基于DS1302的電子時鐘設(shè)計

1、 2012 2013 學(xué)年 第 二 學(xué)期 單片機 課 程 設(shè) 計 報 告 題 目： 基于DS1302的電子時鐘設(shè)計 專 業(yè)： 電氣工程系自動化 班 級： 電氣工程系2013年5月12日任務(wù)書課題名稱基于DS1302時鐘芯片的電子時鐘設(shè)計設(shè)計目的基于單片機的電子時鐘的設(shè)計 設(shè)計要求 (1) 計時：秒、分、時、天、周、月、年； （2）時鐘通過LCD1602顯示。 （3）通過按鍵對時鐘、分鐘和秒鐘進行調(diào)節(jié)；摘 要 電子時鐘主要是利用電子技術(shù)將時鐘電子化、數(shù)字化，擁有時鐘精確、體積小、界面友好、可擴展性能強等特點，被廣泛應(yīng)用于生活和工作當(dāng)中。另外，在生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，也常常需要溫度，這就需要電子時鐘

2、具有多功能性。本設(shè)計主要為實現(xiàn)一款可正常顯示時鐘/日歷、帶有定時鬧鈴的多功能電子時鐘。本文對當(dāng)前電子鐘開發(fā)手段進行了比較和分析，最終確定了采用單片機技術(shù)實現(xiàn)多功能電子時鐘。本設(shè)計應(yīng)用AT89C52芯片作為核心，6位LCD1602數(shù)碼管顯示，使用DS1302實時時鐘日歷芯片完成時鐘/日歷的基本功能。這種實現(xiàn)方法的優(yōu)點是電路簡單，性能可靠，實時性好，時間精確，操作簡單，編程容易。該電子時鐘可以應(yīng)用于一般的生活和工作中，也可通過改裝，提高性能，增加新功能，從而給人們的生活和工作帶來更多的方便。關(guān)鍵詞：電子時鐘；多功能；AT89C52；時鐘日歷芯片;DS1302;LCD1602基于單片機的電子時鐘目

3、錄 摘要3 一、引言5 二、基于單片機的電子時鐘硬件選擇分析62.1主要IC芯片選擇62.1.1微處理器選擇62.1.2 DS1302簡介 82.1.3 DS1302引腳說明 82.2電子時鐘硬件電路設(shè)計 9 2.2.1時鐘電路設(shè)計9 2.2.2整點報時功能10 三、proteus軟件仿真及調(diào)試 123.1電路板的仿真 123.2軟件調(diào)試 12 四、 源程序 13五、參考文獻 18引 言 時間是人類生活必不可少的重要元素，如果沒有時間的概念，社會將不會有所發(fā)展和進步。從古代的水漏、十二天干地支，到后來的機械鐘表以及當(dāng)今的石英鐘，都充分顯現(xiàn)出了時間的重要，同時也代表著科技的進步。致力于計時器的研

4、究和充分發(fā)揮時鐘的作用，將有著重要的意義。1.1 多功能電子時鐘研究的背景和意義 20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會的各個領(lǐng)域，有力的推動和提高了社會生產(chǎn)力的發(fā)展與信息化程度，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提升，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜容易使人忘記當(dāng)前的時間。然而遇到重大事情的時候，一旦忘記時間，就會給自己或他人造成很大麻煩。平時我們要求上班準(zhǔn)時，約會或召開會議必然要提及時間；火車要準(zhǔn)點到達(dá)，航班要準(zhǔn)點起飛；工業(yè)生產(chǎn)中，很多環(huán)節(jié)都需要用時間來確定工序替換時刻。所以說能隨時準(zhǔn)確的知道時間并利用時間，

5、是我們生活和工作中必不可少的1。 電子鐘是采用電子電路實現(xiàn)對時、分、秒進行數(shù)字顯示的計時裝置，廣泛應(yīng)用于個人家庭，車站， 碼頭辦公室等公共場所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?。由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、0按時自動打鈴、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。1.2 電子時鐘的功能 電子時鐘主要是利用電子技術(shù)將時

6、鐘電子化、數(shù)字化，擁有時間精確、體積小、界面友好、可擴展性能強等特點，被廣泛應(yīng)用于生活和工作當(dāng)中。當(dāng)今市場上的電子時鐘品類繁多，外形小巧別致。也有體型較大的，諸如公共場所的大型電子報時器等。電子時鐘首先是數(shù)字化了的時間顯示或報時器，在此基礎(chǔ)上，人們可以根據(jù)不同場合的要求，在時鐘上加置其他功能，比如定時鬧鈴，萬年歷，環(huán)境溫度、濕度檢測，環(huán)境空氣質(zhì)量檢測，USB擴展口功能等。本設(shè)計電子時鐘主要功能為：1.具有時間顯示和手動校對功能，24小時制；2.具有年、月、日顯示和手動校對功能；3.具有整點報時功第2章 基于單片機的電子時鐘硬件選擇分析考慮單片機貨源充足、價格低廉，可軟硬件結(jié)合使用，能夠較方便的

