基于DS1302芯片的电子时钟的设计.docx
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基于DS1302芯片的电子时钟的设计
本科毕业设计论文
题目基于DS1302芯片的电子时钟的设计
系别名称电子信息工程0
专业名称电子信息工程0
学生姓名******
班级122902
学号******
指导教师******
毕业时间2013年6月0
设计
论文
毕业任务书
1、题目
基于DS1302芯片的电子时钟的设计
二、基本内容及重点
此系统主要由1个DS1302数字时钟芯片、1个AT89S52单片机、AT24C02掉电数据存储单元、LCD12864液晶进行显示，完成显示日期和计时的功能。
研究内容主要包括：
（1）时钟电路的设计：
采用DS1302数字时钟芯片对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时，工作电压宽达2.5～5.5V。
与单片机的接口使同步串行通信，仅用3条线与之相连接。
该电路不但能准确地计时、附加其它功能，而且，其三线接口可以节省接口资源，在断电后不丢失时间和数据信息。
（2）显示部分的设计：
采用led12864进行显示，它具有功耗低，体积小，重量轻，大规模显示的优点。
（3）按键的设计：
通过按键进行调时。
实验设计
选用时钟芯片对年月日时分秒进行计时，并与单片机通过三线接口进行同步通信构成数字时钟电路。
系统总体框图
Lcd显示模块
闹钟功能模块
Ds1302时钟模块
At89s52单片机
电源模块
总体框架设计图
三、预期达到的成果
1、电路设计无差错，lcd12864上完整显示电子钟的年月日时分秒，准确的显示在预订的位置。
2、按键准确控制，并且在系统掉电后不丢失时间信息。
3、电路能按照给定信息提供闹铃服务。
四、存在的问题及拟采取的解决措施
1、怎样从DS1302得到时间数据？
思路：
要从DS1302里得到系统时间，所以要按照ds1302的时序图进行编程，以便得到准确的数据。
2、怎样将读取的数据显示在lcd12864上?
思路：
利用程序对lcd12864进行初始化驱动，然后将得到的数据显示在适当的位置，以便清晰，准确的目测数据。
3、如何运用键盘对时间进行调整？
思路：
根据设计要求，需要对时间进行加、减，以及时分秒的定义，需要设定三个按键，分别为加、减、确认按钮，然后通过程序对相应的端口进行控制，达到对时间调整的目的。
五、进度安排
第一周：
搜索资料，对设计思路进行明确分析，以及确定方案。
第二周：
按照设计方案，初步拟写开题报告。
第三、四周：
上交开题报告，通过审核，购买材料，准备着手实体。
第五、六周：
设计硬件电路及其软件程序的编写。
第七周：
对电路进行调试，以便达到预期目的。
第八、九周：
撰写设计论文，准备答辩。
六、参考文献和书目
[1]王明顺，赵德平。
可涓流充电的串行实时时钟芯片DS1302的设计及应用。
国外电子元器件，1997。
[2]黄明强。
DS1302在单片机系统中的应用与设计。
保定师范专科学校学报。
2004,17
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[3]赵海兰，朱剑，赵祥伟。
DS1302实时显示时间原理及应用。
电子技术出版社。
2002-1
[4]邓红，张越。
单片机实验与应用设计教程。
冶金工业出版社，2004-5。
[5]孙雪梅，范久臣。
实时时钟芯片在单片机系统中的应用。
沈阳教育学院学报。
2005-7。
[6]DALLAS SEMICONDUCTOR.DS1302 Trickle Charge Timekeeping Chip.
学生___________指导教师___________系主任___________
摘要
万年历在我国已有一千多年的历史，据记载它为商朝的万年所创，所以为了纪念他，将他的这一历法命名为“万年历”。
而随着电子科学技术的发展，万年历也由原先的纸张形式转变为当代的，以电脑软件和电子产品的形式出现的“电子万年历”。
也就是我们现在俗称的“电子钟”。
现在所使用的电子万年历在日常生活中具有广泛的用途，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，还有闰年补偿、时间校准、闹铃设置等功能，而且使用寿命长，误差更小，所依据有关反的应用前景与市场。
本文提出了一种基于AT89S52RC为核心的设计，由DS1302时钟芯片提供时钟、LCD动态扫描显示屏显示。
AT89S52RC单片机是由Atmel公司推出的，功耗小，电压可选用4—6V电压供电；DS1302时钟芯片是美国DALLAS公司推出的具有涓流电流充电功能的低功耗实时时钟芯片，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，而且DS1302的使用寿命长，误差小；利用AT24C02内存芯片的一种掉电数据存储器，这种存储器掉电后再次开机，LCD数码管能够显示上次关机时的数字.数字显示是采用的LCD12864显示屏来显示，可以同时显示年、月、日、星期、时、分、秒和温度等信息。
此外电子时钟还具有时间校准等功能。
关键词：
时钟电路；时钟芯片DS1302；LCD动态扫描；
单片机AT89S52RC;掉电数据存储AT24C02;
ABSTRACT
CalendarinChinamorethanathousandyearsofhistory,accordingtorecordsmillionyearsoftheShangDynastycreatedtocommemoratehim,hiscalendarnamed"calendar".WiththedevelopmentofElectronicScienceandTechnology,calendarfromtheoriginalpaperformintoacontemporaryformofcomputersoftwareandelectronicproducts"electroniccalendar.Whatwenowcommonlyknownas"electronicclock."Nowusetheelectroniccalendarwithawiderangeofusesineverydaylife,itcanbetime,thereisaleapyearcompensation,timecalibration,alarmsettingyear,month,day,week,hours,minutes,seconds,andtheuseoflonglife,theerrorissmaller,inaccordancewiththerelevantanti-applicationprospectsandmarket.
