基于单片机的多功能电子时钟毕业设计.pdf

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题目：

基于单片机的多功能电子时钟设计基于单片机的多功能电子时钟设计姓姓名名李李浩浩学学号号310908040315院院（系）（系）电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院专专业业电子信息科学与技术电子信息科学与技术指导教师指导教师_王王帅帅_2013年5月28日摘摘要要时代的发展，生活节奏的加快，人们的时间观念愈来愈强；随自动化、智能化技术的发展，机电产品的智能度愈来愈高，用到时间提示、定时控制的地方也会愈来愈多，因此，设计开发数字时钟具有良好的应用前景。

本文研究的电子时钟系统用STC89C52单片机控制，以DS1302时钟芯片计时、DS18B20采集温度、12864液晶屏显示。

系统主要由单片机控制、液晶显示以及按键三部分组成。

本文阐述了系统的硬件工作原理，所应用的各个接口模块的功能以及其工作过程，论证了设计方案理论的可行性。

系统程序采用C语言编写,经Keil软件进行调试完成后，对焊接板进行调试，可以实现当前时间和实时温度并具有时间校正、闹钟、正点提醒等附加功能。

结果表明此多功能电子时钟实现后具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等诸多优点。

并能充分运用单片机原理，C语言等所学知识，动手能力得到加强。

关键词：

电子时钟;液晶;单片机AbstractAbstractWiththedevelopmentofTheTimesandtheacceleratingrhythmoflife,theconceptoftimebecomesmoreandmorestrong.Alongwiththedevelopmentoftheautomationandintelligenttechnology,mechanicalandelectricalproductshavebeenincreasinglyhighintelligentdegree.Useingthetimetips,timingcontroloftheplacealsowillmoreandmore.Therefore,todesignanddevelopdigitalclockhasagoodapplicationprospect.Intheelectronicclocksystem,theSTC89C52isusedtocontrol,withtheDS1302clockchiptiming,DS18B20collectingtemperature,12864LCDDisplaying.Thesystemiscomposedofthreemodules：

theMCUcontrol,thedisplayandthepush-button.Thispaperdescribesthehardwareworks,thefunctionsofeachinterfacemoduleanditsworkingprocess,demonstratesdesigntheoryisFeasibility.Clanguageisusedtoprogram,afterdebuggingintheKeilsoftware,thendebugingintheWeldedplate.Theelectronicclockcandisplaypresenttime,currenttemperature,andhascalibrationfeaturesandfunctionalitywithalarmclock,thewholepointtimekeeping,hightemperaturealarm.Theresultsshowthatthiselectronicclockiseasytoread,intuitivedisplay,versatile,simplecircuits,andmanyotheradvantagesandcanmakefulluseofwhatIlearnedinthecompus.Keywords:

electronicclock;LCD;MCU1目录1绪论.11.1系统的开发意义.11.2本课题主要的研究工作.11.3本章小结.22系统功能及操作.12.1系统总体功能.12.2系统操作介绍.12.3本章小节.23系统的硬件设计与实现.33.1系统硬件设计及组成.33.2系统硬件概述.33.3主要单元电路的设计.43.3.1单片机主控制模块的设计.43.3.2时钟电路模块的设计.43.3.3温度传感器电路设计.73.3.4键盘接口模块.93.3.5显示模块的设计.93.3.6闹铃和整点提醒提醒模块.113.4本章小结.124软件设计.134.1引言.134.2软件的总体设计.134.2.1主程序流程图.134.2.2液晶显示及流程图.144.2.3温度读取及流程图.174.2.4DS1302时钟程序流程图.204.2.5闹钟和整点提醒函数流程图.224.2.6农历计算.224.2.7星期计算.254.3程序的设计.264.3.1DS18B20测温程序.264.3.2DS1302读写程序.294.3.312864液晶显示程序.314.3.4闹钟和整点提醒程序.334.4本章小结.355系统调试.365.1功能调试.365.1.1程序调试.365.2.2焊接板调试.375.2调试结果.395.3本章小结.406总结与展望.412致谢.42参考文献.43附录1：

系统原理图.44附录2：

主函数程序.45河南理工大学毕业设计（论文）说明书11绪论绪论1.1系统的开发意义在当代繁忙的工作与生活中，时间与我们每一个人都有非常密切的关系，每个人都受到时间的影响。

