【正文】 考文獻(xiàn) ............................................................. 25 附錄 1 系統(tǒng)仿真電路圖 ................................................ 26 II 附錄 2 PCB 板底圖 .................................................... 27 附錄 3 主要源程序 .................................................... 28 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 1頁(yè) 共 31頁(yè) 摘 要 本 設(shè)計(jì) 以 AT89C51單片機(jī)為核心，以實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1307和液晶顯示 LCD1602為主體設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)易數(shù)字時(shí)鐘。 主要參考文獻(xiàn)、資料 (寫清楚參考文獻(xiàn)名稱、作者、出版單位 )： [1] DS1307 datasheet ： //[2] 李建忠 .單片機(jī) 原理及應(yīng)用 .西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2021 [3] 朱宇光 .單片機(jī) 應(yīng)用新技術(shù)教程 .北京：電子工業(yè)出版社， 2021 [4] 劉守義 .單片機(jī) 應(yīng)用技術(shù) .西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2021 [5] 房小翠 .單片機(jī) 實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) .北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2021 [6] 李華 .MCS51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù) .北京：電子工業(yè)出版社， 2021 審 批 意 見 教研室負(fù)責(zé)人： 年 月 日 備注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，一式二份。 設(shè)計(jì)可按如下步驟進(jìn)行： 1. 收集有關(guān)資料并消化吸收； 2. 制定設(shè)計(jì)方案； 3. 完成硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)，仿真測(cè)試成功后可完成實(shí)物制作； 4. 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告（不少于 4000 字）。 信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 設(shè)計(jì) (論文 )題目 : 基于單片機(jī)的 _ 數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 專 業(yè) : 通信技術(shù) 班 級(jí) : 學(xué) 號(hào) : 姓 名 : 指導(dǎo)教師 : 信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué) 生 姓 名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 通技062 專業(yè) 通信技術(shù) 設(shè)計(jì)（或論文）題目 基于單片機(jī)的數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師姓名 職 稱 工作單位及所從事專業(yè) 聯(lián)系方式 備 注 助教 高級(jí)工 程師 設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容： 本 設(shè)計(jì)要求以 單片機(jī) (AT89C51)為核心，設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)易的數(shù)字時(shí)鐘，功能如下： （ 1）時(shí)間（年、月、日、星期、時(shí)、分、秒） LCD顯示功能；（ 2）時(shí)間設(shè)置功能；（ 3）鬧鐘功能；（ 4）環(huán)境溫度顯示功能（可選項(xiàng)）。 學(xué)生需完成系統(tǒng)方案制定與工作原理分析、 硬件 設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真或?qū)嵨镏谱鳌⒃O(shè)計(jì)報(bào)告撰 寫 等 工作 。 進(jìn)度安排： [1] 收集有關(guān)資料并消化吸收 第 6~7周； [2]制定設(shè)計(jì)方案 第 7周； [3] 硬件設(shè)計(jì) 第 7~8周； [4]軟件設(shè)計(jì) 第 9~11 周； [5] 系統(tǒng)仿真測(cè)試與硬件制作 第 12周； [6]撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告 第 13~14 周； [7] 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 第 15周。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份。 該時(shí)鐘系統(tǒng)主要由 單片機(jī)最小系統(tǒng)、 時(shí)鐘模塊、鬧鐘模塊、液晶顯示模塊、鍵盤控制模塊組成。設(shè)計(jì)以硬件軟件化為指導(dǎo)思想，充分發(fā)揮單片機(jī)功能，大部分功能通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路簡(jiǎn)單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。由于系統(tǒng)所用 元器件較少，單片機(jī)所被占用的 I/O 口不多，因此系統(tǒng)具有一定的可擴(kuò)展性 。 報(bào)告詳細(xì)介紹了整個(gè)系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)、工作原理和系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)。 