数字电子万年历 时钟电路设计 毕业设计.docx

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数字电子万年历时钟电路设计毕业设计

摘要

在当代繁忙的工作与生活中，时间与我们每一个人都有非常密切的关系，每个人都受到时间的影响。

为了更好的利用我们自己的时间，我们必须对时间有一个度量，因此产生了钟表。

钟表的发展是非常迅速的，从刚开始的机械式钟表到现在普遍用到的数字式钟表，即使现在钟表千奇百怪，但是它们都只是完成一种功能——计时功能，只是工作原理不同而已，在人们的使用过程中，逐渐发现了钟表的功能太单一，没有更大程度上的满足人们的需求。

因此在这里，我想能不能把一些辅助功能加入钟表中去。

在此设计中所设计的钟表不但具有普通钟表的功能，它还能实现一个额外的功能：

温度测量。

且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、秒和温度等信息，还具有时间校准等功能。

该电路采用AT89C52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.。

具有较高的实用性。

关键词：

单片机AT89C52；万年历；DS18B20温度传感器；时钟芯片DS12C887

Abstract

Incontemporaryworkandbusylife,timeandeveryoneofushasaverycloserelationship,eachpersonaffectedbytime.Inordertobetteruseofourowntime,wemusthaveameasureoftime,resultinginawatch.Clocksisaveryrapiddevelopment,fromthebeginningofthemechanicalwatchesthatisnowwidelyusedindigitalwatches,clocks,eventhoughitisnowunusual,buttheyarejustcompletedafeature-atimefunction,workingprincipleisdifferentinpeople'suseoftheprocess,andgraduallyfoundasinglewatchfunctiontoo,thereisnogreaterdemandtomeetthepeople.Sohere,Iwouldliketobeabletowatchanumberofauxiliaryfunctionstojoininto.

Inthedesignofthewatchesdesignednotonlyhasthegeneralfunctionalityofwatchesandclocks,itcanachieveanadditionalfunction:

temperaturemeasurement.Anddigitalelectroniccalendarusingintuitivedigitaldisplay,youcanalsodisplayyear,month,day,weekdays,hours,minutes,secondsandtemperatureinformation,butalsotime-calibrationfunctions.AT89C52single-chipmicrocomputerofthecircuitasthecoreofpowerinsmall,low-pressureintheworkof3V,voltagecanbeselected3~5Vsupplyvoltage..Haveahighrelevance.

Keywords:

single-chipmicrocomputerAT89C52;calendar;DS18B20temperaturesensor;clockchipDS12C887

绪论

电子钟已成为人们日常生活中必不可少的物品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。

随着技术的发展，人们已不再满足于钟表原先简单的报时功能，希望出现一些新的功能，诸如日历的显示、温度显示等，以带来更大的方便，而所有这些，又都是以数字化的电子时钟为基础的。

因此，研究实用电子钟及其扩展应用，有着非常现实的意义，具有很大的实用价值。

由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使电子钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。

虽然现在市场上已有现成的电子钟集成电路芯片出售，价格便宜，使用也灵活，如可以随意设置时、分、秒的输出，改变显示数字的大小等，并且由于集成电路技术的发展，特别是MOS集成电路技术的发展，使电子钟具有体积小、携带方便，但是这里介绍的实用电子钟可以满足使用者的一些特殊要求，输出方式灵活、功耗低、计时准确、性能稳定、维护方便等优点。

[1]

实用电子钟是一个时间控制系统，既能作为一般的时间显示器，也可作为一个定时控制器，驱动负载或显示信息，同时可以根据需要扩展其功能。

在此项目的设计研究过程中需综合运用所学的模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理与应用、EDA等课程的知识，掌握实用电子钟的设计、组装与调试方法，利用现代的EDA、单片机等新电子技术以及现代的设计手段，系统地培养了综合设计、操作调试、故障处理的能力，达到综合素质以及创新能力的提高。

1.方案设计

1.1课题开发背景

随着社会的发展、科技的进步，计算机在社会领域飞速的发展着,单片机的诞生是计算机发展史上的一个里程碑，它以其体积小、重量轻、功能全、性能价格比高的诸多特点而独具特色，在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等各测、控领域的应用中独占鳌头。