为了更好的利用我们自己的时间，我们必须对时间有一个度量，因此产生了钟表。

钟表的发展是非常迅速的，从刚开始的机械式钟表到现在普遍用到的数字式钟表，即使现在钟表千奇百怪，但是它们都只是完成一种功能计时功能，只是工作原理不同而已。

随着微电子技术的高速发展，人类用于计时的工具也在不断发展更新，单片机技术的出现使得电子时钟有了新的发展方向。

单片机以其体积小、功耗低、功能全、性价比高等诸多优点，在工业控制、家用电器、通信设备、信息处理等各种测控领域的应用中都有重要地位，单片机开发技术已成为电子信息、电气、通信、自动化、机电一体化等专业技术人员必须掌握的技术。

用最少的芯片就能实现最大的功能，这是将来电子产品的主流方向，必有广阔的市场空间。

以基于单片机的电子时钟作为设计的课题，因为它有很好的开放性和可发挥性，不仅考察了对单片机的掌握能力而且强调了对单片机扩展的应用。

另外液晶显示的电子时钟已经越来越流行，特别适合在家庭居室、办公室、大厅、会议室、车站和广场等地方使用，它具有显示清晰直观、走时准确、可以进行夜视等功能，并且还可以扩展出其它多种功能。

所以，电子时钟作为设计课题很有价值。

1.2本课题主要的研究工作本论文主要研究基于单片机的电子时钟设计。

当程序执行后，LCD显示欢迎界面后，显示即时时间、星期、温度、日期等信息。

设置6个操作键：

K1：

功能键键；K2：

返回键；K3：

加一键、K4：

减一键、K5：

闹钟开关、K6：

提醒开关。

本设计的主要内容：

1、掌握单片机的使用，熟悉电子时钟各模块的工作原理；2、选择适当的芯片和元器件，确定系统电路，绘制电路原理图，尤其是各接口电路；3、熟悉单片机的C语言的编程规则，编写相应模块的应用程序；4、进行功能的调试，在焊接板上进行调试。

电子时钟实现以下四个功能：

河南理工大学毕业设计（论文）说明书21、具有显示日期、星期、时间等功能；2、具备日期、时间校准功能；3、具有闹钟和整点提醒功能；4、具有显示温度；1.3本章小结本章是论文的绪论部分，着重介绍了电子时钟的研究意义以及研究内容及实现功能。

河南理工大学毕业设计（论文）说明书12系统功能及操作系统功能及操作2.1系统总体功能系统基本功能具有时间、日期的显示功能，并可以对时间、日期进行校正，有操作提示音。

利用DS1302芯片进行时间的记录，能够提高精度。

此外还扩展了实时显示温度显示；具有闹钟和整点提醒的功能；星期以及农历的现实。

显示采用LCD12864进行显示

（1）正常界面显示格式：

第一行16*16点阵：

闹钟标志：

当闹钟开关打开时显示闹钟标志；阳历日期；星期第二行32*32点阵：

两行共同显示实时时间（由LCD12864的绘图功能实现）第三行16*16点阵：

阴历日期；温度符号和实时温度调整界面显示格式

（2）第一行16*16点阵：

阳历日期的调整第二行16*16点阵：

时间的调整第三行16*16点阵：

闹钟的调整第四行16*16点阵：

当前调整状态的显示2.2系统操作介绍

（1）接通电源后显示“欢迎使用多功能电子时钟”，之后“滴”一声，进入正常显示。

（2）K1键为功能按键，第一次按下K1键，进入调整界面，第二次按下K1键为调整年份状态，并在调整界面显示调整状态为“阳历年份”，接下来每次按下K1键，都在调整界面第四行显示当前调整状态；（3）K2键为返回按键，第一次按下K1确认调整信息，当第二次按下K1键返回正常显示；（4）K3为加一键，在调整界面状态下对相应调整状态数据加一；K4为减一键，在调整界面状态下对相应调整状态数据减一；（5）K5键为闹钟开关按键，当按下时闹钟功能打开，液晶界面左上角显示河南理工大学毕业设计（论文）说明书2一个16*16的闹钟图标，当按键弹起时闹钟功能关闭，图标消失；K6为整点提醒按键开关，按键按下整点提醒功能开，弹起时功能关闭。

（6）闹钟开关打开，闹钟时间到“滴滴”提醒一分钟，LCD显示“温馨提醒闹钟时间”，提醒期间可通过闹钟开关关闭提醒。

整点提醒开关打开，整点时间，“滴滴”几声提醒。

2.3本章小节本章主要对本系统的功能进行了说明，同时对设计的系统显示情况及操作说明做了详细介绍。

河南理工大学毕业设计（论文）说明书33系统的硬件设计与实现系统的硬件设计与实现3.1系统硬件设计及组成按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统由主控模块、时钟模块、温度模块、键盘接口模块、显示模块和闹铃模块共6个模块组成，电路系统构成框图如图3-1所示。

