子時鐘通過液晶顯示器顯示并能通過按鍵對時間進行設(shè)置。 單片機多功能數(shù)字電子時鐘設(shè)計 2 第一章 設(shè)計要求與方案論證 設(shè)計要求 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。 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 單片機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系列單片機完全兼容， 具有在線編程可擦除技術(shù)。 兩種單片機都完全能夠滿足設(shè) 計需要 、 STC89C52 相對 ATS89C52 價格便宜且抗干擾能力強。考慮到成本因素， 因此選用 STC89C52。 顯示模塊選擇方案和論證 采用點陣式數(shù)碼管顯示。點陣式數(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、從便攜實用的角度出發(fā)， 不采用此種方案。 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 ,且顯示容量不夠， 所以也不用此種方案。 采用 LCD 液晶顯示屏。液晶顯示屏的顯示功能強大 ,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 直接采用單片機定時計數(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 實現(xiàn)的時間誤差較大。所以不采用此方案。 采用 DS1302 時鐘芯片實現(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、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)， 而且精度高 ,工作電壓 范圍內(nèi) 時耗電小于 300nA. 感器的選擇方案與論證 : 方案一： 單片機多功能數(shù)字電子時鐘設(shè)計 3 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，并進行 A/D 轉(zhuǎn)換。此設(shè)計方案需用 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)線進行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機連接，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。 電路設(shè)計最終方案決定 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。 單片機多功能數(shù)字電子時鐘設(shè)計 4 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。 STC89C52 主要功能如表 1 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 ROM 32 個雙向 I/O 口 256X8Bit 內(nèi)部 RAM 3個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 0— 24MHZ 2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): 接 +5V 電源 GND(Pin20): 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): 2個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。 ALE/PROG(Pin30): PSEN(Pin29): EA/VPP(Pin31):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 單片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3口，每個口有 8位 (8根引腳 ) 32 根。 P0 口（ Pin39∽ Pin32）： 8 位雙向 I/O ∽ P1 口（ Pin1∽ Pin8）： 8位準(zhǔn)雙向 I/O ∽ P2 口（ Pin21∽ Pin28）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O ∽ P3 口（ Pin10∽ Pin17）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O ∽ 其功能引腳如圖 21所示。 單片機多功能數(shù)字電子時鐘設(shè)計 5 圖 21 STC89C52 PDIP 封裝圖 STC89C52 最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)是指能進行正常工作的最簡單電路。 STC89C52 最小應(yīng)用系統(tǒng)電路如圖 所示。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 的負極，電源電壓范圍在 4∽ 之間，可保證單片機系統(tǒng)能正常工作。為提高電 路的抗干擾性能，通常在引角 VCC 與 GND 之間接上一個 10uF 的電解電容和一個 陶片電容，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，單片機工作頻率取決于晶振 XT的頻率，通常選用 晶振。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，單片機就可以完使引腳 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，使單片機進入復(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，最終使單片機退出復(fù)位狀態(tài)。正常運行時可按復(fù)位按鈕對單片機復(fù)位 ，如圖 22 所示 單片機多功能數(shù)字電子時鐘設(shè)計 6 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 的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 。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行涓細電流充電的能力。采用三線接口與 CPU 進行同步通信 ，圖 23所示 圖 23 DS1302 封裝圖 DS1302 引腳介紹 VCC Vcc2:備用電源。當(dāng) Vcc2Vcc1+ 時 ,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 單片機多功能數(shù)字電子時鐘設(shè)計 7 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 DS1302 在每次進行讀、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 進行讀寫數(shù)據(jù)。對于位 6,若對程序進行讀 /寫時 RAM=1,對時間進行讀 /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 ,進行讀操作時 ,該位為 1。該位為 0 則表示進行的是寫操作?？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1時 ,時鐘振蕩器停止 ,DS1302 0運行?！?WP”是寫保護位 ,在任何的對時鐘和 RAM WP 必須為 0。當(dāng)“ WP”為 1 (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表示要進行寫操作 ,為 1表示進行讀操作 ,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 RD 1 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） DS130