單片機 Stc15f204ea DS1302 電子時鐘設(shè)計

摘要隨著時間的和技術(shù)發(fā)展，在現(xiàn)代科技的支持和自動化技術(shù)、智能的發(fā)展趨勢下，越來越多計數(shù)專用工具出現(xiàn)在了我們的生活中。單片機作為數(shù)字鐘的關(guān)鍵控制板，因其時鐘信號完成計時功能，其數(shù)據(jù)信息根據(jù)單片機導(dǎo)出到數(shù)碼管表明，并可以通過功能鍵調(diào)整和計時。本產(chǎn)品以STC15f204ea(51單片機）為基礎(chǔ)控制板，選用美國DALLAS企業(yè)引進DS1302時鐘電路，根據(jù)數(shù)碼管表明“時、分、秒、年、月、日”現(xiàn)代化的計時器本設(shè)計方案具備警報功能。用單片機達到的數(shù)字鐘具備程序編寫靈便、功能便于拓展等特點。內(nèi)部結(jié)構(gòu)配有鋰離子電池，即便再度關(guān)閉電源，也可以恰當(dāng)顯示日期。關(guān)鍵詞：單片機Stc15f204eaDS1302電子時鐘SummaryWiththedevelopmentoftimeandtheadvancementofscienceandtechnology,undertheblessingofcontemporarytechnology,automationandintelligentdevelopment,moreandmorecountingtoolsappearinpeople'slives.Whenthesingle-chipmicrocomputeristhecorecontrollerofthedigitalclock,itrealizesthetimingfunctionthroughtheclocksignalitbrings,anditsdataisoutputtothedigitaltubethroughthesingle-chipmicrocomputerfordisplay,andtheadjustmentandtimingfunctionscanbeperformedbypressingthebuttons.ThisproductisbasedonStc15f204ea(51single-chipmicrocomputer)asthecorecontroller,adoptstheDS1302clockchipintroducedbytheAmericanDALLAScompany,anddisplays"hour,minute,second,year,month,day"moderntimingdevicethroughdigitaltube.Thisdesignhasanalarmfunction.Thedigitalclockrealizedbythesingle-chipmicrocomputerhastheadvantagesofflexibleprogrammingandeasyexpansionofitsfunctions.Keywords:singlechipmicrocomputerStc15f204eaDS1302electronicclock目錄TOC\o"1-2"\h\u54531.緒論 .緒論1.1單片機的簡介單片機是集成化微控制器(CPU)、儲存器(RAM/ROM或EPROM)等硅芯片。以及各種輸出插口(并行處理端口號、串行通信端口號等。該硅片能夠包括計算機水平，即單片機，通稱“單片機”。在一些前提下，它一般被稱作微處理器模塊(MCU)，以注重單片機控制屬性?，F(xiàn)階段，單片機在大家的日常生活中經(jīng)常可以看到，已滲入大家生活的各個方面。從智能可穿戴機器設(shè)備、智能運動手環(huán)、智能手環(huán)、智能化音箱、無線藍牙耳機等。