主控芯片使用STC89C54，时钟芯片使用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片DS1302，温度模块采用美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20，DS1302作为主要计时芯片，可以做到计时准确。

更重要的是，DS1302可以在很小电流的后备（2.55.5V电源，在2.5V时耗电小于300nA）下继续计时。

其软硬件设计简单，可广泛应用于长时间连续显示的系统中。

图3-1多功能电子时钟系统设计硬件框图为使时钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的，键盘模块用来校正液晶上显示的时间和闹钟的设定；温度传感器则用来检测当前的环境温度；STC89C52单片机通过输出各种电脉冲信号来驱动控制各部分正常工作；而系统的时间、日期、温度等数据则最终通过液晶模块显示出来。

3.2系统硬件概述本电路是以STC89C52单片机为控制核心，该芯片具有在线编程功能，系统的灵活性大大增加了功耗低，能在3.3V的超低压下工作；时钟芯片采用DS1302，它是一款高STC89C52DS1302时钟电路温度采集键盘接口电路液晶显示蜂鸣器河南理工大学毕业设计（论文）说明书4性能、低功耗、自带RAM的实时时钟芯片，具有使用寿命长，精度高和功耗低等特点，同时具有掉电自动保存功能,可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，其工作电压为2.5V5.5V；温度检测模块由DS18B20构成,它采用独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯,具有测量精度高、测量范围广等优点,其测温范围在-55+125,工作电压为3v5.5v；显示部份使用LCD12864液晶显示屏来实现,该显示屏具有低功耗、寿命长、可靠性高、显示信息丰富的特点，其工作电压为5v。

并能提高界面的友好度和清晰度。

3.3主要单元电路的设计3.3.1单片机主控制模块的设计本设计中单片机主要负责对外设的控制和各个功能模块间的协调，没有复杂的数据计算，因此，8位的52系列单片机足以胜任。

52单片机以其低廉的价格以及较出色的性能成了很多控制系统的首选。

它具有丰富的内部资源，较大的数据、程序存储区。

一个典型的单片机最小系统一般由时钟电路、复位电路、电源指示灯和外部扩展接口等部分组成，本系统也不例外，当单片机具备了这些最基本的条件后，就可以正常工作了。

单片机的最小系统如图3-2所示,单片机的XTAL0和XTAL1引脚用于连接晶振电路。

XTAL0接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL1接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出。

RESET为复位引脚,连接复位电路，它用于对单片机进行初始化。

复位电路包括复位电容（C6）、复位电阻（R3）和复位开关（S4）。

VSS为电源地,VCC为电源正。

3.3.2时钟电路模块的设计

（1）时钟模块的选择方案一：

由单片机实现时钟功能，单片机内部具有定时器，可方便实现定时功能。

通过计算可知，使定时器每25ms产生一次中断，当产生40次中断后秒单元将加一，以此类推，从而实现时、分、秒的走时，并加以显示。

但由于系统晶振误差、温漂、中断响应时间的不确定性及定时器重新装载时间常数所带来的误差，决定它不能用来作为时钟的时间基准。

河南理工大学毕业设计（论文）说明书5P1.0（T2）1P1.1（T2EX）2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728P3.3（INT1）13P3.2（INT0）12P3.5（T1）15P3.4（T0）14EA/VPP31XTAL119XTAL018RESET9P3.7（RD）17P3.6（WR）16VSS20VCC40（RXD）P3.010（TXD）P3.111ALE/PROG30PSEN29U3STC89C52VCC22uFC522uFC412Y111.0592S4SW-PB10uFC6VCC10KR3图3.2单片机最小系统方案二：

专用时钟芯片，目前市场上已有很多实时时钟芯片。

如DS12887、DS1302、DS1307、PCF8563、X1227等，芯片内都集成了时钟/日历功能，给时钟系统设计带来很多方便。

DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年进行计数，而且精度高,位的RAM做为数据暂存区，工作电压2.5V5.5V范围内，且功耗极小。

所以本设计采用DS1302时钟芯片。

因此计时功能以选专用时钟芯片DS1302为宜。

（2）时钟芯片DS1302介绍DS1302是涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。

图3-3所示有DS1302的引脚排列，其中VCC1为后备电源，VCC2为主电源。

DS1302由VCC1或VCC2两者中的较大者供电。

所以在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。

X1和X2是振荡源，外接32.768KHz晶振用来为芯片提供计时脉冲。

RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有河南理工大学毕业设计（论文）说明书6的数据传送。

RST输入有两种功能：

首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。

当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。

如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。

上电行动时，在VCC大于等于2.5V之前，RST必须保持低电平。

在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平，I/O为串行数据输入端（双向）。

SCLK始终是输入端。

图3.3DS1302的硬件接线图时钟芯片DS1302的工作原理：

（1）DS1302的控制字节DS1302控制字节的高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出

（2）数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。

同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。

（3）DS1302的寄存器DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。

“CH”是时钟暂停标志位，当该位为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位为0时，时钟开始运行。

