51单片机时钟.docx

51单片机时钟.docx

《51单片机时钟.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《51单片机时钟.docx（54页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

51单片机时钟

课程设计报

题目：

基于DS1302的数字钟报告

学院：

陕西理工学院

专业：

物电学院

班级：

电信102

姓名：

赵亮张晓武贺兴超

2012年05月11日

多功能数字钟

一、任务

设计制作一个24小时制多功能数字钟。

示意图如下（仅供参考）：

二、要求

1．基本要求

（1）具有时间设置（小时和分钟）、闹钟时间设置、闹钟开、闹钟关功能。

（2）数字显示小时、分钟，有AM、PM指示器，闹钟就绪灯，蜂鸣器。

（3）220V供电。

2．发挥部分

（1）键盘切换现场环境温度显示。

（0～60℃

1℃）

（2）键盘切换电网频率、电压显示。

（3）电压欠压、过压报警（～220V

10％）功能。

（4）非接触止闹功能。

完成部分有

（1）220V供电

（2）具有时间设置（小时和分钟）

（3）数字显示小时、分钟，有AM、PM指示器，闹钟就绪灯，蜂鸣器。

（4）键盘切换现场环境温度显示。

（0～60℃

1℃）

（5）温度过高过低警报

目录

【摘要】…………………………………………………………………………………....5

【关键词】…………………………………………………………………………………..5

第一章、设计要求与方案论证

1.1设计要求……………………………………………………………………………………5

1.2系统基本方案选择和论证…………………………………………………………………5

1.2.1单片机芯片的选择方案和论证………………………………………………………..6

1.2.2显示模块选择方案和论证…………………………………………………………….6

1.2.3时钟芯片的选择方案和论证………………………………………………………….6

1.3电路设计最终方案决定…………………………………………………………………….7

第二章、系统硬件的设计

2.1电路设计框图……………………………………………………………………………….7

2.2系统硬件概述……………………………………………………………………………….7

2.3主要单元电路的设计……………………………………………………………………….7

2.3.1单片机主控制模块的设计……………………………………………………………...7

2.3.2时钟电路DS1302………………………………………………………………………..8

2.3.3显示模块的设计………………………………………………………………………..11

第三章、系统的软件设计

3.1程序流程框图……………………………………………………………………………….20

3.2时间调整程序………………………………………………………………………………...21

3.3液晶初始化程序…………………………………………………………………………..27

第四章、指标测试

4.1测试仪器…………………………………………………………………………………….28

4.2硬件测试……………………………………………………………………………………..28

4.3软件测试……………………………………………………………………………………..28

4.４测试结果分析与结论………………………………………………………………………..28

4.4.1测试结果分析…………………………………………………………………………..28

4.4.2测试结论…………………………………………………………………………………28

作品总结………………………………………………………………………………………….29

致谢词…………………………………………………………………………………………….29

参考文献………………………………………………………………………………………….29

附录一…………………………………………………………………………………………….31

附录二…………………………………………………………………………………………….32

附录三…………………………………………………………………………………………….32

【摘要】随着科技的快速发展，时间的流逝,至从观太阳、摆钟到现在电子钟，人类不断研究，不断创新纪录。

美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟电路DS130２。

它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，而且DS1302的使用寿命长，误差小。

对于数字电子万年历采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、周日、时、分、秒信息，还具有时间校准等功能。

该电路采用STC89C52单片机作为核心，功耗小，能在3V的低压工作，电压可选用3~5V电压供电。

用1602液晶显示，较直观。

综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。

第一章、设计要求与方案论证

1.1　设计要求：

1具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能；

2具备有温度测量

1.2系统基本方案选择和论证

1.2.1单片机芯片的选择方案和论证：

方案一:

采用89C51芯片作为硬件核心，采用FlashROM，内部具有4KBROM存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术,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，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。

方案二:

采用STC89C52,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，对所下载的程序能够加密，比较安全。

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STC89C52作为主控制系统.

1.2.2显示模块选择方案和论证：

方案一：

采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以不用此种作为显示.

方案二：

采用LED数码管动态扫描,虽然LED数码管价格适中,但要显示多个数字所需要的个数偏多，功耗较大，所以也不用此种作为显示。

方案三：

采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,与普通数码管相比功耗较小，硬件连接简单。

所以显示部分采用1602液晶。

1.2.3时钟芯片的选择方案和论证：

方案一：

直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。

采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。

所以不采用此方案。

方案二：

采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,位的RAM做为数据暂存区，工作电压2.5V～5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA.

