【正文】 件設(shè)計(jì) 4　單片機(jī)主控模塊 4　時(shí)鐘模塊 5　DS1307的引腳功能 5　DS1307的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 5　DS1307的讀寫(xiě)操作 7　DS1307硬件電路設(shè)計(jì) 8　鬧鈴模塊 9　鍵盤模塊 9　LCD顯示模塊 10　LCD1602的引腳功能 10　LCD1602的顯示操作 10　電源模塊 14第3章　軟件設(shè)計(jì) 15　系統(tǒng)流程圖 15　液晶顯示模塊流程圖 15　鍵盤處理模塊流程圖 16第4章　系統(tǒng)測(cè)試 21總　結(jié) 23致　謝 24參考文獻(xiàn) 25附錄1　系統(tǒng)仿真電路圖 26附錄2　PCB板底圖 27附錄3　主要源程序 28I四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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(xiě)清楚參考文獻(xiàn)名稱、作者、出版單位)：[1]　DS1307 datasheet ：//[2]?。何靼搽娮涌萍即髮W(xué)出版社，2002[3]　：電子工業(yè)出版社，2000[4]?。何靼搽娮涌萍即髮W(xué)出版社，2002[5]?。簢?guó)防工業(yè)出版社，2003[6]?。弘娮庸I(yè)出版社，2000審批意見(jiàn)教研室負(fù)責(zé)人：年 月 日備注：任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，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(xiě)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(shū)(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: 二ΟΟ八年十二月三十日信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)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(xiě)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(xiě)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(xiě)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?！》桨复_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，；；；、。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)按鍵復(fù)位?！r(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D7D6D5D4D3D2D1D0功能取值范圍81HCH十位個(gè)位秒005983H0十位個(gè)位分005985H012十位十位個(gè)位時(shí)AM：112PM：0023248B00000星期星期010787H00十位個(gè)位日013189H000十位個(gè)位月01128DH十位Year年00998FHOUT00SOWE00RS1RS0控制字91HRAM56800HFFH(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，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）。(3)控制寄存器（8FH、8EH）的位7是寫(xiě)保護(hù)位（WP），其它7位均置為0。當(dāng)WP位為1時(shí)，寫(xiě)保護(hù)位防止對(duì)任一寄存器的寫(xiě)操作。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(kāi)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)傳送格式圖25是DS1307的寫(xiě)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(xiě)控制位（D0：0–寫(xiě)），之后是應(yīng)答位，然后發(fā)送其它字節(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)。S11010001AXXXXXXXXAXXXXXXXXAXXXXXXXXAXXXXXXXXAP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，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RR4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(kāi)關(guān)，由圖可以看出：，PNP管截止，蜂鳴器不工作；，PNP管導(dǎo)通，蜂鳴器工作。圖29　鬧鈴電路　鍵盤模塊鍵盤模塊設(shè)置了四個(gè)按鍵：KEYKEYKEYKEY4。電路連接如圖210所示。圖210　鍵盤電路　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?！CD1602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(xiě)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(kāi)關(guān)；C指設(shè)置光標(biāo)顯示開(kāi)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)；：DL接口數(shù)位，L指顯示行數(shù)，F(xiàn)顯示字型；：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)；：顯示定位；：B為最高位忙的標(biāo)志，F(xiàn)為標(biāo)志位；：將數(shù)據(jù)按要求寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)的單元；：讀相應(yīng)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)。寫(xiě)命令字讀入狀態(tài)字→A=0?不忙嗎？延時(shí)R/W=0RS=0E=1命令字→A,A→P1E=0RS=0返回圖213　寫(xiě)命令字流程圖3)定義光標(biāo)位置把顯示數(shù)據(jù)要某個(gè)位置，就是把顯示數(shù)據(jù)寫(xiě)在相應(yīng)的DDRAM地址中，DDRAM地址占7位。光標(biāo)定位，寫(xiě)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。上電延時(shí)20ms功能設(shè)置延時(shí)37us顯示狀態(tài)設(shè)置清屏輸入方式設(shè)置返回圖214　LCD初始化流程圖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(xiě)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。開(kāi)始初始化讀取時(shí)間信息液晶實(shí)時(shí)顯示是否有按鍵鍵值處理啟動(dòng)鬧鈴鬧鈴工作NNY圖31　主程序流程圖　液晶顯示模塊流程圖液晶顯示模塊包括了LCD初始化、光標(biāo)的設(shè)定、確定顯示字符、具體流程圖如圖215所示。整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)均采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，采用查詢的方式對(duì)按鍵狀態(tài)進(jìn)行掃描，確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。鍵盤處理流程圖分別如圖33335所示。本系統(tǒng)的仿真采用PROTEUS軟件，在PROTEUS庫(kù)中選取的元件，如表41所示。分別可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示、設(shè)置時(shí)間、設(shè)置日期、設(shè)置星期和設(shè)置鬧鐘。同時(shí)可以對(duì)時(shí)間、日期、星期和鬧鐘進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)該系統(tǒng)稍加改造，就可以作為工業(yè)實(shí)時(shí)采集中的一個(gè)模塊。通過(guò)外圍元件實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1307構(gòu)成了一個(gè)具有實(shí)時(shí)時(shí)間與日歷顯示、按鍵調(diào)時(shí)、鬧鈴定時(shí)功能的數(shù)字時(shí)鐘。系統(tǒng)經(jīng)組裝、調(diào)試后，可以穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)采用串行器件具有線路簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。致　謝在這三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我真誠(chéng)地感謝曾老師和同學(xué)們的幫助，在他們的幫助下我順利的完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。開(kāi)始他細(xì)心指導(dǎo)我的選題工作，在做開(kāi)題報(bào)告的過(guò)程中，又反復(fù)而耐心地給我指出問(wèn)題的所在，并幫助我糾正了許多不妥之處。在寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的過(guò)程中，我也遇到了許多的困難，之所以能堅(jiān)持完成，這都離不開(kāi)我的導(dǎo)師和同學(xué)們的幫助。特別感謝曾老師的幫助，他對(duì)我的系統(tǒng)提出了很多改進(jìn)的意見(jiàn)，對(duì)我的論文中的一些不足的地方也一一地指出。參考文獻(xiàn)[1]　DS1307 datasheet ：//[2]?。何靼搽娮涌萍即髮W(xué)出版社，2002[3]?。弘娮庸I(yè)出版社，2000[4]?。何靼搽娮涌萍即髮W(xué)出版社，2002[5]?。簢?guó)防工業(yè)出版社，2003[6]?。弘娮庸I(yè)出版社，2000[7]?。罕本┖娇蘸教齑髮W(xué)出版社，2003[8]　：中國(guó)水利水電出版社，2001[9]　：北京航空航天大學(xué)出版社，2004附錄1　系統(tǒng)仿真電路圖附錄2　PCB板底圖電源電路單片機(jī)主控的數(shù)字時(shí)鐘附錄3　主要源程序/***************************定義頭文件開(kāi)始***************************/include include include include /****************************義頭文件結(jié)束*****************************/*****************************預(yù)定義變量******************************//**************************************************//*************************** 輸入方式控制*************************/define LCD_AC_AUTO_INCREMENT 0x06 //數(shù)據(jù)讀、寫(xiě)操作后，AC自動(dòng)增一，不移位define