從工業(yè)機械手、飛機儀表盤操縱到導(dǎo)彈發(fā)射，都采用單片機。連寶寶的玩具都是采用單片機做出來的。51MCU就是指現(xiàn)階段與INTEL/8031計算機指令適配的所有MCU總稱。51系列產(chǎn)品MCU起源于intel的8031MCU。自此，伴隨著FlashRom技術(shù)的高速發(fā)展，8031單片機獲得了極大的發(fā)展，變成應(yīng)用數(shù)最多的8位單片機之一。51單片機算得上是生活里最新手入門、最重要、運用最普遍的單片機之一。1.2單片機的發(fā)展1946年，美國研發(fā)了世界上第一臺計算機，但僅限于一部分低精度測算。來到20個世紀70時代，微控制器出現(xiàn)了。美國Fairchild企業(yè)最先推出了第一臺F-8單片機，接著Intel公司也推出了運用非常廣泛的MCS-48單片機。因其重量輕、體型小、作用詳細、水準劣等特性獲得廣泛運用，為以后單片機的高速發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。1.2.151單片機的概況MCS-51單片機是Intel公司于1980年上線的。與之前的MCS-48系列產(chǎn)品單片機對比，結(jié)構(gòu)更為優(yōu)秀，功能更豐富，并且在基礎(chǔ)上增強了更多電路單元，功能更豐富。MCS-51單片機算得上是非常成功商品。目前為止，51系列產(chǎn)品單片機仍是運用最普遍的流行單片機商品之一。MCS-51系列產(chǎn)品單片機有8031、8051、8751等常用商品。關(guān)鍵功能如下所示8位CPU、程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器ram、32個I/O接口和111條命令專用型存儲器、可編計時器/電子計數(shù)器、串口通信、外界數(shù)據(jù)存儲器詳細地址、外界程序存儲器詳細地址、邏輯函數(shù)詳細地址。5v單電源供電。MCS-51系列產(chǎn)品單片機因其健全設(shè)計和多樣化的功能，被稱作一代“神u”，為很多單片機的高速發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。因其完備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，很多制造商會用或參考主要特點和功能。全世界一些大中型電器制造商研發(fā)了豐富多樣的51單片機。近些年，C51系列產(chǎn)品單片機發(fā)展快速。intel創(chuàng)造了51單片機，向其打下基礎(chǔ)。飛利浦公司優(yōu)化了性能，一直以來研發(fā)了快速I/O端口號、A/D轉(zhuǎn)化器、PWM（脈沖寬度調(diào)制）等服務(wù)。ATMEL企業(yè)上線的適配C51的AT89CXX系列產(chǎn)品單片機將E2PROM（非易失性閃存芯片技術(shù)性）與8051核心完美融合，依然選用C51的整體結(jié)構(gòu)和計算機指令。多次重復(fù)擦掉的程序存儲器能夠進一步降低項目成本，重復(fù)使用單片機。因為C51系列產(chǎn)品單片機的不斷完善，獲得了更廣泛應(yīng)用和更加好地發(fā)展，換句話說有了更加廣泛應(yīng)用、更多客戶體驗和更多改進方案。由于科技的發(fā)展，51系列產(chǎn)品單片機功能的也不斷完善。1.2.2單片機的應(yīng)用以及發(fā)展前景因其重量輕、體型小、容積低，單片機在我們生活中獲得了廣泛應(yīng)用，從航空航天到電器產(chǎn)品、智能家居產(chǎn)品，乃至小孩玩具。將來，單片機的應(yīng)用將也會更加普遍。伴隨著無人機廣泛應(yīng)用和無人駕駛等功能的興起，單片機將向著功能損耗低、回應(yīng)快、功能更豐富方向發(fā)展，具備更寬廣的應(yīng)用前景。