基于单片机的电子时钟和显示屏的设计.docx

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基于单片机的电子时钟和显示屏的设计

1方案设计

1.1单片机电子时钟的背景

随着电子技术和计算机技术的迅速发展，单片机已经在工业过程控制、智能仪表、计算机集成控制、人工智能、通信设备的智能化以及家电的智能化等方面得到广泛的应用。

以单片机和微控制器为核心仍然是当今实现智能化技术的主流。

随着单片机技术广泛地应用与人们生活的各个方面，一些人们经常使用的产品大多数是基于单片机研发的，如电子时钟。

钟表从原来的沙漏计时和机械打点塔钟等演变到如今的电池驱动钟、交流钟、指针式石英电子钟表和数字式石英电子钟表，并且钟表的准确度越来越高了。

随着人们的时间观念逐渐地增强，时钟在我们人类的世界里扮演着一个非常重要的角色，几乎出现在我们生活的各个角落里，并且人们几乎离不开它了。

如今的时钟的功能更加全面，与机械时钟相比具有更高的正确性和直观性，且无机械装置，具有更长的寿命，因此广泛地应用于人类正常生活中，得到人们的关注和研发。

1.2电子时钟的意义

电子时钟采用数字电路实现对时、分、秒和数字显示的计时装置，广泛使用于个人家庭、车站、机场等公共场所，成为人们日常生活中不可缺少的必需品，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。

由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得电子时钟的精度、稳定性大幅度提高。

现在的钟表的功能越来越强，具有定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，因此，研究数字时钟及其扩展，有着重大意义。

1.3电子时钟的工作原理及其具体实现

电子时钟的工作原理是采用单片机最小系统，用DS1302时钟芯片和12864LCD液晶显示屏芯片以及DS18B20温度传感器分别进行寄存相关信息、显示年月日时分秒和采取温度，用四个键分别实现选择调整对象为、增加调节对象的数值、减少调节对象的数值和调整确定，采用24小时制、定时器0中断和外部中断0，从而实现可调式中文电子日历、温度及整点报时功能。

采用定时器0中断，定时50ms，其中断服务程序的功能是将时间和日期显示到LCD上。

每1s时间，刷新液晶显示屏上的秒钟数值；每60s时间，刷新显示屏的分钟数值；每60min时间，刷新显示屏的小时数值；每24h时间，刷新显示屏的日期；星期是通过年月日进行调整；温度是通过温度传感器芯片DS18B20进行调整；时钟每次到整点时，通过蜂鸣器进行整点报时。

采用外部中断0实现时钟的调整，将四个键通过“与门”连接单片机P3^2端口，从而通过键产生外部中断信号。

当要调整日期时间的时候，首先要按K1键来选择调整对象，否则按其他键不会进行时间调整，然后可以按K2和K3键对日期时间进行加减调整，最后按K4键可以将改动的日期时间重新显示到LCD上。

并且每次按下键后，都会通过蜂鸣器发出按键声音。

1.4设计任务

（1）可调式中文电子日历的硬件和软件设计；

（2）画出程序流程图；

（3）编写代码；

（4）程序分析与调试；

2电路方案设计

2.1模块一电路图

该模块主要通过DS1302时钟芯片实现计算秒、分、时、星期、日、月、年的信息，且具有闰年补偿的功能，其在proteus中的电路图如图2.1.1所示。

图2.1.1记录年月日秒分时星期的电路图

2.2模块二电路图

该模块主要通过12864LCD实现中文电子日历功能，其在proteus中的电路图如图2.2.1所示

图2.2.1显示时间电路图

2.3模块三电路图

该模块主要通过DS18B20温度传感芯片、四个键以及蜂鸣器实现温度采集，时间调节和闹钟等功能。

图2.3.1时间调整电路图

2.4总电路图

如图2.4.1所示。

图2.4.1总体硬件电路图

3程序设计

3.1主程序流程图

图3.1.1主函数流程图

3.2模块一DS1302流程图

图3.2.1获取当前时间的流程图

图3.2.2年月日时分秒++/--流程图

图3.2.3定时器0的中断服务程序

图3.2.4外部中断0服务程序

3.3模块二12864LCD流程图

图3.3.1LCD初始化流程图

图3.3.2通用显示函数流程图

3.4模块三DS18B20流程图

图3.41读取温度值

3.5源程序

#include

#include

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitSDA=P1^0;/*DS1302数据线*/

sbitCLK=P1^1;/*DS1302时钟线*/

sbitRST=P1^2;/*DS1302复位线*/

sbitK1=P3^4;/*选择键*/

sbitK2=P3^5;/*加键*/

sbitK3=P3^6;/*减键*/

sbitK4=P3^7;/*确定键*/

sbitSPK=P2^6;

