电子综合设计基于单片机多功能数字时钟的设计附完整程序精选.docx
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电子综合设计基于单片机多功能数字时钟的设计附完整程序精选
课题：
基于51单片机的多功能数字时钟系统设计
一、概述、设计思路
该设计方案是以MC51单片机为核心，采用LCD液晶屏幕显示系统，辅以闹钟模块，温度采集模块、日期提醒、键盘时间调整预设置等模块，所构建的数字时钟系统，能动态显示实时时钟的时、分、秒，数据显示（误差限制在30每天），对闹铃方式与温度调节模块进行了重点设计实现SB0、SB1、SB2、SB3四个键实现时钟正常显示，调时，及闹钟时间设置。
本系统设计大部分功能有软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性也得大大提高。
二、系统组成与工作原理
1、工作原理：
本设计采用STC89C51单片机作为本次课程设计的控制模块。
单片机可把由DS18B20、DS1302、AT24C02中的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历和闹铃的显示。
以LCD液晶显示器为显示模块，把单片机传来的的数据显示出来，并且显示多样化，在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。
2、总是设计框架图：
图二：
系统总体电路图
三、单元电路的设计与分析
整个电子时钟系统电路可分为六大部分：
中央处理单元（CPU）、复位电路部分、显示部分、键盘输入部分、温度采集部分。
1、MCS-51单片机
89S51各引脚功能介绍：
VCC：
89S51电源正端输入，接+5V。
VSS：
电源地端。
XTAL1：
单芯片系统时钟的反相放大器输入端。
XTAL2：
系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一20PF的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。
RESET：
89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。
EA/Vpp：
"EA"为英文"ExternalAccess"的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。
因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。
如果是使用8751内部程序空间时，此引脚要接成高电平。
此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。
ALE/PROG：
端口3的管脚设置：
P3.0：
RXD，串行通信输入。
P3.1：
TXD，串行通信输出。
P3.2：
INT0，外部中断0输入。
P3.3：
INT1，外部中断1输入。
P3.4：
T0，计时计数器0输入。
P3.5：
T1，计时计数器1输入。
P3.6：
WR：
外部数据存储器的写入信号。
P3.7：
RD，外部数据存储器的读取信号。
2、复位电路
MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。
复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。
上电复位：
上电复位电路是—种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。
上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。
为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。
电路图如下：
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。
只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。
3、时钟电路
时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。
因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
常用的时钟电路有两种方式：
一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。
本文用的是内部时钟方式。
电路图如下：
MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。
这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。
4、显示电路
采用LCD显示，LCD显示具有丰富多样性，灵活性，电路简单、易于控制而且功耗小，对于信息量多的系统，是比较适合的,LCD液晶显示模块采用LCD1602型号，具有很低的功耗，正常工作室电流仅2.0mA/5.0V。
通过编程实现总动关闭屏幕能够更有效地降低功耗。
LCD1602分两行显示，每行可现实多达16个字符，其内部的字符发生器已经存储了160个不同的点阵字符图形，通过内部指令可实现对其显示多样的控制。
5、按键电路
按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。
按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。
闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。
抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。
为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。
本文采用的是独立式按键，直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。
电路图如下：
P1.0口表示功能移位键，按键选择要调整的时十位、时个位、分十位或分个位。
P1.1口表示数字“+“键，按一下则对应的数字加1。
P1.2口表示数字“-”键，按一下则对应的数字减1。
P1.3口表示时间表的切换，程序默认为日常时间表，当按下该开关，使输入为低电平时，表示当前执行的是考试时间表，并有绿发光二极管显示。
再按键，使键抬起，输入维高电平时，表示当前执行的是日常作息时间表，用红发光二级管显示。
6、温度采集部分
此部分选用DS18B20传感器，主要由四部分组成：
64位ROM、温度传感器、非挥
