基于51单片机的电子时钟设计

--I--设计题目：基于51单片机的电子时钟设计摘要单片机,是集CPU,RAM,ROM,定时器，计数器和多种接口于一体的微控制器。自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注。它体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易，广泛应用于智能生产和工业自动化上。本系统为基于DS12C887的多功能电子钟，以STC89C51单片机作为主控芯，采用实时时钟芯片DS12C887，使用1602液晶作为显示输出。该系统走时精确，具有闹钟设置，时间模式切换，秒表以及可同时显示时间、日期等多种功能。本文将详细介绍STC89C51单片机和DS12C887时钟芯片的基本原理，从软件和硬件电路的实现两大方面进行分析【关键词】STC89C51单片机液晶屏时钟芯片蜂鸣器目录--II--前言.................................................................1一、方案选型：.........................................................2二、系统硬件设计.......................................................32.151单片机最小系统设计...........................................32.2电源供电电路设计................................................32.3串口通信电路设计................................................42.4时钟芯片电路设计................................................42.5LCD显示电路设计.................................................62.6报警电路设计....................................................62.7键控电路设计....................................................6三、系统软件设计.......................................................73.1系统程序流程图设计..............................................73.2系统程序设计（见附录）........................................9四、总结...............................................................94.1作品功能、特色..................................................94.2综合设计的体会..................................................9参考文献..............................................................11附录..................................................................12--1--前言随着科学技术的不断发展,人们对时间计量的要求越来越高。在当今社会，电子时钟已经得到相当广泛的应用，产品多样，发展更是多元化。本作品是以STC89C51单片机作为主控芯片，使用12MHZ的晶振，使用专用时钟日历芯片DS12C887产生时间信息，时间精确。软件部分以C语言为主体，用1602LCD液晶屏显示输出信息，输出信息量多，更直观、人性化。该时钟可实现人机交互，可通过提供的键盘对其进行调整。系统具有以下功能:年、月、日、时、分、秒显示；12小时/24小时模式切换，在12小时模式中，用AM和PM区分上午和下午；秒表功能；整点闹铃和报时功能，且闹钟可设置多组。本次设计的电子时钟系统由单片机最小系统，1602LCD液晶屏,时钟芯片,调整按键，蜂鸣器，电源五大部分组成。--2--一、方案选型：我们在设计电子时钟时遇到了芯片选型的问题，以下是三个设计方案：方案一：DS1302+数码管DS1302的使用非常方便，而且价格便宜而数码管显示的也很清楚，特别是显示时间很直观。但在制作过程中我们发现了这方案的一些问题。DS1302是不自带电池，虽然可以通过外接纽扣电池来达到断电走时继续的目的，但在实际调试中会发现这是比较困难的。因为DS1302上电需要复位，而复位就会把正确的走时清零。如果不复位，DS1302会出现各种各样的问题，如不走时、读出乱码等。要解决这个问题需要增加如2402等存储器，上电后先存储时间值，再复位。这么做无疑增加了电路设计和软件设计的复杂度。而使用数码管显示，虽然价格也便宜，显示效果好，但多位的数码管在动态扫描的时候会出现闪烁。如果少用几位，用切换的方法查看日期，时间等信息又显得麻烦。方案二：DS12C887+1602LCD液晶屏DS12C887时钟芯片功能丰富价格适中，能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒以及时间模式转换等的时间信息，芯片内部增加了世纪存储器，从而利用硬件电路解决了“千年”的问题。DS12C887时钟芯片中还自带有锂电池，单片机掉电后时钟芯片内部的时间信息可以保持十年之久。1602LCD液晶屏可以输出2行，每行显示16个字符。虽然1602LCD液晶屏较昂贵，但是该液晶屏显示清晰且不会闪烁，由于液晶屏是数字式的，因此和单片机系统的接口简单，操作方便。