/*************子函数定义***************/

/*************显示年函数***************/

externvoidLCD_Initialize（）;/*液晶初始化函数*/

/*******读取温度值******/

externvoidRead_Temperature（）;

externvoidDisplay_Temperature（）;/*显示时间函数*/

externvoidDisplay_A_Char_8X16（ucharP,ucharL,ucha

*M）reentrant;/*显示年月日,星期,时分秒的固定汉字函数*/

externvoidDisplay_A_WORD（ucharP,ucharL,uchar*M）reentrant;

voidBeep（）;/*启动蜂鸣器函数*/

/*在调整日期时间时,用该位决定是否反白显示*/

externbitReverse_Display;

externucharDisplay_Digit[]={0,0,0,0};/*待显示的各温度数位*/

externbitDS18B20_IS_OK=1;/*传感器正常标志*/

/*********全局变量和数组定义*********/

uchartCount=0;

/*一年中每个月的天数,2月的天数由年份决定*/

ucharMonthsDays[]={0,31,0,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};

/*所读取的日期时间*/

ucharDateTime[7];

/*当前调整的时间对象:

秒,分,时,日,月,星期,年（0,1,2,3,4,5,6）变量*/

/*其中星期由年月日调整自动完成*/

charAdjust_Index=-1;

ucharH_Offset=10,V_Page_Offset=0;/*水平与垂直偏移变量*/

/*年月日,星期,时分秒汉字点阵16乘16*/

ucharcodeDATE_TIME_WORDS[]=

{

0x40,0x20,0x10,0x0C,0xE3,0x22,0x22,0x22,0xFE,0x22,0x22,0x22,0x22,0x02,0x00,0x00,0x04,0x04,0x04,0x04,0x07,0x04,0x04,0x04,0xFF,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,

0x00,/*年*/

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0x11,0x11,0x11,0x11,0x11,0xFF,0x00,0x00,0x00,

0x00,0x00,0x40,0x20,0x10,0x0C,0x03,0x01,0x01,0x01,0x21,0x41,0x3F,0x00,0x00,0x00,

0x00,/*月*/

0x00,0x00,0x00,0xFE,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0xFE,0x00,0x00,0x00,

0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x3F,0x00,0x00,0x00,

0x00,/*日*/

0x00,0x00,0x00,0xBE,0x2A,0x2A,0x2A,0xEA,0x2A,0x2A,0x2A,0x2A,0x3E,0x00,

0x00,0x00,0x00,0x48,0x46,0x41,0x49,0x49,0x49,0x7F,0x49,0x49,0x49,0x49,0x49,0x41,0x40,

0x00,/*星*/

0x00,0x04,0xFF,0x54,0x54,0x54,0xFF,0x04,0x00,0xFE,0x22,0x22,0x22,0xFE,0x00,0x00,0x42,0x22,0x1B,0x02,0x02,0x0A,0x33,0x62,0x18,0x07,0x02,0x22,0x42,0x3F,0x00,0x00,/*期*/

0x00,0xFC,0x44,0x44,0x44,0xFC,0x10,0x90,0x10,0x10,0x10,0xFF,0x10,0x10,0x10,0x00,0x00,0x07,0x04,0x04,0x04,0x07,0x00,0x00,0x03,0x40,0x80,0x7F,0x00,0x00,0x00,

0x00,/*时*/

0x80,0x40,0x20,0x98,0x87,0x82,0x80,0x80,0x83,0x84,0x98,0x30,0x60,0xC0,0x40,

0x00,0x00,0x80,0x40,0x20,0x10,0x0F,0x00,0x00,0x20,0x40,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*分*/

0x12,0x12,0xD2,0xFE,0x91,0x11,0xC0,0x38,0x10,0x00,0xFF,0x00,0x08,0x10,0x60,0x00,0x04,0x03,0x00,0xFF,0x00,0x83,0x80,0x40,0x40,0x20,0x23,0x10,0x08,0x04,0x03,