发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
有三个管脚：
DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。
电源有两种接法：
1）远端因入；2）寄生电源方式。
它是支持“一线总线”接口的温度传感器，测量温度范围为-55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内，可编程为9位—12位A/D转换精度，工作电压在3V—5V之间。
现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。
###软件设计：
#include
#include
//#include"LCD1602.h"
//#include"DS1302.h"
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitDS1302_CLK=P1^7;//实时时钟时钟线引脚
sbitDS1302_IO=P1^6;//实时时钟数据线引脚
sbitDS1302_RST=P1^5;//实时时钟复位线引脚
sbitwireless_1=P3^0;
sbitwireless_2=P3^1;
sbitwireless_3=P3^2;
sbitwireless_4=P3^3;
sbitACC0=ACC^0;
sbitACC7=ACC^7;
charhide_sec,hide_min,hide_hour,hide_day,hide_week,hide_month,hide_year;//秒,分,时到日,月,年位闪的计数
sbitSet=P2^0;//模式切换键
sbitUp=P2^1;//加法按钮
sbitDown=P2^2;//减法按钮
sbitout=P2^3;//立刻跳出调整模式按钮
sbitDQ=P1^0;//温度传送数据IO口
chardone,count,temp,flag,up_flag,down_flag;
uchartemp_value;//温度值
ucharTempBuffer[5],week_value[2];
voidshow_time（）;//液晶显示程序
/***********1602液晶显示部分子程序****************/
//PortDefinitions**********************************************************
sbitLcdRs=P2^5;
sbitLcdRw=P2^6;
sbitLcdEn=P2^7;
sfrDBPort=0x80;//P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.数据端口
//内部等待函数**************************************************************************
unsignedcharLCD_Wait（void）
{
LcdRs=0;
LcdRw=1;_nop_（）;
LcdEn=1;_nop_（）;
LcdEn=0;
returnDBPort;
}
//向LCD写入命令或数据************************************************************
#defineLCD_COMMAND0//Command
#defineLCD_DATA1//Data
#defineLCD_CLEAR_SCREEN0x01//清屏
#defineLCD_HOMING0x02//光标返回原点
voidLCD_Write（bitstyle,unsignedcharinput）
{
LcdEn=0;
LcdRs=style;
LcdRw=0;_nop_（）;
DBPort=input;_nop_（）;//注意顺序
LcdEn=1;_nop_（）;//注意顺序
LcdEn=0;_nop_（）;
LCD_Wait（）;
}
//设置显示模式************************************************************
#defineLCD_SHOW0x04//显示开
#defineLCD_HIDE0x00//显示关
#defineLCD_CURSOR0x02//显示光标
#defineLCD_NO_CURSOR0x00//无光标
#defineLCD_FLASH0x01//光标闪动
#defineLCD_NO_FLASH0x00//光标不闪动
voidLCD_SetDisplay（unsignedcharDisplayMode）
{
LCD_Write（LCD_COMMAND,0x08|DisplayMode）;
}
//设置输入模式************************************************************
#defineLCD_AC_UP0x02
#defineLCD_AC_DOWN0x00//default
#defineLCD_MOVE0x01//画面可平移
#defineLCD_NO_MOVE0x00//default
voidLCD_SetInput（unsignedcharInputMode）
{
LCD_Write（LCD_COMMAND,0x04|InputMode）;
}
//初始化LCD************************************************************
voidLCD_Initial（）
{
LcdEn=0;
LCD_Write（LCD_COMMAND,0x38）;//8位数据端口,2行显示,5*7点阵
LCD_Write（LCD_COMMAND,0x38）;
LCD_SetDisplay（LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR）;//开启显示,无光标
LCD_Write（LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN）;//清屏
LCD_SetInput（LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE）;//AC递增,画面不动
}
//液晶字符输入的位置************************
voidGotoXY（unsignedcharx,unsignedchary）
{
if（y==0）
LCD_Write（LCD_COMMAND,0x80|x）;
if（y==1）
LCD_Write（LCD_COMMAND,0x80|（x-0x40））;
}
//将字符输出到液晶显示
voidPrint（unsignedchar*str）
{
while（*str!