1602LCD液晶屏的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多，功耗较低。以上两种元件的程序编写简单，适用于多方面的应用。方案三：SD2068+1602LCD液晶屏SD2068实时时钟芯片功能更加丰富，它除了具备有DS12C887时钟芯片的功能，另外还内置时钟精度数字调整功能，可以在很宽的范围内校正时钟的偏差；内置上电复位电路及指示位；内置电源稳压,内部计时电压可低至1.5V。该芯片为工业级产品，是在选用实时时钟IC时的理想选择。但是该芯片是一款新型的芯片，使用并不广泛，操作不方便，可能会出现芯片不稳定等的因素。因此由以上三种方案进行比较，我们选择方案二来设计电子时钟。以STC89C51--3--为主控芯片，DS12C887为时钟芯片，1602LCD液晶屏作为显示器。程序控制DS12C887时钟芯片实现小时,分,秒和年,月,日的计时，并在1602LCD液晶屏上显示出来。通过按键对12小时/24小时显示模式切换。当时间走到程序所设定的时间时，蜂鸣器响起，起到闹铃功能。当要显示秒表计时时，可以通过按键切换来实现。二、系统硬件设计2.151单片机最小系统设计单片机最小系统如下图1-1所示：图1-1以STC89C51单片机为核心，选用12MHZ的晶振，由于晶振的频率越高，单片机的运行速度就越快，但考虑到单片机的运行速度快会导致对存储器的要求就会变高，因此12MHZ晶振为最佳选择。外接电容的值虽然没有严格的要求，但是外接电容的大小会影响振荡器的频率高低、振荡器的稳定性和起振的快速性，因此我们选用30pF的电容作为起振电容。复位电路为按键高电平复位，当按键按下，RES端为高电平，当高电平持续4us的时间就可以使单片机复位。2.2电源供电电路设计电源供电电路如下图1-2所示：--4--图1-2我们采用外接USB端口的方式为单片机供电，LPOW1为电源显示灯，当按键S5按下，显示灯亮，表示给单片机供+5V电压。2.3串口通信电路设计串口通信电路如下图1-3所示：图1-3串口通信电路图图中通过MAX232进行TTL电平和232电平转换，从而单片机和上位机之间通信提供通道。通信电路的目的就是让通信双发的电平匹配，单片机用的是TTL电平，上位机的串口用的是232电平。TTL电平的逻辑1的电压范围是+3.3V到+5V，逻辑0的电压范围是0到+3.3V；232电平的逻辑1的电压范围是-15V到-5V,逻辑0的电压范围是+5V到+15V。因此设计串口通信电路就是让这两种电平统一。2.4时钟芯片电路设计时钟芯片电路如下图1-4所示：--5--图1-4我们采用DS12C887时钟芯片定时及计时功能，DS12C887时钟芯片共需要13条信号线。GND、VCC：直流电源，其中VCC接+5V输入，GND接地，当VCC输入为+5V时，用户可以访问DS12C887内RAM中的数据，并可对其进行读、写操作；当VCC的输入小于+4.25V时，禁止用户对内部RAM进行读、写操作，此时用户不能正确获取芯片内的时间信息；当VCC的输入小于+3V时，DS12C887会自动将电源发换到内部自带的锂电池上，以保证内部的电路能够正常工作MOT：模式选择脚。SQW：方波输出脚，当供电电压VCC大于4.25V时，SQW脚可进行方波输出。AD0～AD7：复用地址数据总线，该总线采用分时复用技术，在总线周期的前半部分，出现在AD0～AD7上的是地址信息，可用以选通DS12C887内的RAM，总线周期的后半部分出现在AD0～AD7上的数据信息AS：地址选通输入脚。DS/RD：数据选择或读输入脚，该引脚有两种工作模式，当MOT接VCC时，选用Motorola工作模式，在这种工作模式中，每个总线周期的后一部分的DS为高电平。在读操作中，DS的上升沿使DS12C887将内部数据送往总线AD0～AD7上，以供外部读取在写操作中，DS的下降沿将使总线AD0～AD7上的数据锁存在DS12C887中。当MOT接GND时，选用Intel工作模式，在该模式中，该引脚是读允许输入脚R/W：读/写输入端，该管脚也有2种工作模式，当MOT接VCC时，R/W工作在Motorola模式CS：片选输入，低电平有效IRQ：中断请求输入，低电平有效，该脚有效对DS12C887内的时钟、日历和RAM中的内容没有任何影响，仅内部的控制寄存器有影响，在典型的应用中，RESET可以直接接VCC，这样可以保证DS12C887在掉电时，其内部控制寄存器不受影响--6--2.5LCD显示电路设计1602LCD液晶屏显示电路如下图1-5所示：图1-51602LCD液晶屏为5V电压驱动，带背光，可显示两行，每行16个字符，不能显示汉字。液晶1，2端为电源；15，16为背光电源；为防止直接加5V而烧坏背光灯，在15脚串联一个1k电阻用于限流。液晶3端为液晶对比度调节端，通过一个10k的变位器来调节液晶显示对比度。液晶4端为向液晶控制器写数据/写命令选择端，接单片机的P3.5口。液晶5端为读/写选择端，因为我们不从液晶中读取数据，只向其写入命令和显示数据，因此此端始终选择为写状态，即低电平接地。液晶6端为使能信号，是操作时必须的信号，接单片机的P3.4口。2.6报警电路设计蜂鸣器闹铃电路如下图1-6所示图1-6蜂鸣器电路接在单片机的P2.3引脚上，当给该引脚一个低电平，三极管导通，蜂鸣器发出声音作为闹铃。2.7键控电路设计按键调整电路如下图1-7所示：--7--图1-7四个独立键盘均采用查询方式，我们将按键的一端接地，另一端各接一根输入线直接与STC89C51的I/O口相连，当按键闭合时，相当于该I/O口通过按键与地相连，变成低电平，单片机通过检测I/O口的电平状态，即可以识别出按下的键。通过四个按键实现各方式的切换，S2用于12小时/24小时的模式切换,S3用于秒表功能与时钟功能间的切换，S4用于实现参数设置和调节功能。三、系统软件设计3.1系统程序流程图设计流程图1：实验主程序流程图--8--流程图2：定时中断程序流程图流程图3：调时功能流程图--9--3.2系统程序设计（见附录）四、总结