0x00,/*秒*/

0x10,0x21,0x86,0x70,0x00,0x7E,0x4A,0x4A,0x4A,0x4A,0x4A,0x7E,0x00,0x00,

0x00,0x00,0x02,0xFE,0x01,0x40,0x7F,0x41,0x41,0x7F,0x41,0x41,0x7F,0x41,0x41,0x7F,0x40,

0x00,/*温*/

0x00,0x00,0xFC,0x04,0x24,0x24,0xFC,0xA5,0xA6,0xA4,0xFC,0x24,0x24,0x24,

0x04,0x00,0x80,0x60,0x1F,0x80,0x80,0x42,0x46,0x2A,0x12,0x12,0x2A,0x26,0x42,0xC0,0x40,0x00,/*度*/};

/*星期几的汉字点阵16乘16*/

ucharcodeWEEKDAY_WORDS[]={

0x00,0x00,0x00,0xFE,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0xFE,0x00,0x00,0x00,

0x00,

0x00,0x00,0x00,0x3F,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x3F,0x00,0x00,0x00,

0x00,/*日*/

0x00,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0xC0,0x80,

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,

0x00,/*一*/

0x00,0x00,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x06,0x04,0x00,0x00,

0x00,0x00,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x18,0x10,

0x00,/*二*/

0x00,0x04,0x84,0x84,0x84,0x84,0x84,0x84,0x84,0x84,0x84,0x84,0x84,0x04,0x00,

0x00,0x00,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,

0x00,/*三*/

0x00,0xFE,0x02,0x02,0x02,0xFE,0x02,0x02,0xFE,0x02,0x02,0x02,0x02,0xFE,0x00,0x00,0x00,0x7F,0x28,0x24,0x23,0x20,0x20,0x20,0x21,0x22,0x22,0x22,0x22,0x7F,0x00,

0x00,/*四*/

0x00,0x02,0x82,0x82,0x82,0x82,0xFE,0x82,0x82,0x82,0xC2,0x82,0x02,0x00,0x00,

0x00,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x30,0x20,

0x00,/*五*/

0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x91,0x12,0x1E,0x94,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x00,0x00,0x40,0x20,0x10,0x0C,0x03,0x01,0x00,0x00,0x01,0x02,0x0C,0x78,0x30,0x00,0x00,/*六*/

};

/*半角数字点阵8乘16*/

ucharcodeDIGITS[]=

{

0x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x0F,0x10,0x20,0x20,0x10,0x0F,

0x00,/*0*/0x00,0x10,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x00,

0x00,/*1*/0x00,0x70,0x08,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x30,0x28,0x24,0x22,0x21,0x30,

0x00,/*2*/0x00,0x30,0x08,0x88,0x88,0x48,0x30,0x00,0x00,0x18,0x20,0x20,0x20,0x11,0x0E,

0x00,/*3*/0x00,0x00,0xC0,0x20,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x07,0x04,0x24,0x24,0x3F,0x24,

0x00,/*4*/0x00,0xF8,0x08,0x88,0x88,0x08,0x08,0x00,0x00,0x19,0x21,0x20,0x20,0x11,0x0E,

0x00,/*5*/0x00,0xE0,0x10,0x88,0x88,0x18,0x00,0x00,0x00,0x0F,0x11,0x20,0x20,0x11,0x0E,

0x00,/*6*/0x00,0x38,0x08,0x08,0xC8,0x38,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x00,0x00,0x00,

0x00,/*7*/0x00,0x70,0x88,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x1C,0x22,0x21,0x21,0x22,0x1C,

0x00,/*8*/0x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x31,0x22,0x22,0x11,0x0F,

0x00,/*9*/

};

/*生日快乐歌的音符频率表,不同的频率由不同的延时值来决定*/

ucharcodeSONG_TONE[]=

{

212,212,190,212,159,169,212,212,190,212,142,159，212,212,106,126,159,169,190,119,119,126,159,142,159,0

};

/*生日快乐歌节拍表,节拍表决定了每个音符的演奏长短*/

ucharcodeSONG_LONG[]=

{

9,3,12,12,12,24,9,3,12,12,12,24,

9,3,12,12,12,12,12,9,3,12,12,12,24,0

};

voidDelayMS（uintx）/*调用延时子函数*/

{

uchari;

while（x--）for（i=0;i<120;i++）;

}

voidPlayMusic（）/*音乐播放函数*/

{

uinti=0,j,k;

while（SONG_LONG[i]!

=0||SONG_TONE[i]!