1.3數(shù)字時鐘數(shù)字鐘要用集成電路芯片完成時長、分、秒計時裝置。與以往機械鐘表對比，其核心特征就是能直接顯示時間，因為并不是由機械設(shè)備裝置驅(qū)動，因而使用壽命長。數(shù)字時鐘比手表機芯驅(qū)動的回復(fù)鐘計時的最準確。1.3.1數(shù)字時鐘簡介文圖拉于1957年創(chuàng)造了世界上第一個電子表，為以后電子表的高速發(fā)展做出貢獻。自此，電子器件鐘表逐漸快速發(fā)展。當(dāng)代電子表是一種基于單片機的計時工具。這就是在延遲時間系統(tǒng)中產(chǎn)生一定的時長中斷，界定為1秒，用之計數(shù)方法開展計數(shù)。到60秒時，進到1、1min，60分鐘進到1鐘頭，24鐘頭進入后1鐘頭，做到計時的效果。數(shù)據(jù)時鐘目前是大家日常生活不可或缺的游戲道具?，F(xiàn)階段，很多計時精密度相對較高的計時工具都是采用晶振電路，電子表、石英手表、石英手表等，都是采用石英技術(shù)性。特點是按時高精度、性能穩(wěn)定、方便使用、不用經(jīng)常調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)時鐘由集成電路芯片、單片機控制，用編解碼替代傳統(tǒng)式時鐘的機器傳送，用液晶顯示屏替代傳統(tǒng)式時鐘的表針表明來顯示時間等信息。電子器件鐘表能精準表明當(dāng)年的時、分、秒等信息，還具備鬧鈴與對日報時作用。與其他鐘表對比，比機械手表形象化，比運用表精確?？墒菙?shù)字鐘的顯示時間頁面盡管簡單，但隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，數(shù)字鐘會出現(xiàn)長遠發(fā)展。1.3.2數(shù)字時鐘的發(fā)展及其應(yīng)用現(xiàn)如今，數(shù)字鐘已成為大家日常生活中不可或缺的必需品。廣泛用于本人家中、公交站、汽車站、飛機場及絕大多數(shù)公共場合，為人們的生活、工作和學(xué)習(xí)帶來很多便捷。不僅如此，現(xiàn)代科技的高速發(fā)展促使數(shù)字鐘離不開電器產(chǎn)品的控制（按時程序流程）、上下班時間全自動鈴、全自動按時警報系統(tǒng)、帶定時器開關(guān)的路燈，乃至各種各樣按時插電保護裝置等。他們離不開數(shù)字鐘，起到極為重要的功效。數(shù)字鐘在工業(yè)控制系統(tǒng)與我們的日常生活中起到很重要的作用。一方面做計時工作中，另一方面控制設(shè)備的運行。如今，數(shù)字鐘是機械設(shè)備中不可缺少的。因而，數(shù)字鐘將于我們自己的生活中獲得更大范圍應(yīng)用。伴隨著科技進步的高速發(fā)展，數(shù)字鐘在付款時更為精確、功能損耗變低、作用更豐富。2.各個模塊的結(jié)構(gòu)以及其特性本實驗的目的是利用51單片機設(shè)計完成數(shù)字鐘功能的，數(shù)字鐘由51單片機控制模塊和LED顯示模塊兩個部分組成。2.18051單片機控制模塊C51系列產(chǎn)品單片機將各個系統(tǒng)軟件全部隔離芯片電路集成在一個比較有限的尺寸集成電路芯片上。構(gòu)造由微控制器、存儲器、程序存儲器、并行處理I/O端口、串口通信、計時器/電子計數(shù)器、中斷請求等構(gòu)成。他們根據(jù)上面總線結(jié)構(gòu)連接了。851單片機的40個管腳主要分為開關(guān)電源、時鐘、控制板、I/O端口。1.開關(guān)電源：VCC芯片開關(guān)電源，5V。gnd(VSS）接地裝置端口。2.時鐘：XTAL1和XTAL2晶振電路電源的反向鍵入端口和導(dǎo)出端口。3.控線：共4條。ALE/PROG：數(shù)據(jù)信息鎖存批準/上面EPROM變成單脈沖。