利用單片機及DS1302制作電子時鐘實習報告

1、單片機原理及應(yīng)用基于proteus和keil c實 習 報 告課程名：利用單片機及ds1302制作電子時鐘摘 要為了進一步熟悉51單片機的編程以及學習電子時鐘的相關(guān)設(shè)計方法，在老師的指導下我們進行了本次電子時鐘的設(shè)計。我們在實習期間基于51單片機at89c51和時鐘芯片ds1302設(shè)計并實現(xiàn)了電子時鐘顯示。在pcb板制作完成并且調(diào)試成功之際，為了進一步提高自己的動手能力和編程能力，對這次電子時鐘的設(shè)計和制作的過程中遇到的問題及設(shè)計思路做一次總結(jié)。本電子時鐘是一種利用時鐘芯片ds1302及51單片機來顯示時、分、秒和年、月的裝置。默認顯示為時間，由四個按鍵分別控制定時設(shè)置、時間調(diào)整、分鐘調(diào)整、日

2、期顯示；設(shè)計電路工作電源為5v；由4位led數(shù)碼管顯示時間，格式為時時分分，中間點每隔1s亮暗；有備用電池，掉電后再上電能正常顯示時間。電子時鐘大體可以分為三大模塊，數(shù)碼管的顯示模塊、ds1302時鐘芯片與單片機的時鐘模塊和按鍵與單片機的模塊。單片機在5v電壓下，各個模塊正常工作。單片機從ds1302芯片中讀出一組時間日期數(shù)據(jù)，同時單片機通過按鍵設(shè)置當前要求顯示的信息給單片機。單片機接收到各個數(shù)據(jù)時，把各個數(shù)據(jù)顯示出來。目錄一、總體設(shè)計41.1 設(shè)計目的41.2 硬件功能描述41.3 設(shè)計方案選擇41.4 設(shè)計任務(wù)及要求4二、電子時鐘軟件和硬件設(shè)計52.1 硬件電路設(shè)計52.1.1 工作原理5

3、2.1.2 單元模塊電路52.1.3 元器件清單62.2 軟件設(shè)計72.2.1 程序設(shè)計流程7三、電路調(diào)試7四、心得體會8五、參考文獻10附錄：12附錄：程序清單13附錄：21一、總體設(shè)計此電子時鐘利用at89c51單片機和時鐘芯片ds1302 設(shè)計完成。1.1 設(shè)計目的1、通過對電子時鐘的設(shè)計，進一步熟練掌握單片機編程方法及思想。2、通過對電子時鐘的設(shè)計，掌握實時時鐘芯片ds1302的使用方法。3、通過對電子時鐘的設(shè)計，進一步掌握獨立式鍵盤的編程控制并認識獨立式鍵盤在實際中的運用。4、通過對電子時鐘的設(shè)計，增強對單片機的興趣及動手能力。并在此過程中學會對程序的逐步調(diào)試。 1.2 硬件功能描述

4、數(shù)字鐘能夠完成24 小時制計時，計時初始化值為00:00:00，用戶可以通過按鍵調(diào)整時鐘的初值實現(xiàn)校時功能，并且可以通過按鍵設(shè)定一個24 小時以內(nèi)任意時刻的鬧鈴，用戶可以手動選擇鬧鈴的開或者關(guān)兩種狀態(tài)。1.3 設(shè)計方案選擇計時方案：方案1：采用實時時鐘芯片現(xiàn)在市場上有許多實時時鐘集成電路，如:ds1287、ds2887、ds1302等。這些實時時鐘芯片具備年、月、日、時、分、秒計時功能和多點定時功能，計時數(shù)據(jù)的更新每秒自動進行一次，不需要程序干預。因此，在工業(yè)實時測控系統(tǒng)中多采用這這一類專用芯片來實現(xiàn)實時時鐘功能。方案2：是用單片機內(nèi)的可編程定時器。利用單片機內(nèi)部的定時計數(shù)器進行中斷定時，配合