=0）

{

/*播放各个音符,SONG_LONG为拍

*/for（j=0;j

{

SPK=~SPK;

/*SONG_TONE延时表决定了每个音符的频率*/

for（k=0;k

}

DelayMS（100）;

/*下一个音符的索引*/

i++;

}

}

voidAlarm（uchart）/*温度报警函数*/

{

uchari,j;

for（i=0;i<200;i++）

{

SPK=~SPK;

/*由参数t形成不同的频率*/

for（j=0;j

}

}

/*向DS1302写入一字节*/

voidWrite_A_Byte_TO_DS1302（ucharx）

{

uchari;

for（i=0;i<8;i++）

{

SDA=x&1;CLK=1;CLK=0;x>>=1;

}

}

/*从DS1302读取一字节*/

ucharGet_A_Byte_FROM_DS1302（）

{

uchari,b,t;

for（i=0;i<8;i++）

{

b>>=1;t=SDA;b|=t<<7;CLK=1;CLK=0;

}

/*BCD码转换*/

return（b/16*10+b%16）;

}

/*从DS1302指定位置读数据*/

ucharRead_Data（ucharaddr）

}

uchardat;

RST=0;CLK=0;RST=1;

Write_A_Byte_TO_DS1302（addr）;

dat=Get_A_Byte_FROM_DS1302（）;

CLK=1;RST=0;

returndat;

}

/*向DS1302某地址写入数据*/

voidWrite_DS1302（ucharaddr,uchardat）

{

CLK=0;RST=1;

Write_A_Byte_TO_DS1302（addr）;

Write_A_Byte_TO_DS1302（dat）;

CLK=1;RST=0;

}

/*设置时间*/

voidSET_DS1302（）

{

uchari;

Write_DS1302（0x8E,0x00）;/*秒分时日月年依次写入*/

for（i=0;i<7;i++）

{

/*秒,分,时,日,月,星期,年的起始地址分别为0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8A,0x8C*/Write_DS1302（0x80+2*i,（DateTime[i]/10<<4）|（DateTime[i]%10））;

}

Write_DS1302（0x8E,0x80）;

}/*读取当前时间*/

voidGetTime（）

{

uchari;

for（i=0;i<7;i++）

{

DateTime[i]=Read_Data（0x81+2*i）;

}

}

ucharisLeapYear（uinty）/*判断是否为闰年*/

{

return（y%4==0&&y%100!

=0）||（y%400==0）;

}

/*********刷新星期******/

voidRefreshWeekDay（）

{

uinti,d,w=5;/*已知1999.12.31是周五*/

for（i=2000;i<2000+DateTime[6];i++）

{

d=isLeapYear（i）?

366:

365;

w=（w+d）%7;

}

d=0;

for（i=1;i

d+=DateTime[3];

/*保存星期,0~6表示星期日,星期一,二,三,四,五,六,为了与DS1302的星期格式匹配，返回值需要加1*/

DateTime[5]=（w+d）%7+1;

}/*蜂鸣器函数*/

voidBeep（uchart）

{

uchari;

for（i=0;i<100;i++）

{

SPK=~SPK;DelayMS（t）;

}

SPK=0;

}

voidDateTime_Adjust（charx）/*年月日时分++或--*/

{

switch（Adjust_Index）

{

case6:

/*年00-99*/

if（x==1&&DateTime[6]<99）DateTime[6]++;

if（x==-1&&DateTime[6]>0）DateTime[6]--;/*获取2月天数*/

MonthsDays[2]=isLeapYear（2000+DateTime[6]）?

29:

28;

/*如果年份变化后当前月份的天数大于上限则设为上限*/

if（DateTime[3]>MonthsDays[DateTime[4]]）

DateTime[3]=MonthsDays[DateTime[4]];

RefreshWeekDay（）;/*刷新星期*/

break;

case4:

/*月01至12*/

if（x==1&&DateTime[4]<12）

DateTime[4]++;

if（x==-1&&DateTime[4]>1）

DateTime[4]--;/*获取2月天数*/

MonthsDays[2]=isLeapYear（2000+DateTime[6]）?

29:

28;

/*如果年份变化后当前月份的天数大于上限则设为上限*/

if（DateTime[3]>MonthsDays[DateTime[4]]）DateTime[3]=MonthsDays[DateTime[4]];

RefreshWeekDay（）;/*刷新星期*/

break;

case3:

/*日00至28/29/30/31;调节之前首先根据年份得出该年中2月的天数*/