為了實(shí)現(xiàn) :(1)顯示年、月、日、時(shí)、分、秒、星期，并且可以進(jìn)行調(diào)整時(shí)間 ； (2)可以設(shè)定鬧鐘和整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能，數(shù)字時(shí)鐘在總體上主要分為三大部分 ：輸入 人 機(jī) 界面部分、 FPGA 核心功能部分和輸 出界面部分，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖 11所 示 。 系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)為核心控制器件， 它除了具備微機(jī) CPU的數(shù)值計(jì)算功能外，還具有靈活強(qiáng)大的控制功能，以便實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的輸入量、控制系統(tǒng)的輸出量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。它的計(jì)時(shí)周期為 24 小時(shí)，顯滿刻度為 “23 時(shí) 59 分59 秒 ”，另外具有校時(shí)功能，斷電后有記憶功能，恢復(fù)供電時(shí)可實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)同步等特點(diǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 12所示。 鍵盤模塊：鍵盤模塊可以設(shè)置時(shí)間信息，通過(guò)單片機(jī)寫入時(shí)鐘芯片，以更新時(shí)間；也可以設(shè)置鬧鐘，由單片機(jī)存入其內(nèi)部 RAM 中。 液晶顯示模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)讀取時(shí)鐘芯片 DS1307 中的信息，通過(guò)液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示。 鬧鐘模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊讀取日歷芯片中的時(shí)間信息，與所設(shè)置的鬧鐘時(shí)間相比較，若相同時(shí)，鬧鐘模塊工作鬧鐘模塊。 方案確定 綜合考慮以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)以及題目的基本要求和發(fā)揮要求，在本設(shè)計(jì)中，我采用了第二種方案，即采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘的功能為我此次設(shè)計(jì)的方案。主 要負(fù)責(zé)各個(gè)模塊的初始化工作；讀取并處理時(shí)間；處理按鍵響應(yīng)；控制液晶實(shí)時(shí)顯示等。 圖中， 、 、 及 P1 口為單片機(jī)與液晶顯示器連接的控制和通信的數(shù)據(jù)端口； 和 為單片機(jī)與時(shí)鐘芯片 DS1307 通信的端口； 為鬧鐘的控制端口； 、 、 、 為 按鍵模塊的接口。時(shí)鐘電路中晶體振蕩器的頻率高則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率就高，所以該系統(tǒng)采用 12M晶振； 復(fù)位電路有兩種形式：手動(dòng)按鍵復(fù)位和上電復(fù)位，在本系統(tǒng)中采用的是手動(dòng)按鍵四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 5頁(yè) 共 31頁(yè) 復(fù)位。 時(shí)鐘模塊 系統(tǒng)采用 DS1307 時(shí)鐘芯片。 DS1307 的主要技術(shù)指標(biāo)：具有秒、分、時(shí)、日、星期、月、年的計(jì)數(shù)功能； 12小時(shí)制和 24 小時(shí)制兩種計(jì)數(shù)模式；可自動(dòng)調(diào)整每月的天數(shù)，具有閏年自動(dòng)修正、掉電保護(hù)和上電復(fù)位功能。相應(yīng)功能如下： Vcc：主電源； Vbat：備用電源。 圖 22 DS1307引腳分布圖 DS1307 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS1307 芯片由晶體振蕩器、電源控制器、 I2C 總線控制、分頻處理、邏輯控制、RAM 存儲(chǔ)、多路選擇器、時(shí)鐘 /日歷寄存器、緩沖器組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 23所示。 表 21 DS1307 的 日歷、 時(shí)間寄存器 地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 功能 取值范圍 81H CH 十位 個(gè)位 秒 0059 83H 0 十位 個(gè)位 分 0059 85H 0 12 十位 十位 個(gè)位 時(shí) AM： 112 PM： 0023 24 8B 0 0 0 0 0 星期 星期 0107 87H 0 0 十位 個(gè)位 日 0131 89H 0 0 0 十位 個(gè)位 月 0112 8DH 十位 Year 年 0099 8FH OUT 0 0 SOWE 0 0 RS1 RS0 控制字 91H RAM 56 8 00HFFH (1)小時(shí)寄存器（ 85H、 84H） 的位 7 用于定義 DS1307 是運(yùn)行于 12 小時(shí)模式還是 24小時(shí)模式。在 12小時(shí)模式時(shí)，位 D5是PMAM/，當(dāng)為 1時(shí)，表示 PM。 (2)秒寄存器（ 81H、 80H） 的位 7 定義為時(shí)鐘暫停標(biāo)志（ CH）。 Vcc SQW/OUT SDA SCL GND Vbat X2 X1 電源控制器 邏輯控制 時(shí)鐘 /日歷 寄存器 多路選擇器 RAM 存儲(chǔ) 分頻處 理 晶體振蕩器 RAM 存儲(chǔ) I2C 控制 總線 1Hz 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 7頁(yè) 共 31頁(yè) (3)控制寄存器（ 8FH、 8EH） 的位 7 是寫保護(hù)位（ WP），其它 7 位均置為 0。當(dāng) WP 位為 1 時(shí)，寫保護(hù)位防止對(duì)任一寄存器的寫操作。 總線的驅(qū)動(dòng) I2C 總線在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，必須確認(rèn)傳送數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束。