5、軟件延時實現(xiàn)時分秒的計時。該方案節(jié)省硬件成本，但程序設(shè)計較復雜。顯示方案：一個良好的顯示模塊對一個系統(tǒng)非常重要，所有操作結(jié)果和計時結(jié)果，都要通過顯示模塊來顯示出來。同時顯示模塊提供了良好的人機交互平臺。常用的顯示模式有l(wèi)ed 7段數(shù)碼管顯示、點陣顯示和液晶顯示。液晶顯示屏（lcd）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強等特點。但由于液晶其成本偏高。在使用時，不能有靜電干擾，否則易燒壞液晶的顯示芯片。鑒于led 7段數(shù)碼管成本低，也比較容易實現(xiàn)的特點，最終確定使用共陽極數(shù)碼管來顯示。1.4 設(shè)計任務(wù)及要求任務(wù)：設(shè)計

6、一個可調(diào)時及日期顯示的電子時鐘要求：1、用ds1302來實現(xiàn)對時間的計算2、用7段led來顯示時間3、加獨立式鍵盤來進行調(diào)時二、電子時鐘軟件和硬件設(shè)計2.1 硬件電路設(shè)計2.1.1 工作原理此電子時鐘可顯示的時間范圍為：2000年1月1日0點至2100年12月31日23時59分。此時鐘在正常計時模式下具有自動調(diào)整每月的天數(shù)的變化，并用內(nèi)接電池對時間保持。時間為24小時至。接通電源對時間進行調(diào)整，按定時設(shè)置鍵確定被修改位的值。用時鐘芯片記憶當前時間并保持，待下次接通電源無須調(diào)整能正確顯示當前時間。定時設(shè)置：菜單按鍵，松開按鍵時有效此按鍵實現(xiàn)鬧鈴功能，設(shè)定一個時間，此時四位數(shù)碼管第四位的小數(shù)點亮起

7、，表示有鬧鈴設(shè)置；當鬧鈴是可按此鍵結(jié)束鬧鈴。時、分調(diào)整: 加一鍵，松開按鍵有效當定時設(shè)置鍵選中要修改的位時，如分（分閃爍時），按此鍵可以使分的值從當前值開始加一，加至60時變?yōu)?0（59過后即顯示00，不顯示60）；而時則在加至24時變?yōu)?0（23過后即顯示0，不顯示24）；日在加至32時變?yōu)?0（即31過后即顯示0，不顯示32）;月在加至13時變?yōu)?0（即12過后即顯示0，不顯示13）；年在至2100時變?yōu)?000（即2099過后即顯示2000，不顯示2100）日期顯示: 年、月顯示鍵，松開按鍵有效按下此鍵松開后，顯示為日期，5秒后自動返回時間顯示。2.1.2 單元模塊電路1 獨立按鍵模塊系

8、統(tǒng)有四個獨立按鍵，分別接至單片機p1.4、p1.5、p1.6、p1.7口。2 顯示模塊 本系統(tǒng)顯示模塊電路由四個pnp三極管和一個四位一體7段led數(shù)碼管組成。pnp三極管用來驅(qū)動數(shù)碼管。3 復位電路模塊 復位電路主要的功能是使整個系統(tǒng)初始化，在每次上電時系統(tǒng)自動初始化。 使cpu及其他功能部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，單片機應(yīng)用程序必須以此作為設(shè)計的前提。4 時鐘芯片模塊ds1302時鐘芯片是本系統(tǒng)實現(xiàn)高精度計時的關(guān)鍵。利用ds1302 時鐘芯片獨立于單片機來計時，在提高計時進度的同時也提高了整個系統(tǒng)的抗干擾能力。ds1302通過sclk、i/o、res端口和單片機at8

9、9c51 進行通信。sclk接至單片機p1.1口，在讀寫操作時給ds1302提供相應(yīng)的時鐘脈沖；i/o接至p1.2用來傳送所有的數(shù)據(jù)；res接至單片機p1.3上用來控制單片機與時鐘芯片間的數(shù)據(jù)傳送的開始與結(jié)束。ds1302 的工作原理及使用方法見附錄。5 主控模塊主控模塊的核心組成部分是單片機at89c51， 承擔著所有操作任務(wù)的調(diào)控與分派工作。6 鬧鐘模塊鬧鈴模塊由蜂鳴器和蜂鳴器的驅(qū)動組成。在有鬧鈴發(fā)生的時候，蜂鳴器的驅(qū)動電路驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，產(chǎn)生鬧鈴的效果。2.1.3 元器件清單元件名稱規(guī)格型號數(shù)量（個）單片機at89s511時鐘芯片ds130214位一體的共陽led顯示器7seg-mpx4