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STC89C52作为主控制系统;DS1302提供时钟;1602液晶作为显示。

第二章、系统的硬件设计与实现

2.1电路设计框图

2.2系统硬件概述

本电路是由STC89C52单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3V超低压工作；时钟电路由DS1302提供，它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。

采用三线接口与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。

可产生年、月、日、周日、时、分、秒，具有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能,本电路采用DS1302单字节传送方式实现与主控机之间数据的传送；显示部份由1602构成。

2.3主要单元电路的设计

2.3.1单片机主控制模块的设计

STC89C52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3,MCS-51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一条I/O线都能独立地作输出或输入。

2.3.2时钟电路DS1302

1.DS1302的性能特性

图-2示出DS1302的引脚排列，其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。

在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。

DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。

当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。

当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。

X1和X2是振荡源，外接32.７６８KHz晶振。

RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。

RST输入有两种功能：

首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。

当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。

如果在传送过程中RSTS置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。

上电动行时，在Vcc大于等于2.5V之前，RST必须保持低电平。

中有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平，I/O为串行数据输入端（双向）。

SCLK始终是输入端。

图-2DS1302的引脚图

2.DS1302数据操作原理

（1）时钟芯片DS1302的工作原理：

DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把SCLK端置“0”，接着把RST端置“1”，最后才给予SCLK脉冲；读/写时序如下图3所示。

表1为DS1302的控制字，此控制字的位7必须置1，若为0则不能把对DS1302进行读写数据。

对于位6，若对程序进行读/写时RAM=1，对时间进行读/写时，CK=0。

位1至位5指操作单元的地址。

位0是读/写操作位，进行读操作时，该位为1；该位为0则表示进行的是写操作。

控制字节总是从最低位开始输入/输出的。

表6为DS1302的日历、时间寄存器内容：

“CH”是时钟暂停标志位，当该位为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位为0时，时钟开始运行。

“WP”是写保护位，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP必须为0。

当“WP”为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。

（2）DS1302的控制字节

DS1302的控制字如表-1所示。

控制字节的高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出

RAMRD

1A4A3A2A1A0

/CK/WR

表-1DS1302的控制字格式

（3）数据输入输出（I/O）

在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。

同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。

如下图-3所示

图-3DS1302单字节读/写时序图

（4）DS1302的寄存器

DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表-2。

表-2DS1302的日历、时间寄存器

此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。

时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。

DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：

一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。

2.3.3显示模块的设计

1.1602介绍

字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。

下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。

一般1602字符型液晶显示器实物如图-4：

图-41602字符型液晶显示器实物图

2.1602LCD的基本参数及引脚功能

1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图-5所示：

图-51602LCD尺寸图

1602LCD主要技术参数：

显示容量:

16×2个字符

芯片工作电压:

4.5—5.5V

工作电流:

2.0mA（5.0V）

模块最佳工作电压:

5.0V

字符尺寸:

2.95×4.35（W×H）mm

引脚功能说明

1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表-3所示:

