基于51系列单片机及DS1302时钟芯片的电子时钟-C语言-Proteus仿真-报告

陕西理工学院课设报告1实时时钟DS1302应用设计高也（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业,2011级3班，陕西汉中723000）指导教师：王文洋[摘要]本设计主要为实现一款可正常显示时钟/日历、带有定时闹铃的多功能电子时钟。本文对当前电子钟开发手段进行了比较和分析，最终确定了采用单片机技术实现多功能电子时钟。本设计应用AT89C52芯片作为核心，LM016L液晶屏显示，使用DS1302实时时钟日历芯片完成时钟/日历的基本功能。这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，时间精确，操作简单，编程容易。[关键词]AT89C52；DS1302；LM016L陕西理工学院课设报告2目录1、基于单片机的电子时钟硬件选择分析...............................................................................31.1主要IC芯片选择........................................................................................................31.1.1微处理器选择..................................................................................................31.1.2DS1302简介....................................................................................................42、电子时钟硬件电路设计.......................................................................................................52.1.主控部分(单片机MCS-51)........................................................................................52.2时钟电路设计.............................................................................................................62.3整点报时功能.............................................................................................................62.4LED显示电路.............................................................................................................73、proteus软件仿真及调试..................................................................................................103.1电路板的仿真...........................................................................................................103.2软件调试...................................................................................................................114、硬件调试与功能说明.........................................................................................................124.1硬盘调试..................................................................................................................124.2系统性能测试与功能说明.......................................................................................124.3系统时钟误差分析...................................................................................................125、课设心得............................................................................................................................13参考文献..................................................................................................................................14附录A硬件电路原理图..........................................................................................................15附录B源程序..........................................................................................................................16附录C元器件清单.................................................................................................................26陕西理工学院课设报告31、基于单片机的电子时钟硬件选择分析考虑单片机货源充足、价格低廉，可软硬件结合使用，能够较方便的实现系统的多功能性，故采用单片机作为本设计的硬件基础。1.1主要IC芯片选择1.1.1微处理器选择目前在单片机系统中，应用比较广泛的微处理器芯片主要为8XC5X系列单片机。该系列单片机均采用标准MCS-52内核，硬件资源相互兼容，品类齐全，功能完善，性能稳定，体积小，价格低廉，货源充足，调试和编程方便，所以应用极为广泛。例如比较常用的AT89C2052单片机，带有2KBFlash可编程、可擦除只读存储器（E2PROM）的低压、高性能8位CMOS微型计算机。拥有15条可编程I/O引脚，2个16位定时器/计数器，6个中断源，可编程串行UART通道，并能直接驱动LED输出[1]。仅仅是为了完成时钟设计或者是环境温度采集设计，应用AT89C2052单片机完全可以实现。但是将两种功能结合在一片单片机上，就需要更多的I/O引脚，故本设计采用具有32根I/O引脚的AT89C52单片机。AT89C52单片机是一款低功耗，低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB（可经受1000次擦写周期）的FLASH可编程可反复擦写的只读程序存储器（EPROM），器件采用CMOS工艺和ATMEI公司的高密度、非易失性存储器（NURAM）技术制造，其输出引脚和指令系统都与MCS-52兼容。片内的FLASH存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此，AT89C52是一种功能强，灵活性高且价格合理的单片机，可方便的应用在各个控制领域。AT89C52具有以下主要性能：1.4KB可改编程序Flash存储器；2.全静态工作：0——24Hz；3.128×8字节内部RAM；4.32个外部双向输入/输出（I/O）口；5.6个中断优先级；2个16位可编程定时计数器；6.可编程串行通道；7.片内时钟振荡器。此外，AT89C52是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式——空闲方式（IdleMode）和掉电方式（PowerDownMode）。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。AT89C51为适应不同的产品需求，采用PDIP、TQFP、PLCC三种封装形式，本系统采用双列直插陕西理工学院课设报告4PDIP封装形式。1.1.2DS1302简介DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟日历芯片，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，一个月小于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，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。有主电源和备份电源双引脚，而且备份电源可由大容量电容（＞1F）来替代。需要强调的是，DS1302需要使用32.768KHz的晶振[2]。陕西理工学院课设报告52、电子时钟硬件电路设计电子闹钟至少要包括秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电源、闹铃指示电路等几部分。硬件电路框图参照图2.3。该系统使用AT89C52单片机作为核心，通过读取时钟日历芯片DS1302数据，完成此电子时钟的主要功能——时钟。使用LM016L液晶屏显示年、月、日、时、分、秒。图2.1多功能电子时钟硬件系统框图键盘是为了完成时钟/日历的校对和日历/温度的显示功能。由于此电子时钟要求具有闹铃功能，所以设计有闹铃电路，进行声音响铃。整个电路使用了两种电源，+5V电源将为整个电路供电。而+3V电源仅作为DS1302的备用电源。当+5V电源被切断后，DS1302启用+3V电源，可以保持DS1302继续工作。当+5V电源恢复供电，LED依旧显示当前时间，而不会因为断电使系统复位到初始化时间，避免了重新校时的麻烦。2.1.主控部分(单片机MCS-52)MCS-52单片机作为主控芯片，控制整个电路的运行。其外围电路主要有两部分：复位电路和晶体振荡器。复位电路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。该设计采用含有二极管的复位电路，复位电路可以有效的解决电源毛刺和电源缓慢下降（电池电压不足）等引起的问题，在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。AT89C52蜂鸣器闹铃键盘显示模块DS1302时钟模块陕西理工学院课设报告6晶体振荡电路：MCS-52单片机中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为该反向放大器的输入端和输出端。这个反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率