单片机课程设计 多功能时钟设计.docx

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单片机课程设计多功能时钟设计

单片机课程设计

课程名称：

多功能时钟设计

课程设计（论文）任务书

I、课程设计（论文）题目：

多功能时钟设计

II、课程设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：

1、设计能支持年、月、日、星期、时、分、秒的时钟，时钟有时间调整功能及闹钟功能；

2、时钟附带有一个温度计功能，温度检测精度高于2度，显示精度为1度；

、

3、时钟具有装卸电池时掉电保护功能，保护时间大于5分钟；

4、时钟功耗小于0.5MA/5V。

III、课程设计（论文）工作内容及完成时间：

3月11日至3月12日：

查找资料，方案论证；

3月12日至3月13日：

总体规划；

3月13日至3月14日：

显示部分、数字时钟、温度采集和闹铃的设计；

3月14日至3月15日：

软件程序设计；

3月15日：

整理数据，撰写报告。

Ⅳ主要参考资料：

[1]求是科技.单片机典型模块设计实例导航.北京：

人民邮电出版社.2005.8

[2]徐淑华,程退安等.单片微型机原理及应用.哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社.2005.1

[3]孙余凯.精选实用电子电路260例.北京：

电子工业出版社.2007.6

[4]殷春浩,崔亦飞.电磁测量原理及应用.徐州：

中国矿业大学出版社.2003.7

[5]《LCD1602A数据手册》

[6]《DS1302数据手册》

[7]《DS18B20数据手册》

[8]《AT24C02数据手册》

机械与电气工程学院10机械设计制造及其自动化（本）专业1班

学生：

学号：

日期：

自2013年3月11日至2013年3月15日

指导教师：

助理指导教师（并指出所负责的部分）：

教研室主任：

附注:

任务书应该附在已完成的课程设计说明书首页。

摘要

本设计采用LCD屏幕显示系统，以STC89C52RC单片机为核心，由键盘、温度采集、定时闹铃、日期提醒等功能模块组成。

基于题目基本要求，本系统对时间显示、闹铃方式进和温度采集系统行了重点设计。

此外，扩展了整点报时、非易失闹铃信息存储、国内外重要节日提醒等功能。

本系统大部分功能由软件来实现，吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。

关键字：

STC89C52RC单片机、LCD液晶显示、双电源供电、温度采集、非易失定时闹铃、生日提醒、重要节日提醒、整点报时

目录

摘要..........................................5

关键字........................................5

第一章、系统概述及总体设计....................7

1.1系统概述...................................7

1.2系统总体设计..............................7

第二章、系统硬件介绍及设计.....................10

2.1单片机最小系统............................10

2.2温度采集模块...............................13

2.3时钟芯片模块...............................14

2.4电源模块...................................17

2.51602LCD液晶屏.............................17

2.6蜂鸣器闹铃电路.............................18

2.7按键调整电路...............................18

第三章、软件设计..........................19

3.1主程序流程..................................19

3.2时间设置子程序流程.........................20

3.3闹钟设置子程序流程..........................21

3.4温度测量流程图..............................22

3.5闹铃设定流程图...............................23

3.6生日设定流程图...............................23

第四章、设计总结................................25

第五章、参考文献................................26

附录..............................................27

第一章、系统概述及总体设计

1.1系统概述

电子设计自动化（EDA—ElectronicDesignAutomation）是现代电子工程领域的一门新技术，它提供利用计算机对电路系统进行的设计方法，不仅使得设计过程更加方便、快捷，而且大大减少了实验设备的投入。

掌握EDA技术是通信电子类高校学生就业的一个基本条件。

随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化。

数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路，走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，能达到同步计时。

单片计算机即单片微型计算机。

（Single-ChipMicrocomputer）,是集CPU,RAM,ROM,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。

他体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。

因此本系统采用单片机作为数字钟的核心控制器，读取时钟芯片的值和温度传感器传来的值，并通过显示器显示出来，而且，可以通过按键电路给单片机执行信号，给时钟芯片赋初值，设置闹钟。

1.2系统总体设计

设计一个系统，前期准备很重要，即拟定合理的设计方案是很必要的，根据择优原则，无论是电器元件，还是在电路设计，都要考虑清楚。

在此列出两个最具竞争力的方案。

方案

（一）：

采用AT89C51作为主控单片机，时钟芯片选用串行DS1302，温度传感器选用PT-100，显示设备选用数码管,控制选用按键执行。

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。

采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。

DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。

PT100，铂电阻温度系数为3.9×10－3／℃，0℃时电阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。

铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200℃～650℃）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计。

其系统框图如图1.1所示。

图1.1方案一系统框图

方案

（二）：

采用AT89S52作为主控单片机，时钟模块选用DS12C887作为时钟芯片，温度模块选用DS18B20作为温度传感器，显示模块选用LCD1602，设置部分选用按键电路。

AT89S52与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：

0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。

DS12C887实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替IBMPC上的时钟日历芯片DS12887，同时，它的管脚也和MC146818B、DS12887相兼容。

由于DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决子“千年”问题；DS12C887中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年之久；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。

用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。

DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

DS18B20内部结构主要由四部分组成：

64位光刻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。

采用一线通信接口。

该系统的系统框图如图1.2所示：

图1.2方案二系统框图

分析：

AT89S52是51的增强型，S52比C51,定时器多一个T2（这个东东强悍的很），RAM多128B，ROM多4K，中断多2个，多一个看门狗,在掉电、数据指针等方面还有一些改进。

S52的最高外接晶振可以达到33MHz，C51大概只有24MHz。

现在市面上，C51都差不多淘汰了，并且程序人员对S52的编程更为熟悉。

DS12C887自带有锂电池，并且内部自带晶振处理，而DS1302在外部需要晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号，为保证数字钟的走时准确及稳定，以及电路的简易性，选择DS12C887更合适。

PT-100的测量范围比DS18B20的范围更广，性价比也高，但DS18B20能实现一线通信，在单片机位口有限的情况下，更适合用，且多样的封装形式，使得DS18B20使用更广泛。

因为显示时钟，温度，星期，需要超过20个显示位，如果用数码管，电路会显得过于繁琐，所以选择双行显示的LCD1602更合适。

综合以上分析，所以决定选择方案

（二）来设计系统。

第二章、系统硬件介绍及设计

2.1单片机最小系统

本系统以AT89S52单片机为核心，本系统选用12MHZ的晶振，使得单片机有合理的运行速度。

起振电容30pF对振荡器的频率高低、振荡器的稳定性和起振的快速性影响较合适，复位电路为按键高电平复位。

AT89S52单片机最小系统电路设计如图2.1所示。

图2.1AT89S52单片机最小系统

单片机的最小系统就是让单片机能正常工作并发挥其功能时所必须的组成部分，也可理解为是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。

对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：

单片机、时钟电路、复位电路、输入/输出设备等（见图2.2）

图2.2机最小系统框图

主要元器件简介

AT89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2052是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-52指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，AT89C2052是它的一种精简版本。

主要特性：

（1）与MCS-52兼容

（2）4K字节可编程闪烁存储器

（3）寿命：

1000写/擦循环

（4）数据保留时间：

10年

（5）全静态工作：

0Hz-24MHz

（6）三级程序存储器锁定

（7）128×8位内部RAM

（8）32可编程I/O线

（9）两个16位定时器/计数器

（10）5个中断源

（11）可编程串行通道

（12）低功耗的闲置和掉电模式

（13）片内振荡器和时钟电路2.1.3管脚说明

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

为一个8位漏级开路双向I/O口，P0每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输

入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，口输出P2地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

振荡器特性:

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

芯片擦除：

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

2.2温度采集模块

系统采用DS18B20温度传感器，它的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。

电压范围：

+3.0~+5.5V。

其测温范围为：

-55~+125℃，固有测温分辨率为0.5℃，通过编程可实现9~12位的数字读数方式。

其电路如图2.3所示。

图2.3温度采集电路图

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。

实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。

工作电压宽达2.5～5.5V。

采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。

DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢

2.3时钟芯片模块

本系统我们采用DS12C887时钟芯片定时及计时功能，DS12C887时钟芯片共需要13条信号线。

GND、VCC：

直流电源，其中VCC接+5V输入，GND接地，当VCC输入为+5V时，用户可以访问DS12C887内RAM中的数据，并可对其进行读、写操作；当VCC的输入小于+4.25V时，禁止用户对内部RAM进行读、写操作，此时用户不能正确获取芯片内的时间信息；当VCC的输入小于+3V时，DS12C887会自动将电源发换到内部自带的锂电池上，以保证内部的电路能够正常工作