7、實現(xiàn)系統(tǒng)的多功能性，故采用單片機作為本設(shè)計的硬件基礎(chǔ)。2.1主要IC芯片選擇2.1.1微處理器選擇 目前在單片機系統(tǒng)中，應(yīng)用比較廣泛的微處理器芯片主要為8XC5X系列單片機。該系列單片機均采用標(biāo)準(zhǔn)MCS-52內(nèi)核，硬件資源相互兼容，品類齊全，功能完善，性能穩(wěn)定，體積小，價格低廉，貨源充足，調(diào)試和編程方便，所以應(yīng)用極為廣泛。例如比較常用的AT89C2052單片機，帶有2KB Flash可編程、可擦除只讀存儲器（E2PROM）的低壓、高性能8位CMOS微型計算機。擁有15條可編程I/O引腳，2個16位定時器/計數(shù)器，6個中斷源，可編程串行UART通道，并能直接驅(qū)動LCD1602輸出。僅僅是為了完成

8、時鐘設(shè)計或者是環(huán)境溫度采集設(shè)計，應(yīng)用AT89C2052單片機完全可以實現(xiàn)。但是將兩種功能結(jié)合在一片單片機上，就需要更多的I/O引腳，故本設(shè)計采用具有32根I/O引腳的AT89C52單片機。AT89C52單片機是一款低功耗，低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4KB（可經(jīng)受1000次擦寫周期）的FLASH可編程可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM），器件采用CMOS工藝和ATMEI公司的高密度、非易失性存儲器（NURAM）技術(shù)制造，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-52兼容。片內(nèi)的FLASH存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程。因此，AT89C52是一種功能強，

9、靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應(yīng)用在各個控制領(lǐng)域6。AT89C52具有以下主要性能：1. 4KB可改編程序Flash存儲器；2. 全靜態(tài)工作：024Hz；3. 128×8字節(jié)內(nèi)部RAM；4. 32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口；5. 6個中斷優(yōu)先級； 2個16位可編程定時計數(shù)器；6. 可編程串行通道；7. 片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89C52是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式空閑方式（Idle Mode）和掉電方式（Power Down Mode）。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時器/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工

10、作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。圖2.1 AT89C52芯片PDIP封裝引腳圖AT89C51為適應(yīng)不同的產(chǎn)品需求，采用PDIP、TQFP、PLCC三種封裝形式，本系統(tǒng)采用雙列直插PDIP封裝形式。2.1.2 DS1302簡介 DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘日歷芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于31天時可以自動調(diào)整，且具有

11、閏年補償功能。工作電壓寬達(dá)2.55.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后備電源進行涓細(xì)電流充電的能力。有主電源和備份電源雙引腳，而且備份電源可由大容量電容（1F）來替代。需要強調(diào)的是，DS1302需要使用32.768KHz的晶振。2.1.3 DS1302引腳說明圖2.2 DS1302芯片引腳圖其的引腳功能參照表2.1。表2.1 DS1302引腳功能說明引腳號名稱功能1VCC1備份電源輸入2X132.768KHz晶振輸入3X232.768KHz晶振輸出4GND地5RST控制移位寄存器/復(fù)位6I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出7SCLK串行時鐘8VCC2主電源輸入2.2電

12、子時鐘硬件電路設(shè)計 電子鬧鐘至少要包括秒信號發(fā)生器、時間顯示電路、按鍵電路、供電電源、鬧鈴指示電路等幾部分。硬件電路框圖參照圖2.3。該系統(tǒng)使用AT89C51單片機作為核心，通過讀取時鐘日歷芯片DS1302數(shù)據(jù)，完成此電子時鐘的主要功能時鐘。使用比較通用的8段共陽數(shù)碼管，做7位顯示，分別顯示時、分、秒。圖2.3 多功能電子時鐘硬件系統(tǒng)框圖鍵盤是為了完成時鐘/日歷的校對和日歷/溫度的顯示功能。由于此電子時鐘要求具有鬧鈴功能，所以設(shè)計有鬧鈴電路，進行聲音響鈴。整個電路使用了兩種電源，+5V電源將為整個電路供電。而+3V電源僅作為DS1302的備用電源。當(dāng)+5V電源被切斷后，DS1302啟用+3V電

13、源，可以保持DS1302繼續(xù)工作。當(dāng)+5V電源恢復(fù)供電，LED依舊顯示當(dāng)前時間，而不會因為斷電使系統(tǒng)復(fù)位到初始化時間，避免了重新校時的麻煩。2.2.1時鐘電路設(shè)計 系統(tǒng)時鐘應(yīng)用了實時時鐘日歷芯片DS1302，其連接如圖2.4。該硬件電路設(shè)計簡單，抗干擾能力強。如圖，AT89C51單片機P1.7直接接DS1302的RST端，上電后，AT89C51的P1.7腳自動輸出高電平。P1.5作為串行時鐘接口，P1.6作為時鐘數(shù)據(jù)的I/O。DS1302采用雙電源供電，平時由+5V電源供電，當(dāng)+5V掉電之后，由圖中BT1（+3V備用電池）供電。特別需要注意X1和X2兩端連接的晶振Y1，該晶振頻率為32.768