Inthispaper,basedonAT89S52RCasthecoredesign,providedbytheDS1302clockchipclock,LCDdynamicscanningdisplay.ThemicrocontrollerAT89S52RCisintroducedbyAtmel,powerconsumption,voltage4-6Vvoltagepowersupplycanbeused;DS1302clockchipDALLASintroducedlow-powerreal-timeclockchipwithatrickle-chargingfunction,itcanbeyears,month,day,week,hour,minutes,seconds,chronograph,leapyearcompensationalsohasavarietyoffunctions,andtheDS1302longlife,smallerror;figuresshowtheLCDdisplaytodisplay,candisplayyear,month,day,week,hours,minutes,seconds,andtemperatureinformation.Inaddition,theelectronicclockalsohasatimecalibrationfunction.
Keywords:
microcontroller,DS1302clockchip,LCDdisplay
绪论
随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，对时间的要求越来越高，精准数字计时的消费需求也是越来越多。
二十一世纪的今天，最具代表性的电子产品就是电子时钟，他是近代世界钟表业界的第三次革命。
第一次是摆和摆轮游丝的发明，相对稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小到秒级，代表性的产品就是带有摆和摆轮游丝的机械钟或表。
第二次革命是石英晶体振荡器的应用发明了走时精度更高的石英电子钟表，是钟表的走时月差从分级缩小到秒级。
第三次革命就是单片机数码计时技术的应用，使计时产品的走时日差从分级缩小到1/600万秒，从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式，直观明了，并增加了全自动日期，星期的显示功能，它更符合消费者的生活需求！
因此，电子时钟的出现带来了钟表计时业界跨越性的进步、、、、、、
我国生产的电子时钟有很多种，总体上来说一研究多功能电子时钟为主，使万年历出了原有的显示时间，日期等基本功能外，还具有闹冷，报警等功能。
商家生产的电子万年历更从质量，价格，实用上考虑，不断地改进电子时钟的设计，使其更加的具有市场。
本设计为软件，硬件相结合的一组设计。
在软件设计过程中，应对硬件部分有相关了解，最好是能有具体的实物电路，这样有助于软件设计。
除了采用集成化的时钟芯片外，还有采用MCU的方案，利用STC89系列单片机制成电子电路，采用软件和硬件结合的方法，控制LCD液晶显示并输出，分别用来显示年月日时分秒，其最大特点是：
硬件电路简单，安装方便易于实现，软件设计独特，可靠。
STC89S52RC是由ATMEL公司推出的一种小型单片机。
95年出现在中国市场。
其主要特点为采用FLASH存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-52完全兼容，可以很快被中国广大用户接受。
第一章设计要求与方案论证
1.1引言
本文提出了一种基于STC89S52RC单片机的时钟设计方案，本方案以STC89S52RC单片机作为主控核心，与时钟芯片DS1302、按键、LED显示等模块组成硬件系统。
在硬件系统中设有独立按键和LCD12864液晶显示器，能显示丰富的信息，根据使用者的需要可以随时对时间进行校准、选择时间等，综上所述此电子时钟具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。
1.2功能要求
本电子时钟能动态显示年、月、日、星期、小时、分钟、秒，掉电不丢失数据，具有闹钟功能。
1.3方案论证
1.3.1技术可行性
随着国内超大规模集成电路的出现，微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。
集成技术的最新发展之一是将CPU和外围芯片，如程序存储器、数据存储器、并行I/O口、串行I/O口、定时/计数器、中断控制器及其他控制部件集成在一个芯片之中，制成单片计算机（Single-ChipMicrocomputer）。
而近年来推出的一些高档单片机还包括有许多特殊功能单元，如A/D、D/A转换器、调制解调器、通信控制器、锁相环、DMA、浮点运算单元、PWM控制输出单元、PWM输出时的死区可编程控制功能等。
因此，只要外加一些扩展电路及必要的通道接口就可以构成各种计算机应用系统，如工业流水线控制系统、作为家用电器的主控制器、分布式控制系统的终端节点或作为其主控制节点起中继的作用、数据采集系统、自动测试系统等。
单片机的出现，并在各技术领域中得到如此迅猛的发展，与单片机构成计算机应用系统所形成的下述特点有关：
1、单片机构成的应用系统有较大的可靠性。
这些可靠性的获得除了依靠单片机芯片本身的高可靠性以及应用有最少的联接外，还可以方便地采用软、硬件技术。
2、系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统，应用系统有较高的软、硬件利用系数。
3、由于构成的应用系统是一个计算机系统，相当多的测、控功能由软件实现，故具有柔性特征，不须改变硬件系统就能适当地改变系统功能。
4、有优异的性能、价格比。
1.3.2单片机的选择