编号

符号

引脚说明

编号

符号

引脚说明

1

VSS

电源地

9

D2

数据

2

VDD

电源正极

10

D3

数据

3

VL

液晶显示偏压

11

D4

数据

4

RS

数据/命令选择

12

D5

数据

5

R/W

读/写选择

13

D6

数据

6

E

使能信号

14

D7

数据

7

D0

数据

15

BLA

背光源正极

8

D1

数据

16

BLK

背光源负极

表-3：

引脚接口说明表

第1脚：

VSS为地电源。

第2脚：

VDD接5V正电源。

第3脚：

VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚：

RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：

R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电

平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚：

E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7～14脚：

D0～D7为8位双向数据线。

第15脚：

背光源正极。

第16脚：

背光源负极。

3.1602LCD的指令说明及时序

1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表-4所示：

序号

指令

RS

R/W

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

1

清显示

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

2

光标返回

0

0

0

0

0

0

0

0

1

*

3

置输入模式

0

0

0

0

0

0

0

1

I/D

S

4

显示开/关控制

0

0

0

0

0

0

1

D

C

B

5

光标或字符移位

0

0

0

0

0

1

S/C

R/L

*

*

6

置功能

0

0

0

0

1

DL

N

F

*

*

7

置字符发生存贮器地址

0

0

0

1

字符发生存贮器地址

8

置数据存贮器地址

0

0

1

显示数据存贮器地址

9

读忙标志或地址

0

1

BF

计数器地址

10

写数到CGRAM或DDRAM）

1

0

要写的数据内容

11

从CGRAM或DDRAM读数

1

1

读出的数据内容

表-4：

控制命令表

1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。

（说

明：

1为高电平、0为低电平）

指令1：

清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。

指令2：

光标复位，光标返回到地址00H。

指令3：

光标和显示模式设置I/D：

光标移动方向，高电平右移，低电平左移屏幕上所有文字是否左移或者右移。

高电平表示有效，低电平则无效。

指令4：

显示开关控制。

D：

控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：

控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：

控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。

指令5：

光标或显示移位S/C：

高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。

指令6：

功能设置命令DL：

高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：

低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:

低电平时显示5x7的点阵字符，高电

平时显示5x10的点阵字符。

指令7：

字符发生器RAM地址设置。

指令8：

DDRAM地址设置。

指令9：

读忙信号和光标地址BF：

为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接

收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。

指令10：

写数据。

指令11：

读数据。

与HD44780相兼容的芯片时序表如下：

读状态

输入

RS=L，R/W=H，E=H

输出

D0—D7=状态字

写指令

输入

RS=L，R/W=L，D0—D7=指令码，E=高脉冲

输出

无

读数据

输入

RS=H，R/W=H，E=H

输出

D0—D7=数据

写数据

输入

RS=H，R/W=L，D0—D7=数据，E=高脉冲

输出

无

表-5：

基本操作时序表

读写操作时序如图-6和图-7所示：

图-6读操作时序

图-7写操作时序

4.1602LCD的RAM地址映射及标准字库表

液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。

要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图-8是1602的内部显示地址。

图-81602LCD内部显示地址

例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？

这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7

恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B（80H）=11000000B（C0H）。

在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。

每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。

1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图10-58所示，这些字符有：

阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显

示出来，我们就能看到字母“A”

图-9字符代码与图形对应图

5.1602LCD的一般初始化（复位）过程

延时15mS

写指令38H（不检测忙信号）

延时5mS

写指令38H（不检测忙信号）

延时5mS

写指令38H（不检测忙信号）

以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号

写指令38H：

显示模式设置

写指令08H：

显示关闭

写指令01H：

显示清屏

写指令06H：

显示光标移动设置

写指令0CH：

显示开及光标设置

 硬件图：

图-10LCD液晶驱动电路

第三章、系统的软件设计

3.1主程序流程图

图-A主程序流程图

主程序：

voidmain（）

{

init（）;

write_setds（0x80,0x50）;

write_setds（0x82,0x59）;

write_setds（0x84,0x10）;

write_setds（0x86,0x17）;

write_setds（0x88,0x03）;

write_setds（0x8a,0x03）;

write_setds（0x8c,0x10）;

write_setds（0x90,0xa4）;

while

（1）

{

keyscan（）;

}

display（）;

}

3.2按键扫描子程序

调整时间用3个调整按钮，1个作为移位、控制用，另外2个分别作为加调整和减调整用。

在调整时间过程中，要调整的位与其他位应该有区别，所以增加了闪烁功能，即调整的位一直在闪烁，直到调整下一位示值给该位。

时间调整程序流程图如图-B所示。

。

1、DS1302引脚排列:

如下图

引脚说明：

1）Vcc1：

后备电源，VCC2：

主电源。

在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。

DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。

当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电。

当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。

2）X1、X2：

振荡源，外接32.768kHz晶振。

3）RST：

复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。

RST输入有两种功能：

首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。

当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。

如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。

上电运行时，在Vcc>2.0V之前，RST必须保持低电平。

只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。

4）I/O为串行数据输入输出端（双向）。

5）SCLK为时钟输入端。

2、 DS1302的控制字节

　　DS1302的控制字如下图所示。

控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。

 3、数据输入输出（I/O）

　　在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。

同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。

DS1302的寄存器

　　DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见数据手册。

此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。

时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。

DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：

一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H