='\0'）
{
LCD_Write（LCD_DATA,*str）;
str++;
}
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/***********DS1302时钟部分子程序******************/
typedefstruct__SYSTEMTIME__
{
unsignedcharSecond;
unsignedcharMinute;
unsignedcharHour;
unsignedcharWeek;
unsignedcharDay;
unsignedcharMonth;
unsignedcharYear;
unsignedcharDateString[11];
unsignedcharTimeString[9];
}SYSTEMTIME;//定义的时间类型
SYSTEMTIMECurrentTime;
#defineAM（X）X
#definePM（X）（X+12）//转成24小时制
#defineDS1302_SECOND0x80//时钟芯片的寄存器位置,存放时间
#defineDS1302_MINUTE0x82
#defineDS1302_HOUR0x84
#defineDS1302_WEEK0x8A
#defineDS1302_DAY0x86
#defineDS1302_MONTH0x88
#defineDS1302_YEAR0x8C
voidDS1302InputByte（unsignedchard）//实时时钟写入一字节（内部函数）
{
unsignedchari;
ACC=d;
for（i=8;i>0;i--）
{
DS1302_IO=ACC0;//相当于汇编中的RRC
DS1302_CLK=1;
DS1302_CLK=0;
ACC=ACC>>1;
}
}
unsignedcharDS1302OutputByte（void）//实时时钟读取一字节（内部函数）
{
unsignedchari;
for（i=8;i>0;i--）
{
ACC=ACC>>1;//相当于汇编中的RRC
ACC7=DS1302_IO;
DS1302_CLK=1;
DS1302_CLK=0;
}
return（ACC）;
}
voidWrite1302（unsignedcharucAddr,unsignedcharucDa）//ucAddr:
DS1302地址,ucData:
要写的数据
{
DS1302_RST=0;//Write1302（0x8e,0x00）;
DS1302_CLK=0;
DS1302_RST=1;
DS1302InputByte（ucAddr）;//地址，命令
DS1302InputByte（ucDa）;//写1Byte数据
DS1302_CLK=1;
DS1302_RST=0;
}
unsignedcharRead1302（unsignedcharucAddr）//读取DS1302某地址的数据
{
unsignedcharucData;
DS1302_RST=0;
DS1302_CLK=0;
DS1302_RST=1;
DS1302InputByte（ucAddr|0x01）;//地址，命令
ucData=DS1302OutputByte（）;//读1Byte数据
DS1302_CLK=1;
DS1302_RST=0;
return（ucData）;
}
voidDS1302_GetTime（SYSTEMTIME*Time）//获取时钟芯片的时钟数据到自定义的结构型数组
{
unsignedcharReadValue;
ReadValue=Read1302（DS1302_SECOND）;
Time->Second=（（ReadValue&0x70）>>4）*10+（ReadValue&0x0F）;//高三位取出读出乘⑩
ReadValue=Read1302（DS1302_MINUTE）;
Time->Minute=（（ReadValue&0x70）>>4）*10+（ReadValue&0x0F）;
ReadValue=Read1302（DS1302_HOUR）;
Time->Hour=（（ReadValue&0x70）>>4）*10+（ReadValue&0x0F）;
ReadValue=Read1302（DS1302_DAY）;
Time->Day=（（ReadValue&0x70）>>4）*10+（ReadValue&0x0F）;
ReadValue=Read1302（DS1302_WEEK）;
Time->Week=（（ReadValue&0x70）>>4）*10+（ReadValue&0x0F）;
ReadValue=Read1302（DS1302_MONTH）;
Time->Month=（（ReadValue&0x70）>>4）*10+（ReadValue&0x0F）;
ReadValue=Read1302（DS1302_YEAR）;
Time->Year=（（ReadValue&0x70）>>4）*10+（ReadValue&0x0F）;
}
voidDateToStr（SYSTEMTIME*Time）//将时间年,月,日,星期数据转换成液晶显示字符串,放到数组里DateString[]
{
if（hide_year<2）//这里的if,else语句都是判断位闪烁,<2显示数据,>2就不显示,输出字符串为2007/07/22
{
Time->DateString[0]='2';
Time->DateString[1]='0';
Time->DateString[2]=Time->Year/10+'0';
Time->DateString[3]=Time->Year%10+'0';
}
else
{
Time->DateString[0]='';
Time->DateString[1]='';
Time->DateString[2]='';
Time->DateString[3]='';
}
Time->DateString[4]='/';
if（hide_month<2）
{
Time->DateString[5]=Time->Month/10+'0';
Time->DateString[6]=Time->Month%10+'0';
}
else
{
Time->DateString[5]='';
Time->DateString[6]='';
}
Time->DateString[7]='/';
if（hide_day<2）
{
Time->DateString[8]=Time->Day/10+'0';
Time->DateString[9]=Time->Day%10+'0';
}
else
{
Time->DateString[8]='';
Time->DateString[9]='';
}
if（hide_week<2）
{
week_value[0]=Time->Week%10+'0';//星期的数据另外放到week_value[]数组里,跟年,月,日的分开存放,因为等一下要在最后显示
}
else
{
week_value[0]='';
}
week_value[1]='\0';
Time->DateString[10]='\0';//字符串末尾加'\0',判断结束字符
}
voidTimeToStr（SYSTEMTIME*Time）//将时,分,秒数据转换成液晶显示字符放到数组TimeString[];
{
if（hide_hour<2）
{
Time->TimeString[0]=Time->Hour/10+'0';
Time->TimeString[1]=Time->Hour%10+'0';
}
else
{
Time->TimeString[0]='';
Time->TimeString[1]='';
}
Time->TimeString[2]=':
';
if（hide_min<2）
{
Time->TimeString[3]=Time->Minute/10+'0';
Time->TimeString[4]=Time->Minute%10+'0';
}
else
{
Time->TimeString[3]='';
Time->
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