10、-ca-blue1按鍵button3電阻2k4排阻4.7k1三極管pnp4電阻10k102.2 軟件設(shè)計2.2.1 程序設(shè)計流程 開始 主程序 定時器t1初始化ds1302讀取數(shù)值與設(shè)定數(shù)值是否相同y掉電后重啟 n初始化ds1302flag=1&flag_time=1?顯示鬧鐘值set_flag=1 ny顯示調(diào)節(jié)時的值顯示走時 yn n響鬧鐘判斷鬧鐘是否發(fā)生 y 返回 n 三、電路調(diào)試各程序模塊具有一定的獨立性，因此可以先調(diào)試模塊，在模塊功能都能實現(xiàn)的前提下，再調(diào)試總程序，這樣能快捷地檢查判斷硬件或軟件上的問題。調(diào)試結(jié)果及解決辦法如下：1測試ds讀寫模塊時，從led顯示能正確寫入與讀取當前時間

11、，但ds1302的工作情況不太理想，主要表現(xiàn)在實時時間稍微偏快。ds1302時鐘的產(chǎn)生基于外接的晶體振蕩器，振蕩器的頻率為32768hz，該晶振通過引腳x1、x2直接連接至ds1302，即ds1302是依靠外部晶振與其內(nèi)部的電容配合來產(chǎn)生時鐘脈沖，由于ds1302 在芯片本身已經(jīng)集成了5pf的電容。所以，為了獲得穩(wěn)定的可靠的時鐘，必須選用具有5pf 負載電容的晶振。然而，許多人在選用晶振時僅僅注意了晶振的額定頻率值，而忽視了晶振的負載電容大小，甚至連許多經(jīng)銷商也不能提供所售晶振的負載電容，所以即使在使用中選用了符合32768hz的晶振，但如果該晶振的負載電容與ds1302 提供的5pf不一致時

12、，就會影響晶振的起振或?qū)е抡袷庮l率的偏移。2測試顯示模塊時，數(shù)碼顯示管全亮顯示“8.8.8.8.”而不是預設(shè)”的初值。利用proteus軟件仿真，發(fā)現(xiàn)仿真顯示正常，再檢查硬件，發(fā)現(xiàn)段碼位選線與p0口接線錯誤。按原理圖重新焊接后能正常顯示。3測試蜂鳴模塊時，沒有時間顯示一直保持蜂鳴，不能返回主程序。重新檢查程序再次賦值給ds1302和鬧鐘時實物正常工作，證明現(xiàn)有程序語法和邏輯上沒有錯誤。從賦值過的數(shù)字中找規(guī)律，發(fā)現(xiàn)當ds初值的“分”個位為9而鬧鐘的“分”為0時，蜂鳴出現(xiàn)錯誤。查閱ds的顯示有關(guān)資料，由于ds的數(shù)據(jù)是bcd碼形式讀取，因此“x9”的數(shù)據(jù)加1后為“*0”；但程序所用為十六進制，“x9

13、”加1后為“*a”，所以當ds剛到達鬧鐘時間準備蜂鳴時，程序中用inc指令對“分”加1后只達到“*a”，與ds一分鐘后讀取到的“*0”一直不相等，程序無法向下執(zhí)行，也就是無法同步顯示當前時間以及關(guān)閉蜂鳴。解決辦法：進入蜂鳴狀態(tài)時，先對比是否是個位為9的數(shù)據(jù)，是則按照bcd碼形式直接賦值為“*0”到暫存區(qū)，再加1；否則直接用inc指令加1。不斷讀取ds“分”的數(shù)據(jù)與暫存區(qū)數(shù)據(jù)比較，相等則表示滿一分鐘，關(guān)閉蜂鳴。修改程序后該模塊運行正常。4測試調(diào)整模塊，進入中斷時，按鍵后有時出現(xiàn)顯示錯亂，按鍵失靈，出現(xiàn)連續(xù)加減的情況。有了蜂鳴模塊的前例，增加了數(shù)據(jù)個位為9時的處理程序；分析出現(xiàn)連續(xù)加減可能是因為消