方案一：
采用传统的AT89S52RC作为电机的控制核心。
单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。
方案二：
采用FTC10F04单片机，还带有非易失性Flash程序存储器。
它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片，市场应用最多。
其主要特点如下：
8KBFlashROM，可以擦除1000次以上，数据保存10年。
由于本系统对CPU运算速度要求很高，需要执行很复杂的运算，方案一成本比较低，适合做设计，方案二运算速度高，性能好，所以两种方案都有可取之处。
选用方案一作为主方案，方案二作为备用方案。
1.3.3显示模块的选择
方案一：
使用液晶显示屏显示时间数字。
液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。
但由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，但对于学生的学习有极大的促进作用。
带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。
可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。
由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，硬件电路要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。
方案二：
使用传统的LED数码管显示。
数码管具有：
低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称重轻，精确可靠，操作简单。
数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少,但人性化显示不够直观。
根据以上的论述，采用方案一。
在本系统中，我们采用了LCD12864液晶动态显示。
1.3.4键盘模式的选择
在对日期和时间进行切换，对日期和时间进行调节校准过程中，系统需要产生激励电流，因此需要用按键。
方案一：
使用独立式键盘。
独立式键盘是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。
独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。
方案二：
使用矩阵式键盘。
矩阵式键盘是由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行线、列线分别连接到按键开关的两端。
其特点是简单且不增加成本，这种键盘适合按键数量较多的场合。
根据以上的论述，因本系统需要的按键不多，日期加1键，月数加1键，年数加1键，分数加1键，时数加1键，时间/日期切换键，要求简单。
所以采用方案一独立式键盘。
1.3.5总体方案论证与选择
按照系统设计功能的要求，初步确定系统由主控模块、时控模块、及显示模块和键盘接口模块共4个模块组成。
主控芯片使用51系列STC89S52RC单片机，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DS1302。
采用DS1302作为计时芯片，可以做到计时准确。
更重要的是，DS1302可以在很小电流的后备电源（2.5～5.5V电源，再2.5V时耗电小于300nA），而且DS1302可以编程选择多种充电电流来为后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电。
显示模块采用LCD12864液晶显示器动态显示。
第二章系统硬件电路设计
2.1硬件要求
2.2系统硬件概述
2.2.1主控制器AT89S52RC
AT89S52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟、机器周期和6时钟、机器周期可以任意选择。
主要特性如下：
●增强型8051单片机，6时钟、机器周期和12时钟、机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051单片机。
●工作电压：
5.5V~3.3V
●工作频率范围：
0~44MHz。
●用户应用程序空间为8K字节
●片上集成512字节RAM
●通用I/O口32个，复位后为：
P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上位，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
●ISP（在系统可编程）/IAP（再应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RXD/P3.0,TXD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。
●具有EEPROM功能
●具有看门狗功能
●共3个16位定时器/计数器。
及定时器T0、T1、T2
●外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
●通用异步串行口（UART）,还可用定时器实现多个UART
●工作温度范围:
-40~+85度（工业级）/0~75度（商业级）
●PDIP封装
2.2.2时钟电路DS1302
DS1302的性能特性:
●实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行比较；
●用于高速数据暂存的31*8位RAM；
●最少引脚的串行I/O；