ALE功能：用以鎖存端口P0上傳得低8位詳細地址。PROG功能：配備EPROM的芯片。在EPROM編程環(huán)節(jié)中，在這里管腳中鍵入編程單脈沖。(1)PSEN：外界ROM載入選通訊號。)2)RST/VPD校準/后備電源。RST（校準）功能：復(fù)位信號、輸入端子。VPD功能：VCC停電時接入后備電源。)3)EA/Vpp：內(nèi)部結(jié)構(gòu)外部ROM挑選/上面EPROM編程開關(guān)電源。EA功能：內(nèi)部結(jié)構(gòu)ROM端口外部ROM端口的挑選。Vpp功能：搭載了EPROM的芯片。EPROM編程中，增加編程輸出功率Vpp。1.鍵入輸出接口線851單片機設(shè)計有4個8位并行處理I/O端口號：P0、P1、P2、P3，一共有32針。P3端口號有第二個作用，用以獨特信號的功率輸出和控制信號（歸屬于控制總線）。2.2LED顯示模塊2.2.1LED數(shù)碼管的原理在半導(dǎo)體的PN結(jié)中，當(dāng)注入的極少數(shù)載流子與大部分載流子融合時，多余動能作為光釋放出，能將電磁能立即變換為光能。如果對于PN結(jié)增加反向電壓，則無法注入極少數(shù)載流子，引而不發(fā)亮。因此，利用這類注入電致發(fā)光基本原理制造出來的二極管稱為發(fā)光二極管，也稱為led。我們一般所使用的LED數(shù)碼管封裝形式有8個LED，7個LED組成“8”字結(jié)構(gòu)，1個為小數(shù)位。如下圖2-1所顯示，每一個場各自用“a、b、c、d、e、f、g、dp”表明（dp表示小數(shù)位）。當(dāng)特殊工作電壓增加到數(shù)碼管的差異引腳處時，這種特殊點會發(fā)亮，如同你所看到的一樣。假如led的全部陽極氧化都連接正極開關(guān)電源，則其led數(shù)碼管稱為共陽極數(shù)碼管；反過來，如下圖2-2所顯示，led的全部負極都連接著負開關(guān)電源。這類led碼管稱為共陰極碼管。圖2-1圖2-2LED數(shù)碼管各段碼對應(yīng)關(guān)系如表2-1所示：表2-1LED數(shù)碼管的段碼如表2-2所示：表2-22.2.2LED數(shù)碼管驅(qū)動方式為了能讓LED數(shù)碼管可以正常顯示適宜的具體內(nèi)容，應(yīng)該根據(jù)驅(qū)動電源電路驅(qū)動LED數(shù)碼管的各段編碼，顯示所需要的數(shù)字產(chǎn)品。因而，依據(jù)驅(qū)動方法的不一樣，數(shù)碼管的驅(qū)動方法分成靜態(tài)驅(qū)動顯示和動態(tài)性驅(qū)動顯示。1）靜態(tài)驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動又稱為DC驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動就是指LED數(shù)碼管的每條輸電線由單片機設(shè)計的每一個I/O端口驅(qū)動。亮度高、程序編寫簡易，但具備占有很多I/O端口的優(yōu)勢。在運用環(huán)節(jié)中，必須提升視頻解碼器來驅(qū)動，增強了硬件電路的復(fù)雜性。動態(tài)性驅(qū)動二維碼管動態(tài)性顯示里最常用的一種顯示方式就是連接二維碼管8個顯示位端口，根據(jù)操縱每條二維碼管公共性COM位來控制回路。單片機設(shè)計導(dǎo)出相對應(yīng)的字后，相對應(yīng)的二維碼管就會照亮。只需開啟要顯示的LED碼管進膠口，就會顯示與本位相對應(yīng)的文本。并沒有水利閘門的話，也不顯示都不照亮。根據(jù)分時圖先后操縱各數(shù)碼管的COM端口，能夠先后顯示各數(shù)碼管。這便是動態(tài)性驅(qū)動。