14、抖延時不夠，造成程序誤判斷為按鍵連擊，因此增大延時時間。修改程序后該模塊正常運作。5綜合總程序測試，各部分功能運作正常，但是實際硬件與軟件結(jié)合后沒有達到達到任務(wù)要求，此次設(shè)計失敗。四、心得體會 五、參考文獻【1】51單片機應(yīng)用從零開始 楊欣 編著 清華大學出版社 2008【2】單片機原理及接口技術(shù)(第三版) 李朝青 編著 北京航空航天大學出版社 2008【3】51單片機c語言教程 郭天祥 編著 電子工業(yè)出版社 2009附錄：ds1302 時鐘芯片的工作原理和使用方法1、ds1302的基本組成和工作原理ds1302的管腳排列及描述如下圖及表所示： 2、ds1302內(nèi)部寄存器ch：時鐘停止位 bi

15、t7=1,12 小時模式ch=0 振蕩器工作允許 bit7=0,24 小時模式ch=1 振蕩器停止 寄存器2 的第5 位:am/pm 定義wp: 寫保護位 ap=1 下午模式wp=0 寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭?ap=0 上午模式 wp=1 寄存器數(shù)據(jù)不能寫入 ds: 二極管選擇位tcs: 涓流充電選擇 ds=01 選擇一個二極管tcs=1010 使能涓流充電 ds=10 選擇兩個二極管tcs=其它 禁止涓流充電寄存 ds=00或11,即使tcs=1010,充電器2的第7位12/24小時標志 功能也被禁3、ds1302使用說明及注意的問題ds1302的控制字如表1所示。控制字節(jié)的最高有效位（位7）必須

16、是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到ds1302中。位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)；為1則表示存取ram數(shù)據(jù)。位51（a4a0）指示操作單元的地址。最低有效位（位0）如果為0，則表示要進行寫操作；為1 表示進行讀操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入/輸出。表1 ds1302 控制字時鐘暫停：秒寄存器的位7定義位時鐘暫停位。當它為1時，ds1302停止振蕩，進入低功耗的備份方式，通常在對ds1302進行寫操作時（如進入時鐘調(diào)整程序）,停止振蕩。當它為0時，時鐘將開始啟動。am-pm/12-24小時方式：小時寄存器的位7定義為12或24小時方式選擇位。它為高電平時，選擇12小時方式。在此方

17、式下，位5為第二個10小時位（2023h）。ds1302的晶振選用32768hz，電容推薦值為6pf。因為振蕩頻率較低，也可以不接電容，對計時精度影響不大。附錄：程序清單 second equ 41h minute equ 42h hour equ 43h day equ 44h month equ 45h week equ 46h yearl equ 47h org 0000h ljmp main org 0030h main:mov sp,#5fh mov r0,30h mov r2,#30h mov a,#00h lp0:mov r0,a inc r0 djnz r2,lp0 lcall

18、 display mov 41h,#00h ;啟動時鐘工作.秒分時日月星期年 mov 42h,#00h ;分單元 mov 43h,#01h ;時單元 mov 44h,#18h ;日單元 mov 45h,#07h ;月單元 mov 46h,#04h ;星期單元 mov 47h,#0dh ;年后兩位單元 mov 52h,#00h mov 53h,#00h clr 30h setb 31h lcall set1302 lcall displaylp1: lcall get1302 mov 40h,41hlp11: lcall display lcall get1302 mov a,41h cjne

