基于51单片机的数字时钟设计报告文档格式.docx
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电气与控制工程学院
专业班级:
自动化
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附录一系统总体原理图20
附录三元件清单22
摘要本文叙述了数字时钟的整个设计过程,包括硬件设计和软件设计,并重点讨论了模块软件设计和编程思想,并在本文末尾进行了讨论和总结,提出了改进的方面和改进的方法。
主要介绍了以AT89C52单片机为核心,控制实时时钟芯片DS1302,数字温度芯片DS18B20和液晶显示模块LCD1602,实现时间和星期的显示与调整,温度显示。
整个系统的软件设计在Keil环境下以C语言实现.完成的电子钟具有走时准确;
掉电长时间后时间不需重新设置;
功耗低,操作界面友好,操作简便;
最大的特点是具有人性化的设计。
关键字数字时钟硬件设计软件设计AT89C52单片机人性化
AbstractThisarticlenarratedelectronclock'
sentiredesignprocess,includingthehardwaredesignandthesoftwaredesign,anddiscussedthemodulesoftwaredesignandtheprogrammingthoughtwithemphasis,andhascarriedonthediscussionandthesummaryendofthisarticle,proposedtheimprovementaspectandtheimprovementmethod.ThispapermainlyintroducesthehardwareandsoftwaredesignofdigitalelectronicclockwhichismadeupoftheAT89S52MCU,DS1302clockchip,DS18B20TempraturechipandLCD1602module.Itcanaccuratelypresentandadjusttheinformationofthetimeandtemprature.Completestheelectronclockhasisinluckaccurately;
Afterpowerfailurethelongtime,thetimecannotthereset;
Thepowerlossislow,theoperationcontactsurfaceisfriendly,theoperationissimple;
Themostmajorcharacteristichastheuser-friendlydesign.
KeywordDigitalclockHardwaredesignSoftwaredesignAT89C52MCUUser-friendly
1.系统方案设计
1.1系统总体方案设计
本课设题目要求为:
1.具有年、月、日、时、分、秒、星期、温度显示功能;
2.具备年、月、日、时、分、秒、星期较准功能;
3.具备测量环境温度功能。
本方案采用单片机AT89C52作为控制单元,与数字温度芯片DS18B20接口获取温度数据,与实时时钟芯片DS1302接口获取时间/日历数据,通过与液晶模块LCD1602接口显示温度、时间和日历,调整时间按键采用简单的单个I/O口键盘,蜂鸣器发声。
系统整体方案图如下:
1.2主要模块方案选择和论证
1.2.1单片机的选择
单片机有多种方案的选择,如Philips、Winbond、Intel、Siemens、或者STC等,但51单片机价格便宜,使用方便,操作简单。
针对题目的要求,89C52八位单片机已足够胜任,采用AT89S52,片内ROM全都采用FlashROM;
能以3V的超底压工作;
同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KBROM存储空间,同样具有89C51的功能,且具有在线编程可擦除技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,不需要对芯片多次拔插,所以不会对芯片造成损坏。
所以选择采用AT89S52作为主控制系统.故本设计采用89C52做处理器控制模块。
1.2.2时间生成模块的选择
时间生成可采用52单片的定时中断实现,它的优点:
软硬件简单,操作简便,缺点:
精确度低,掉电不保存。
于是选择常用的时钟芯片DS1302来实现时间的生成。
DS1302是低功耗实时时钟芯片,附加31字节静态RAM,采用SPI三线接口与MCU进行同步通信,可提供秒,分,时,日,星期,月,年,采用双电源供电(主电源和备用电源),工作电压宽(2.5V~5.5V),不仅时间精确,还可以掉电保存时间日期,静态RAM可用来保存重要数据、标记。
1.2.3显示模块的选择
显示模块是显示时间等信息和人机交流的设备,好的人机操作界面应该是友好的,显示的信息足够丰富。
显示模块可用8位数码管显示,但是数码管显示信息量少,显示不友好,硬件相对复杂,在软件设计中不断扫描显示,占用CPU时间,效率低。
液晶显示屏(LCD)具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险,平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势,可视面积大,画面效果好,分辨率高,抗干扰能力强等特点。
因此本方案选用LCD1602液晶显示模块。
LCD1602液晶显示模块可显示16x2个字符,显示信息丰富,界面友好,硬件接口简单,驱动程序简单,是理想的显示器件。
1.2.4温度模块的选择
作为一个完整的数字时钟,温度的显示是必要的。