2.3數(shù)字時鐘的框架數(shù)字鐘的原理框架圖如下圖2-3所示。由51單片機設(shè)計、開關(guān)電源和時間顯示器構(gòu)成。電源電壓為220V，在變壓器、整流器、穩(wěn)壓管環(huán)節(jié)中可得到5V電流。時間顯示模塊推動I/O端口號加以控制。圖2-3圖2-33.硬件電路設(shè)計通過對比電子手表原理圖和各模塊相對應(yīng)的作用，闡述了模塊電源電路。3.1按鍵電路電源開關(guān)還可以在按中的狀態(tài)下轉(zhuǎn)換多少檔次的狀態(tài)。功能鍵，對應(yīng)的I/O端口號會帶來負單脈沖（低電頻）。穩(wěn)定只能依靠一個核心和釋放出來全過程來達到。這也是多少級別中間不穩(wěn)定狀態(tài)，別名鍵顫動。這是因為按鍵的機械特性，一般在5~10ms中間。極為重要的電源電路如下圖3-1所示。圖3-1P3.0水準比較低時，功能鍵，進到時長調(diào)整情況；這兒強的情況下，終止調(diào)整；P3.1能力不行時，按一個鍵，進到調(diào)整情況；這兒很高時，中斷調(diào)整。3.2時鐘電路時鐘是單片機心臟，單片機中各的功能有序運作也是根據(jù)時鐘的次數(shù)有序運作。因而，時鐘的頻率計會影響到單片機工作速率，時鐘電路的好與壞決定了單片機系統(tǒng)穩(wěn)定性。時鐘電路如下圖3-2所顯示。851單片機的時鐘電路包含內(nèi)部結(jié)構(gòu)時鐘電路外部時鐘電路。圖3-23.3顯示控制電路本設(shè)計方案選用共陽極數(shù)碼管，給對應(yīng)的數(shù)碼管一個低電平，對應(yīng)的數(shù)碼管就會調(diào)亮。根據(jù)系統(tǒng)總線與數(shù)碼管數(shù)字輸入端連接，由單片機設(shè)計控制，由循環(huán)系統(tǒng)掃描儀控制，利用人們視覺上的臨時性作用，做到數(shù)碼管與此同時標注的實際效果。圖3-3表明顯示電源電路。圖3-33.4數(shù)碼管顯示電路碼管低成本，配備靈便，便于相互配合單片機應(yīng)用，在單片機系統(tǒng)軟件中獲得廣泛運用。編碼管由8個發(fā)光二極管構(gòu)成，分成共陽極編碼管和共陰極編碼管。本試驗用了普通陽極數(shù)碼管。LED打開后照亮，各LED與行程安排相匹配。當(dāng)好多個發(fā)光二極管照亮?xí)r，就會產(chǎn)生相對應(yīng)的文本。51單片機I/O端口號相對應(yīng)的管腳連接數(shù)碼管a-g，使低電頻顯示燈亮，上拉電阻電源燈不亮，讓I/O接口導(dǎo)出對應(yīng)的編碼，讓數(shù)碼管導(dǎo)出對應(yīng)的標識符。3.5電源電路設(shè)計電源裝置（變壓器、橋式整流器、電力電容器、控制器）。我們可以根據(jù)變壓器將220V的電壓轉(zhuǎn)換成5V的電壓，通過整流器、過濾、穩(wěn)壓管后，將相對穩(wěn)定的5V電壓導(dǎo)出到開關(guān)電源。3.6時鐘芯片電路模塊為了能讓電子表數(shù)據(jù)信號最準確，利用DS1302時鐘電路造成時鐘信號，根據(jù)單片機設(shè)計與時鐘信號通信，顯現(xiàn)出精確的時長。3.7綜合電路模塊的實現(xiàn)根據(jù)之上對各個控制模塊電源的剖析，大家必須做到以實現(xiàn)電子表的各種作用。綜合性電路原理圖如下所示。綜合電路圖3.8小結(jié)此章對本次定制的硬件電路部分根據(jù)單片機I/O端口號輸出能夠?qū)崿F(xiàn)功能地做出說明。4.系統(tǒng)軟件設(shè)計本設(shè)計方案還可以在51單片機的控制下完成時間和時間的基本要素。該系統(tǒng)主要分源程序和中斷程序兩大類。我們可以通過8051單片機的重要語言表達C語言程序編寫，完成舉報作用。4.1調(diào)時功能請給我備用鑰匙。