●2.5～5.5V电压工作范围；
●2.5V时耗小于300nA；
●用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式；
●简单的三线接口；
●可选的慢速充电（至Vcc1）的能力。
DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被访问到。
在开始8个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器后，另外的时钟周期在读操作时输出数据，在写操作时写入数据。
时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8，在多字节方式下为8+字节数，最大可达248字节数。
如果在传送过程中置RST脚为低电平，则会终止本次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。
上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST脚必须保持低电平。
只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。
DS1302的控制字如表所示。
控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。
位6如果为0，则表示存取日历时钟数据；为1则表示存取RAM数据。
位5～1（A4～A0）指示操作单元的地址。
最低有效位（位0）如果为0，则表示药进行写操作；为1表示进行读操作。
控制字节总是从最低位开始输入/输出。
为了提高对32个地址寻址能力（地址/命令位1～5=逻辑1）,可以把时钟/日历或RAM寄存器规定为多字节（burst）方式。
位6规定时钟或RAM，而位0规定读或写。
在时钟/日历寄存器中的地址9～31或RAM寄存器中的地址31不能存储数据。
在多字节方式下，读或写从地址0的位0开始。
必须按数据传送的次序写最先的8个寄存器。
但是，当以多字节方式写RAM时，为了传送数据不必写所有的31字节，不管是否谢了全部31字节，所写的每一字节都将传送至RAM。
表2.1DS1302控制字
DS1302共有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。
其日历、时间寄存器及其控制字如上表所示，其中奇数为读操作，偶数为写操作。
时钟暂停：
秒寄存器的位7定义位时钟暂停位。
当它为1时，DS1302停止振荡，进入低功耗的备份方式，通常在对DS1302进行写操作时（如进入时钟调整程序）,停止振荡。
当它为0时，时钟将开始启动。
AM-PM/12-24小时方式：
小时寄存器的位7定义为12或24小时方式选择位。
它为高电平时，选择12小时方式。
在此方式下，位5为第二个10小时位（20～23h）。
DS1302的晶振选用32768Hz，电容推荐值为6pF。
因为振荡频率较低，也可以不接电容，对计时精度影响不大。
2.2.3掉电数据存储at24c02
1．芯片说明
AT24C01/02/04/08/16提供1024/2048/4096/8192/16384位串行EEPROM，EEPROM组为128/256/512/1024/2048×8位。
AT24C01为低功耗CMOS工艺制造，可单电压工作。
2．芯片特点
⑴低电压5.0V（VCC=4.5~6.0V）
3.0V（VCC=2.7~6.0V）
2.5V（VCC=2.25~6.0V）
2.0V（VCC=1.8~6.0V）
⑵内部组态
AT24C01的容量为128×8（1KB），AT24C02的容量为256×8（2KB），AT24C04的容量为512×8（4KB），AT24C08的容量为1024×8（8KB），AT24C16的容量为2048×8（16KB）。
·双线串行接口（双线为：
时钟线SCL，串行数据线SDA）；·双线数据传送协议；
·支持ISO/IEC7816-3同步协议；
·8字节页面（1KB，2KB）、16字节页面（4KB，8KB，16KB）写入方式；
·允许部分页面写入；
·自定时写入周期（最大10ms）；
·高可靠性，擦写次数可达10万个周期，数据保存期达100年；
·以晶片、模块及标准封装等形式提供。
标准封装有8个引脚的双列直插（PDIP）、8个引脚封装和14个引脚的饿表面封装（SOIC）；
·晶片和芯片厚度为（6~12）mil；
·提供测试卡中芯片的测试程序；
·芯片体积较小，增加了可靠性，降低了成本。
3．封装形式及管脚
AT24C02芯片封装如下图所示：
管脚功能说明
引脚功能
A2~A0地址
SDA串行数据
SCL串行时钟
WP写保护
NC未连接
4．芯片最大额定值
工作温度：
-55~+125℃储存温度：
-65~+150℃任一管脚对地电压：
-1.0~+0.7V最大工作电压：
6.6VDC输出电流：
50mA
5．芯片内部功能逻辑
AT24C01芯片逻辑图如图F3-2所示。
下面对该芯片引脚作一简要说明。
⑴引脚说明
SCL（串行时钟）：
SCL上升沿将数据输入到EEPROM芯片，下降沿将EEPROM中的数据输出。
其数据传送的最高速率为100Kbit/s（位/秒）。
SDA（串行数据）：
双向串行数据传送引脚，该引脚采用漏极开路驱动，可以与其它任何数量漏极开路或集极开路器件进行“线或”。
A0、A1、A2（器件/页地址）：
器件地址输入端，应用于标准封装中。
WP：
写保护。
接高电平时，写保护；接地时，可进行读写操作。
⑵逻辑图组成
开始/停止逻辑：
控制一次读/写操作的开始和停止。
串行控制逻辑：
在IC卡中，SCL为同步时钟，地址、数据和读写控制命令从SDA输入，由串行
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