14、KHz。圖2.4 系統(tǒng)時鐘電路2.2.2整點報時功能 采用蜂鳴器鬧鈴結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，但是發(fā)出的鬧鈴聲音單一。也可以在編程的時候編寫一段音樂程序，待鬧鈴時間到時，調(diào)用該音樂程序給揚聲器，便響起音樂。不過該方法只能做一些簡單音樂，并且音樂程序會占用很多單片機存儲資源。還有一種方法是采用錄音放音芯片1420做鬧鈴，先對錄放音設(shè)備錄入一段音樂，當(dāng)?shù)皆O(shè)定時間時，單片機控制錄放音設(shè)備放音。采用錄放音電路，鈴聲可以是預(yù)先設(shè)定的一段自己喜歡的音樂，符合電器設(shè)備人性化的要求。且1420芯片可以分段錄音，還具有語音報時功能。另外，也可以購置一塊音樂集成電路，加置在單片機和蜂鳴器之間，當(dāng)單片機連接鬧鈴電路的管腳

15、送出高電平時，音樂集成電路會給蜂鳴器特定脈沖，使蜂鳴器發(fā)聲。此類集成電路體積較小，使用方便，不足的是音樂簡單、單一。鬧鈴的鬧鐘不是本設(shè)計中的重點，故采用最簡單的方法，占用單片機一根I/O口P1.7， 中間用PNP型三極管S9012連接P1.7和蜂鳴器。當(dāng)P1.7引腳為低電平時，S9012的發(fā)射極和集電極導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲。當(dāng)響鈴標(biāo)志位為“1”時，P1.7送一定頻率脈沖，使蜂鳴器U11發(fā)出聲音。如圖2.5第3章 proteus軟件仿真及調(diào)試3.1電路板的仿真 利用keil軟件編寫源程序。在protues中畫好其電路圖如下圖3.1所示：3.2軟件調(diào)試 在硬件調(diào)試完畢的基礎(chǔ)上，需要進一步完善程序，也

16、就是進入軟件調(diào)試階段。在本設(shè)計中，軟件調(diào)試主要分兩大部分：實時時鐘日歷子程序調(diào)試、按鍵子程序調(diào)試。將這兩部分調(diào)試成功，那么整個設(shè)計的軟件部分也就基本完成了。圖3.1 數(shù)字鐘仿真圖第四章 源程序用C語言編寫：16#include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar data_7seg10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,;uchar hour,min,sec;sbit

17、shi=P10;sbit fen=P11;sbit miao=P12;sbit rst=P14;sbit sck=P15;sbit io=P16;sbit fm=P17;/*函數(shù)聲明：*/void write_ds1302_byte(uchar dat);void write_ds1302(uchar add,uchar dat);uchar read_ds1302(uchar add);void read_rtc();void set_rtc();void display();void delay(int n);void show();void fmzz(); /*DS1302單字節(jié)寫入：*

18、/void write_ds1302_byte(uchar dat)uchar i;for (i=0;i<8;i+)sck=0;io=dat&0x01;dat=dat>>1;sck=1; /*DS1302多字節(jié)寫入：*/void write_ds1302(uchar add,uchar dat)rst=0;_nop_();sck=0;_nop_();rst=1;_nop_();write_ds1302_byte(add);write_ds1302_byte(dat);rst=0;_nop_();io=1;sck=1; /*DS1302讀?。?/uchar read_d

19、s1302(uchar add) uchar i,value;rst=0;_nop_();sck=0;_nop_();rst=1;_nop_();write_ds1302_byte(add);for (i=0;i<8;i+)value=value>>1;sck=0;if (io) value=value|0x80;sck=1;rst=0;_nop_();sck=0;_nop_(); sck=1;io=1;return value; /*調(diào)整時間：*/void set_rtc() if (shi=0) delay(100); if (shi=0) hour=(hour>&

20、gt;4)*10+(hour&0x0f); hour+; if (hour=24) hour=0; hour=(hour/10)<<4)+(hour%10); write_ds1302(0x84,hour); if (fen=0) delay(100); if (fen=0) min=(min>>4)*10+(min&0x0f); min+; if (min=60) min=0; min=(min/10)<<4)+(min%10); write_ds1302(0x82,min); if (miao=0) delay(100); if (mia

21、o=0) sec=(sec>>4)*10+(sec&0x0f); sec+; if (sec=60) sec=0; sec=(sec/10)<<4)+(sec%10); write_ds1302(0x80,sec); /*讀取時間：*/void read_rtc() hour=read_ds1302(0x85); min=read_ds1302(0x83); sec=read_ds1302(0x81); /*顯示時間：*/void display() unsigned int a=1;P2=0x01;P0=data_7seghour/16;delay(a);P2=0x02;P0=data_7seghour%16;delay(a);P2=0x04;P0=data_7segmin/16;delay(a);P2=0x08;P0=data_7segmin%16;delay(a);P2=0x10;P0=data_7segsec/16;delay(a);P2=0x20;P0=data_7