“WP”是写保护位，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，“WP”必须为0。

当“WP”为1时，写保护位防止对任一寄存器的河南理工大学毕业设计（论文）说明书7写操作。

此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。

时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。

DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：

一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。

3.3.3温度传感器电路设计

（1）温度传感器选择方案一：

采用热电阻进行温度信号采集，常用的有Pt100，Pt1000等，它们的阻值随温度变化而变化，通过常用的AD转换求电阻的方法可以很方便的得到温度值。

从理论上讲，利用铂电阻测温，精度可以做得很高，比如Pt1000的精度可达0.05，这是数字温度传感器远不及的。

另外，铂电阻测温范围宽，可达数百度之高。

但是由于它阻值较小（最大的仅1K），若串在电路中功耗很大，并且价格较贵。

综合考虑，放弃此方案。

方案二：

采用数字温度传感器，常用的有DS18B20，LM75A等，它们能将采集到的温度信号直接转换成数字信号，价格相对低廉，功耗也非常低，有很好的温度分辨率，比如DS18B20最大温度分辨率高达0.0625，并且由于传输数字信号，抗干扰能力很强，其中DS18B20精度可以高达0.5.并且它们测温范围相对较宽，可达-55到125，其各方面均可达到题目要求。

综合考虑，选择此方案。

（2）温度传感器DS18B20介绍数字温度传感器DS18B20，它具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样（如图3-4），适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

河南理工大学毕业设计（论文）说明书8图3-4DS18B20封装1、DS18B20的主要特性

（1）适应电压范围更宽，电压范围：

3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。

（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。

（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

（5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5。

（6）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。

（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。

（8）测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。

（9）负压特性：

电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

引脚说明：

GND为接地引脚；DQ为数据输入输出脚，用于单线操作，漏极开路；VCC接电源正；河南理工大学毕业设计（论文）说明书93.3.4键盘接口模块

（1）方案选择方案一：

采用阵列式键盘，此类键盘是采用行列扫描方式，当按键较多时可以降低占用单片机的I/O口数目。

本设计所用键盘不多，放弃此方案。

方案二：

采用独立式按键电路，每个键单独占有一根I/O接口线，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。

但是当按键较多时占用单片机的I/O数目较多。

由于本系统6个按键足以满足设置要求，因此采用独立式按键电路。

（2）具体介绍K1为功能键，K2为返回键，K3为加一键，K4为减一键，K5为闹钟开关，K6整点提醒开关。

其中K1-4，采用普通开关，K5-6，采用自锁开关。

具体的键盘输入电路如图3-5所示。

图3-5键盘接口模块设计电路图3.3.5显示模块的设计

（1）显示方案选择方案一：

采用数码管显示。

数码管亮度高、体积小、重量轻，非常适合显示数字，价格也最为便宜，但是由于它工作电流较大、不能显示汉字，显示的信息量有限，若在此题目中应用就会受到很大的限制。

方案二：

采用专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块如1602液晶显示屏,该液晶显示屏的显示功能相当强大,内置192种字符，可显示大量符号、数字,清河南理工大学毕业设计（论文）说明书10晰可见,而且功率消耗小寿命长抗干扰能力强，但是不能显示文字以及屏幕相对较小，不能充分现实所需信息。

综合考虑放弃此方案。

方案三：

采用字符或点阵式液晶显示器，来实现显示功能，如LCD12864液晶显示具有功耗低、轻便防震，不仅可以实现基本的显示信息，而且可以显示丰富的符号指示信息以及文字指示信息，信息量丰富且直观易懂。

而且液晶显示有功耗低，体积小，重量轻，寿命长，不产生电磁辐射污染等优点。

界面友好清晰，操作方便。

本系统采用此方案。

（2）LCD12864介绍128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。

因此适合我们的要求。

硬件连接图如图3-6所示。

图3-6显示模块设计电路图河南理工大学毕业设计（论文）说明书11表3-2MS12864R引脚说明引脚号引脚名称方向功能说明1VSS-模块的电源地2VDD-模块的电源正端V0-LCD驱动电压输入端4RS（CS）H/L并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号5R/W（SID）H/L并行的读写选择信号；串行的数据口6E（CLK）H/L并行的使能信号；串行的同步时钟7DB0H/L数据08PSBH/L并/串行接口选择：

H-并行；L-串行9NC空脚10/RETH/L复位低电平有效11V