具體如圖 24所示，三種信號(hào)的格式如下： (1)啟動(dòng)信號(hào)：當(dāng)時(shí)鐘總線 SCL 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線 SDA 由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為“啟動(dòng)”信號(hào)。 (3)應(yīng)答位：當(dāng)主器件發(fā)送完一字節(jié)的數(shù)據(jù)后，后面必須跟一個(gè)應(yīng)答位（ ACK）。 圖 24 I2C 總線的數(shù)據(jù)傳送格式 的寫控制 圖 25是 DS1307 的寫控制格式，首先發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，然后發(fā)送的第一個(gè)字節(jié)是用來(lái)控制芯片的地址以及讀寫控制位（ D0： 0– 寫），之后是應(yīng)答位，然后發(fā)送其它四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 8頁(yè) 共 31頁(yè) 字節(jié)數(shù)據(jù)，在最后發(fā)送一個(gè)結(jié)束標(biāo)志的應(yīng)答位，緊跟著是停止信號(hào)。 S 1101000 1 A XXXX XXXX A XXXX XXXX A XXXX XXXX A XXXX XXXX A P 圖 26 CPU 讀數(shù)據(jù)模式 DS1307 硬件電路設(shè)計(jì) DS1307 采用與 CPU 進(jìn)行通信，電路連接簡(jiǎn)單。 圖 27 DS1307 的內(nèi)部振蕩電路 時(shí)鐘模塊電路如圖 28所示，其中晶振采用的是 ， 經(jīng)內(nèi)部電路分頻后可獲得一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖信號(hào)；電阻 R R4 是 I2C 總線的上拉電阻。電路中采用 PNP 管 Q1來(lái)控制蜂鳴器的開關(guān)，由圖可以看出：當(dāng) 引腳為高電平時(shí)， PNP 管截止，蜂鳴器不工作；當(dāng) 引腳為低電平時(shí)， PNP管導(dǎo)通，蜂鳴器工作。 L S 1Q1P N PR95k+ 5 VP2.3 圖 29 鬧鈴電路 鍵盤模塊 鍵盤模塊設(shè)置了四個(gè)按鍵： KEY KEY KEY KEY4。 電路連接如圖 210 所示。 R5R6R7R8+ 5 VK E Y 1K E Y 2K E Y 3K E Y 4P 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3 圖 210 鍵盤電路 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 10頁(yè) 共 31頁(yè) LCD 顯示模塊 LCD 顯示器分為字段顯示和字符顯示兩種。字符顯示是根據(jù)需要顯示基本字符。 系統(tǒng)中采用 LCD1602 作為顯示器件輸出信息， 可以顯示 2行 16個(gè) 漢字。 LCD1602 的引腳功能 LCD1602 模塊的引腳如圖 211所示。 LCD1602 的顯示操作 LCD 有四種基本操作，具體如表 22 所示。根據(jù)管腳功能，當(dāng)為有效電平時(shí)，狀態(tài)命令字可從 LCD 模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)總線。如圖 212 所示為讀入狀態(tài)字流程圖。可采用查詢方式：先讀入狀態(tài)字，再判斷忙標(biāo)志，最后寫命令字。其指令名稱是指要實(shí)現(xiàn)的功能，控制代號(hào)是采用的十六進(jìn)制的數(shù)值表示的。 I/D=0：減量方式 ，S=1：移位， S=0：不移位； ： D 指設(shè)置整體顯示開關(guān)； C 指設(shè)置光標(biāo)顯示開關(guān)； B 指設(shè)置光標(biāo)的字符閃耀； ： R/L 指右移或左移； S/C 指移動(dòng)總體或光標(biāo)； RS 清 0，等待 RW 置 1，等待 E 置 1，等待 讀入狀態(tài)字，等待 E 清 0，等待 RW 清 0，等待 結(jié)束 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 12頁(yè) 共 31頁(yè) ： DL 接口數(shù)位， L指顯示行數(shù)， F顯示字型； 地址設(shè)制：相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以在其中選擇所需要的符號(hào)； 地址設(shè)制：顯示定位； BF和 AC： B為最高位忙的標(biāo)志， F為標(biāo)志位； ：將數(shù)據(jù)按要求寫入到對(duì)應(yīng)的單元； ：讀相應(yīng)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)。 圖 213 寫命令字流程圖 3)定義光標(biāo)位置 寫命令字 讀入狀態(tài)字→ A =0? 不忙嗎？ 延時(shí) R/W=0 RS=0 E=1 命令字→ A,A→ P1 E=0 RS=0 返回 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 13頁(yè) 共 31頁(yè) 把顯示數(shù)據(jù)要某個(gè)位置，就是把顯示數(shù)據(jù)寫在相應(yīng)的 DDRAM 地址中， DDRAM地址占 7 位。光標(biāo)定位，寫入一個(gè)顯示字符后， DDRAM 地址會(huì)自動(dòng)加 1或減 1，加或減由輸入方式設(shè)置。如表 24所示。 圖 214 LCD 初始化流程圖 顯示程序設(shè)計(jì) LCD 顯示程序的設(shè)計(jì)一般先要確定 LCD 的初始化、光標(biāo)定位、確定顯示字符后，LCD 就可以按如圖 215 顯示。 +5V穩(wěn)壓器采用 CW7805，其應(yīng)用電路如圖 216 所示。發(fā)光二極管 D6的作用是顯示讀寫器的電源是否接通，若接通則 D6燈亮，無(wú)接通則 D6燈滅。本系統(tǒng)軟件程序主要包括 ：液晶 LCD1602 的底層驅(qū)動(dòng)模塊、時(shí)鐘芯片 DS1307 的底層驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤掃描及鍵值處理模塊、鬧鐘模塊等。 圖 31 主程序流程圖 液晶顯示模塊流程圖 液晶顯