基于单片机的数字电子钟设计

单片微机原理与应用课程设计题目数字电子钟系(部)机电工程系班级姓名学号指导教师2014年2月24日至3月7日共2周2014年3月7日目录1摘要.........................................................................................................................................I2硬件选择与电路设计............................................................................................................22.1系统构成原理图...........................................................................................................22.2单片机的选择...............................................................................................................22.2.1单片机复位电路及晶振电路.............................................................................32.3时钟芯片DS1302.........................................................................................................42.3.1DS1302引脚说明...............................................................................................42.3.2DS1302电路设计与分析...................................................................................52.4显示电路及驱动...........................................................................................................63软件设计与仿真调试............................................................................................................83.1程序编写与调试...........................................................................................................83.2仿真电路调试..............................................................................................................94总结与体会...........................................................................................................................11参考文献..................................................................................................................................12附录一源程序........................................................................................................................13附录二仿真结果图................................................................................................................2211摘要时钟是现代社会应用广泛的计时工具,在航天、电子等科研单位,工厂、医院、学校等企事业单位,各种体育赛事及至我们每个人的日常生活中都发挥着重要的作用。现今,高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子钟,石英表,石英钟都采用了石英技术,因此走时精度高,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,用LED显示器代替指针显示,减小了计时误差。电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时间精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。当今市场上的电子时钟品类繁多，外形小巧别致。也有体型较大的，诸如公共场所的大型电子报时器等。电子时钟首先是数字化了的时间显示或报时器，在此基础上，人们可以根据不同场合的要求，在时钟上加置其他功能，比如定时闹铃，万年历，环境温度、湿度检测，环境空气质量检测，USB扩展口功能等。22硬件选择与电路设计2.1系统构成及原理图整体电路由单片机、时钟芯片DS1302、复位电路、晶振电路、数码管驱动电路（74LS373）、显示电路（6位共阳数码管）构成。该硬件电路设计简单，抗干扰能力强。数字电子钟系统原理图如图2.1。图2.1数字电子钟原理图2.2单片机的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。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3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引脚图如图2.2。图2.2AT89C52芯片2.2.1单片机复位电路及晶振电路时钟电路采用内部振荡方式，在引脚XTAL1和XYAL2外接晶体振荡器，频率12MHZ。电容C1、C2起稳定振荡频率，快速起振的作用，值为30PF。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路中使用较多。复位电路及晶振电路如图2.3。4图2.3单片机复位电路及振荡电路2.3时钟芯片DS1302DDS1302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。2.3.1DS1302引脚说明DS1302引脚图如图2.4。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:9-Jun-2008SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\常亮毕业设计\电路图\多功能电子时钟毕业设计电路图.ddbDrawnBy:VCC11X12X23GND4VCC28SCLK7I/O6RST5DS1302图2.4DS1302芯片引脚图DS1302的引脚功能参照表2-1。5表2-1DS1302引脚功能说明2.3.2DS1302电路设计与分析时钟芯片电路连接图如图2.5。图2.5DS1302连接电路该系统使用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。AT89C52单片机P1.1直接接DS1302的RST端，上电后，AT89C52的P1.1脚自动输出高电平。P1.2作为串行时钟接口，P1.3作为时钟数据的I/O。DS1302采用双电源供电，平时由+5V电源供电，当+5V掉电之后，由图中+3V备用电池供电，可以保持DS1302继续工作。当+5V电源恢复供电时，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。引脚号名称功能1VCC1备份电源输入2X132.768KHz晶振输入3X232.768KHz晶振输出4GND地5RST控制移位寄存器/复位6I/O数据输入/输出7SCLK串行时钟8VCC2主电源输入6特别需要注意X1和X2两端连接的晶振，该晶振频率为32.768KHz。同时有五个按键来完成时钟/秒表的切换、时间校对以及省电模式的开启/关闭。按钮连接图如图2.6。图2.6按键连接及功能说明2.4显示电路及驱动采用六位共阳数码管作为显示器，分别显示时、分、秒。数码管的接口有静态接口和动态接口两种。静态接口为固定显示方式，无闪烁，其电路可采用一个并行口接一个数码管，数码管的公共端按共阳或共阴分别接地或VCC。但这种接法占用接口多。动态接口采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示的频率较高时利用人眼的暂留特性，好像数码管在同时显示而看不出轮流显示的现象，用两个两个接口分别完成字选和位选。这里采用了动态显示的方法来实现LED显示器P0口接七段数码管的段选,由于此处数码管为共阳数码管,因此要发光的选段对应的端口清零,其他端口置1;P2口接七段数码管的位选,由于此处数码管为共阳数码管,因此位选到的数码管公共端置1,其他数码管公共端清零。用74LS373接成直通的方式作为驱动电路