19、a,40h,lp2 ljmp lp21lp2: cpl 30h mov 40h,41h ljmp lp11lp21: jb 31h,lp22 ;31h=0,定時報警 lcall dsbj lcall displaylp22: lcall keyscan mov dptr,#tab mov a,30h rl a add a,30h jmp a+dptr tab: ljmp lp11 ;無按鍵 ljmp tssz ;定時設(shè)置 ljmp sjy ;時加1 ljmp fjy ;分加1 ljmp rqxs ;日期顯示 tssz: cpl 31h tssz0: jb p1.4,tssz1 lcall ts

20、display sjmp tssz0 tssz1: jnb 31h,tssz00 ;31h=1,定時關(guān)閉;31h=0,定時設(shè)置 lcall display ljmp lp11 tssz00:mov 51,#20h tssz10:mov 50h,#00h tssz11:jb p1.5,tssz3 ;定時時設(shè)置 mov a,53h add a,#01h da a cjne a,#24h,tssz2 mov a,#00h tssz2: mov 53h,a tss1: lcall tsdisplay jnb p1.5,tss1 tssz3: lcall tsdisplay ;定時顯示 jb p1.4,

21、tssz11 jnb p1.4,$ mov 51h,#20h tsszf0:mov 50h,#00htsszf1:jb p1.6,tsszf3 ;定時分設(shè)置 mov a,52h add a,#01h da a cjne a,#60h,tsszf2 mov a,#00h tsszf2: mov 52h,a tsf1: lcall tsdisplay jnb p1.6,tsf1 tsszf3: lcall tsdisplay jb p1.4,tsszf1 jnb p1.4,$ lcall tsdisplay ljmp lp11dsbj: mov a,53h cjne a,43h,dsbj1 mov

22、 a,52h cjne a, 42h,dsbj1 mov 50h,#06h dsbj0: clr p1.3 lcall display setb p1.3 lcall d2ms djnz 50h,dsbj0 setb 31h dsbj1: ret sjy: mov a,43h ;時加1處理 add a,#01h da a cjne a,#24h,sjy0 mov a,#00h sjy0: mov 43h,a lcall set1302 sjy1: jb p1.5,sjy2 lcall display sjmp sjy1 sjy2: ljmp lp11 fjy: mov a,42h ;分加1處理

23、 add a,#01h da a cjne a,#60h,fjy0 mov a,#00h fjy0: mov 42h,a lcall set1302 fjy1:jb p1.6,fjy2 lcall display sjmp fjy1 fjy2:ljmp lp11 rqxs:lcall rqdisplay rqxs1:jb p1.7,rqxs2 lcall rqdisplay sjmp rqxs1 rqxs2:mov r3,#00h rqxs3:lcall rqdisplay lcall rqdisplay djnz r3,rqxs3 lcall display ljmp lp11keyscan

24、:push acc mov 30h,#00h orl p1,#0f0h mov a,p1 swap a anl a,#0fh jb acc.0,k1 mov 30h,#01h sjmp keyend k1: jb acc.1,k2 mov 30h,#02h sjmp keyend k2: jb acc.2,k3 mov 30h,#03h sjmp keyend k3: jb acc.3,keyend mov 30h,#04hkeyend: pop acc retkeyplay:mov r5,#04h mov r0,#42h ;51h為秒,52h分,53h為時,54h為日,55h為月 mov r

25、3,#08h dis2:mov dptr,#table mov a,r0 anl a,#0fh movc a,a+dptr mov p0,a mov a,r3 mov p2,a lcall d2ms mov a,r0 anl a,#0f0h swap a movc a,a+dptr mov p0,a mov a,r3 rr a mov r3,a mov p2,a inc r0 mov a,r3 rr a mov r3,a lcall d2ms djnz r5,dis2 clr p2.0 ret display:push acc push psw mov dptr,#table mov r1,#

26、42h mov a,r1 anl a,#0fh movc a,a+dptr mov c,31h ; 有定時設(shè)置則在分鐘個位顯示點 mov acc.7,c mov p0,a mov p2,#0feh ;實物值 ;mov p2,#08h ;仿真值 lcall d2ms mov p2,#00h mov a,r1 swap a anl a,#0fh movc a,a+dptr mov p0,a mov p2,#0fdh ;mov p2,#04h lcall d2ms mov p2,#00h mov r1,#43h mov a,r1 anl a,#0fh movc a,a+dptr mov c,30h