當(dāng)8051單片機p3.0和p3.1端口號相對應(yīng)的按鍵按下后，即p3.0端口檢測到低電平時，進到時間調(diào)整狀態(tài)，p3.1端口檢測到低電平時，進到時間調(diào)整狀態(tài)。功能鍵環(huán)節(jié)中產(chǎn)生顫動會影響到單片機的錯判，達到時間調(diào)整狀態(tài)。因而，必須提升移動作用。其步驟如下圖4-1所顯示。圖4-14.2顯示功能在這樣一個設(shè)計中我們應(yīng)該顯示數(shù)字的并不是非常復(fù)雜或是許多，因此我們用數(shù)碼管來顯示。該設(shè)計應(yīng)用四個基本陽極氧化數(shù)碼管顯示小時數(shù)和分鐘。第四個用以顯示，后2個用以顯示點。為了維護4個影片管免遭毀壞，在設(shè)備中加了功率電阻作為保護電路。4.3程序設(shè)計完成數(shù)字鐘關(guān)鍵功能的重要流程具體如下：主網(wǎng)址包括AT89C51.h”包括intrins.h”包括##烏查爾無符號標識符的定義#無符號整數(shù)的定義無符號整數(shù)sfrADC_LOW2=0xBE/ADC后二位結(jié)論ADC_POWER0x80/ADC電源控制位定義ADC_FLAG0x10/ADC進行標識的定義ADC_START0x08/ADC逐漸控制位定義定義ADC_SPEEDLL0x00/540時鐘ADC_SPEEDL0x20/360時鐘被定義定義ADC_SPEEDH0x40/180時鐘定義ADC_SPEEDHH0x60/90時鐘sbitds1=p3^4；sbitds2=p3^5；sbitds3=p3^6；sbitds4=p3^7；sbitset=p3^0；sbitjia=p3^1；位標量申明監(jiān)聽dat1[]={0x0.0x9.0xa4.0XB0.0x99.0x92.0x82.0x80.0x90.0xff.0xxc6}；監(jiān)聽dat2[]={0x40.0x79.0x24.0x30.0x19.0x12.0x02.0x78.0x00.0x10.0xff}；有小數(shù)點監(jiān)聽dat3[]={0x40.0x4f，0x24.0x06.0x0b，0x12.0x10.0x47.0x00.0x02.0xff}。有小數(shù)點監(jiān)聽dat4[]={0xc0.0xcf，0xa4.0x86.0x8b，0x92.0x90.0xc7.0x80.0x82.0xff}；/監(jiān)聽表[4]={0}；未簽署inttemp[2]；外部的輸入init_ds1302_io()；外界voidinit_ds1302(；外界void載入時長(:外界voidwrite_time()。外界voidread_nao(；外界intfen外界intshi外界nfen外界聾子/外界內(nèi)部結(jié)構(gòu)ri；/外界內(nèi)部結(jié)構(gòu)月；/外界內(nèi)周；S7-1200可編程控制器{烏恰爾一世；wile(t-))。f5.電路仿真5.1Proteus軟件介紹Proteus不僅有著別的EADapp的模擬仿真功能，還具備模擬仿真單片機設(shè)計以及外場電路元件的功能。是目前比較好的模擬仿真軟件之一。他適用MCU外圍電路的電路原理圖制作、代碼調(diào)試、協(xié)作模擬仿真，還能夠一鍵切換到PCB設(shè)計，完成了從產(chǎn)品概念提案到完善設(shè)計的一站式服務(wù)。Proteus帶來了別的EAD設(shè)計手機軟件功能，包含：電路原理圖制作、PCB全自動布線或手動式布線、SPICE電路設(shè)計等。具備改革的特點：互動式電路仿真和單片機設(shè)計以及外場電路仿真。5.1.1Proteus的功能Proteus有如下四個程序模塊。1）電路原理圖設(shè)計：預(yù)留庫有許多組件。也可以自身制作新組件，利用檢索能夠快速查找所