早期的模拟温度传感器外形复杂,如热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件.热敏电阻由半导体陶瓷材料组成,利用的原理是温度引起电阻变化.通过一定的电路可以将周围环境的温度变化转化成电压的变化,通过AD转化器件将信号传输给单片机进行分析,从而测出当前环境温度,但误差大,不稳定,对环境要求较高。
而由美国DALLAS半导体公司推出的数字化温度传感器DS18B20采用单总线协议,即与单片机接口仅需占用一个I/O端口,无需任何外部元件直接将环境温度转化成数字信号,以数字码方式串行输出,大大地简化了传感器与单片机的接口。
1.2.5按键的设计
由于电子钟功能的设置简单,只需4个按钮,故不采用矩阵键盘,而是采用简单的单个I/O口键盘,每个按钮占用一个I/O口,程序简单,并用蜂鸣器发声,硬件连接也很简单。
1.3电路设计最终方案决定
综上各方案所述,对此次作品的方案选定:
采用AT89C52单片机作为主控制系统;
采用DS1302作为时钟芯片;
采用1602LCD液晶作为显示器件,温度数据由单片机从数字温度芯片DS18B20获取,用四个独立按键来实现时间和日期的调整。
2.硬件电路的设计
硬件电路设计是该系统设计的第一步。
主控芯片采用美国ATMEL公司的AT89C52系列单片机,时钟芯片为DS1302,温度数据由单片机从数字温度芯片DS18B20获取,显示器件采用1602液晶显示模块。
在1602液晶模块的第一行显示年、月、日,星期。
第二行显示时、分、秒,温度。
通过对液晶模块的地址设置使数字显示在屏幕的正中央已达到美观的效果。
四个按键S1、S2、S3、S4分别与单片机的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7四个I/O口线相连,S1为加1键,S2为减1键,S3为系统设置键,S4为确定键。
当第一次上电时,系统日期初始化为“2000-01-01”,时间初始化为“00:
00:
00”。
通过S1、S2、S3、S4可以设置成当前时间,当时间设置完成后,系统可进入正常走时状态。
在正常走时状态下,随时可以通过S1、S2、S3、S4四个按键调整时间和日期。
2.1单片机系统电路的设计
2.1.1AT89C52的介绍
AT89C52是51系列单片机的一个型号,它是ATMEL公司生产的。
AT89C52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
AT89C52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线,AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。
(1)兼容MCS51指令系统,8k可反复擦写(>
1000次)FlashROM;
(2)32个双向I/O口,256*8bit内部RAM;
(3)3个16位可编程定时/计数器中断,时钟频率0-24MHz;
(4)2个串行中断,可编程UART串行通道;
(5)2个外部中断源,共8个中断源;
(6)2个读写中断口线,3级加密位;
(7)低功耗空闲和掉电模式,软件设置睡眠和唤醒功能。
2.1.2功能概述
AT89C52为40脚双列直插封装的8位通用微处理器,采用工业标准的C51内核,在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同,其主要用于会聚调整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化,会聚调整控制,会聚测试图控制,红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
如图,系统主控电路设计如下:
图2主控电路模块
2.2时钟芯片和按键电路的设计
2.2.1DS1302的简介
DS1302芯片是美国DALLAS公司推出的低功耗实时时钟芯片,它工作电压为2.5V~5.5V,采用串行通信方式,只需3条线便可以和单片机进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。
DS1302内部有一个31×
8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。
可增加系统的RAM。
DS1302的时钟校准比较容易,若采用专用的晶体振荡器,几乎无须调整即可以达到国家要求的时钟误差标准。
DS1302是DS1202的升级产品,与DS1202兼容,但增加了主电源/后背电源双电源引脚,同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力,这样避免了由于突然停电而造成时钟停止,因此它非常适合于长时间无人职守的监测控制系统或需经常记录某些具有特殊意义的数据及对应时间的场合。
DS1302提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整,并可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。
(1)内部结构及引脚功能
DS1302内部主要包括实时时钟(realtimeclock)、输入移位寄存器(inputshiftregisters)、31字节静态RAM、电源控制部分(powercontrol)、命令控制逻辑(commandandcontrollogic)、振荡器和分频器(oscillatoranddivider)等部分。
DS1302具有8脚DIP引脚排列如图3所示:
图3DS1302引脚排列
Vcc1:
后备电源,在主电源关闭的情况下,也能保持时钟的连续运行;
当Vcc2大于
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