27、mov acc.7,c mov p0,a mov p2,#0fbh;mov p2,#02h lcall d2ms mov p2,#00h mov a,r1 swap a anl a,#0fh movc a,a+dptr mov p0,a mov p2,#0f7h;mov p2,#01h mov p2,#00h pop psw pop acc retrqdisplay:push acc ;日期顯示 push psw mov dptr,#table mov r1,#44h mov a,r1 anl a,#0fh movc a,a+dptr mov p0,a mov p2,#0feh ;實物值 ;m

28、ov p2,#08h ;仿真值 lcall d2ms mov p2,#00h mov a,r1 swap a anl a,#0fh movc a,a+dptr mov p0,a mov p2,#0fdh;mov p2,#04h lcall d2ms mov p2,#00h mov r1,#45h mov a,r1 anl a,#0fh movc a,a+dptr mov p0,a mov p2,#0fbh;mov p2,#02h lcall d2ms mov p2,#00h mov a,r1 swap a anl a,#0fh movc a,a+dptr mov p0,a mov p2,#0f

29、7h; mov p2,#01h lcall d2ms mov p2,#00h pop psw pop acc ret tsdisplay:push acc ;定時顯示 push psw mov dptr,#table mov r1,#52h mov a,r1 anl a,#0fh movc a,a+dptr mov p0,a mov p2,#0feh ;實物值 ;mov p2,#08h ;仿真值 lcall d2ms mov p2,#00h mov a,r1 swap a anl a,#0fh movc a,a+dptr mov p0,a mov p2,#0fdh;mov p2,#04h lc

30、all d2ms mov p2,#00h mov r1,#53h mov a,r1 anl a,#0fh movc a,a+dptr mov p0,a mov p2,#0fbh; mov p2,#02h lcall d2ms mov p2,#00h mov a,r1 swap a anl a,#0fh movc a,a+dptr mov p0,a mov p2,#0f7h; mov p2,#01h lcall d2ms mov p2,#00h pop psw pop acc ret d2ms: mov r6,#02h dl1: mov r5,#249 dl2: nop nop djnz r5,

31、dl2 nop djnz r6,dl1 ret table: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h,0ffh,0ffh,0ffh,0ffh,0ffh,0ffh;ds1302時間處理程序;*/公司名稱：; 模塊名稱：ds1302.asm; 功 能：實時時鐘模塊 時鐘芯片型號：ds1302; 說 明：; 程序設(shè)計：; 設(shè)計時間：2006.11.03; 版 本 號：20061103;*t_clk bit p1.1;實時時鐘時鐘線引腳t_io bit p1.0;實時時鐘數(shù)據(jù)線引腳t_rst bit p1.2;實時時鐘復位線引腳;*;子程序名：s

32、et1302;功 能：設(shè)置ds1302 初始時間,并啟動計時。;說 明：;調(diào) 用：rtinputbyte;入口參數(shù)：初始時間在:second,minute,hour,day,month,week.yearl(地址連續(xù));返 回 值：無;影響資源：a b r0 r2 r4 r7;設(shè) 計：zhg 日 期：2006-11-03;修 改： 日 期：;*set1302: clr t_rst clr t_clk setb t_rst mov b, #8eh ;控制寄存器 lcall rtinputbyte mov b, #00h ;寫操作前wp=0 lcall rtinputbyte setb t_clk

33、 clr t_rst mov r0, #second mov r7, #7 ;秒分時日月星期年 mov r2, #80h ;秒寫地址set13021: clr t_rst clr t_clk setb t_rst mov b,r2;寫分時日月星期年地址 lcall rtinputbyte mov a, r0 ;寫秒數(shù)據(jù) mov b, a lcall rtinputbyte inc r0 inc r2 inc r2 setb t_clk clr t_rst djnz r7, set13021 clr t_rst clr t_clk setb t_rst mov b,#8eh;控制寄存器 lcall rtinputbyte mov b,#8