MOT：

模式选择脚。

SQW：

方波输出脚，当供电电压VCC大于4.25V时，SQW脚可进行方波输出。

AD0～AD7：

复用地址数据总线，该总线采用分时复用技术，在总线周期的前半部分，出现在AD0～AD7上的是地址信息，可用以选通DS12C887内的RAM，总线周期的后半部分出现在AD0～AD7上的数据信息

AS：

地址选通输入脚。

DS/RD：

数据选择或读输入脚，该引脚有两种工作模式，当MOT接VCC时，选用Motorola工作模式，在这种工作模式中，每个总线周期的后一部分的DS为高电平。

在读操作中，DS的上升沿使DS12C887将内部数据送往总线AD0～AD7上，以供外部读取

在写操作中，DS的下降沿将使总线AD0～AD7上的数据锁存在DS12C887中。

当MOT接GND时，选用Intel工作模式，在该模式中，该引脚是读允许输入脚

R/W：

读/写输入端，该管脚也有2种工作模式，当MOT接VCC时，R/W工作在Motorola模式

CS：

片选输入，低电平有效

IRQ：

中断请求输入，低电平有效，该脚有效对DS12C887内的时钟、日历和RAM中的内容没有任何影响，仅内部的控制寄存器有影响，在典型的应用中，RESET可以接VCC，这样可以保证DS12C887在掉电时，其内部控制寄存器不受影响

本设计中涉及的DS12C887引脚的具体功能：

（1）MOT:

模式选择脚，DA12C887有两种工作模式，即Motorola模式和Intel模式，当MOT接VCC时，选用的工作模式是Motorola模式，当MOT接GND时，选用的是Intel模式。

本文主要讨论Intel模式。

（2）SQW:

方波输出脚，当供电电压VCC大于4.25V时，SQW脚可进行方波输出，此时用户可以通过对控制寄存器编程来得到13种方波信号的输出。

（3）AD0～AD7:

复用地址数据总线，该总线采用时分复用技术，在总线周期的前半部分，出现在AD0～AD7上的是地址信息，可用以选通DS12C887内的RAM,总线周期的后半部分出现在AD0～AD7上的数据信息。

（4）AS:

地址选通输入脚，在进行读写操作时，AS的上升沿将AD0～AD7上出现的地址信息锁存到DS12C887上，而下一个下降沿清除AD0～AD7上的地址信息，不论是否有效，DS12C887都将执行该操作。

（5）DS/RD:

数据选择或读输入脚，该引脚有两种工作模式，当MOT接VCC时，选用Motorola工作模式，在这种工作模式中，每个总线周期的后一部分的DS为高电平，被称为数据选通。

在读操作中，DS的上升沿使DS12C887将内部数据送往总线AD0～AD7上，以供外部读龋在写操作中，DS的下降沿将使总线AD0～AD7上的数据锁存在DS12C887中；当MOT接GND时，选用Intel工作模式，在该模式中，该引脚是读允许输入脚，即ReadEnable。

（6）R/W:

读/写输入端，该管脚也有2种工作模式，当MOT接VCC时，R/W工作在Motorola模式。

此时，该引脚的作用是区分进行的是读操作还是写操作，当R/W为高电平时为读操作，R/W为低电平时为写操作；当MOT接GND时，该脚工作在Intle模式，此时该作为写允许输入，即WriteEnable。

（7）CS:

片选输入，低电平有效。

（8）IRQ:

中断请求输入，低电平有效，该脚有效对DS12C887内的时钟。

日历和RAM中的内容没有任何影响，仅对内部的控制寄存器有影响，在典型的应用中，RESET可以直接接VCC,这样可以保证DS12C887在掉电时，其内部控制寄存器不受影响。

DS12C887电路如图2.4示：

图2.4DS12C887电路

2.4电源模块

我们采用外接USB端口的方式为单片机供电，LPOW1为电源显示灯，当按键S2按下，显示灯亮，表示给单片机供+5V电压。

其电路如图2.5示：

图2.5电源供电电路

2.51602LCD液晶屏

1602LCD液晶屏为5V电压驱动，带背光，可显示两行，每行16个字符，不能显示汉字。

液晶1，2端为电源；15，16为背光电源；为防止直接加5V而烧坏背光灯，在15脚串联一个1k电阻用于限流。

液晶3端为液晶对比度调节端