在信息的传播、处理的单片机系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用。

单片机已逐渐成为科学技术现代化的重要工具，并在各个领域里发展着它的巨大作用。

单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。

本题《基于89C52单片机上的时钟设计》----电子万年历，就是应用单片机这一特点而进行开发。

万年历在日常生活中随处可见，由其在家庭中的应用最为广泛。

它能使人们更方便快捷的查阅信息。

1.2设计的目的

本设计主要针对于人们的日常生活中各个对时间有需要的领域。

传统的机械钟时间误差太大，而且不易携带，电子万年历是一种利用数字电路技术实现对年、月、日、时、分、秒、计时装置。

他具有美观、易懂、等一些传统机械钟没有的特性，为了更好的为人类的生活和生产服务，因此相应的多功能电子万年历的开发迫在眉睫而且可以抢占市场先机。

因此本设计将用以89C52为主芯片，设计出具有：

日期时间，温度、星期、温度、超温报警等功能的电子时钟系统，并可以根据不同的时区或者个人需要调节的电子万年历的时间，显示当前的环境温度，如果温度过高或者过低可以发出报警信号，还要做到有较为全面的信息输出和友好的界面效果。

最重要的是实现硬件搭建的合理化和软件程序的可读性和可移植性。

1.3设计的意义

在办公室、家庭、广场、车站等许多公共场合，为了方便人们的日常需要，都安装了时间显示装置，传统的机械式钟表不仅体积大而且携带很不方便，校准和保养也很麻烦，相对而言电子时钟不仅具有比机械式钟表更高的准确性、易用性而且方便校准；特别是在直观性与使用寿命方面是机械式钟表无法比拟的。

如果能将温度与电子计时装置相融合，设计出带有多功能的电子时钟能给人们带来很多方便当温度低于负20度或者高于50度的时候发出超温报警信号，可以让人及时的采取相应的措施，达到最适合的温度,设计中采用的时钟芯片可以在无外界电源供电的情况下长时间待机,仅靠芯片内部的锂电池供电。

带有温度显示功能的电子万年历又一次将现代电子技术的应用发挥到了极至，它是现代电子高速发展形势下必然的产物，给人类的生产生活个方面都带来了极大的便利，无机械装置,节省了电能。

因此将得到广泛的应用。

1.4国内外发展

单片机自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，应用很广、发展很快。

单片机具有体积小、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。

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，录象机、摄象机，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。

1.5总体方案论证与选择

方案一:

纯硬件电路系统。

各功能采用分离的硬件电路模块实现。

用时序逻辑电路实现时钟功能，用555定时器实现闹钟的设定。

但这种实现方法可靠性差、控制精度低，灵活性小、线路复杂、安装调试不方便，而且不方便实现对系统的扩展。

方案二:

用可编程逻辑器件（PLD）实现。

这种方案与前一种相比，可靠性增加，同时可以很好的完成时钟的功能。

同时这种方案只能选用数码管显示，显示的效果不够理想，无法很好的完成扩展功能的要求。

同时，系统的灵活性不够。

方案三:

采用AT89C52单片机作为系统的控制核心。

时钟功能采用单片集成的时钟芯片DS12C887来实现，使用LED数码管显示日期、时间及温度，有着智能化的人机界面。

由于使用了单片机，整个系统可编程，系统的灵活性大大增加了。

另外，本方案可以方便的实现其他功能的扩展。

[4]

经过以上的比较论证，选用方案三来完成项目设计的要求。

1.6模块方案论证与选择

1.6.1时钟模块

方案一：

基本门电路搭建。

[15]

用基本门电路来实现时钟发生器，电路结构复杂，故障系数大，不易调试。

方案二：

由单片机实现时钟功能。

单片机内部具有定时器，可方便实现定时功能。

通过计算可知，使定时器每25ms产生一次中断，当产生40次中断后秒单元将加一，以此类推，从而实现时、分、秒的走时，并加以显示。

但由于系统晶振误差、温漂、中断响应时间的不确定性及定时器重新装载时间常数所带来的误差，决定它不能用来作为时钟的时间基准。

方案三：

专用时钟芯片。

目前市场上已有很多实时时钟芯片。

如DS12C887、DS1302、PCF8563、X1227等，芯片内都集成了时钟/日历功能，给时钟系统设计带来很多方便。

因此计时功能以选专用时钟芯片为宜，时钟模块采用方案三来实现。

在系统硬件设计时，串行总线接口较并行总线接口较为方便，系统设计选用了DALLAS公司的串行接口总线实时时钟芯片DS12887作为计时芯片。

1.6.2键盘模块

方案一：

采用独立式按键电路

每个键单独占有一根I/O接口线，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。

但是当按键较多时占用单片机的I/O数目较多。

方案二：

采用阵列式键盘

此类键盘是采用行列扫描方式，当按键较多时可以降低占用单片机的I/O口数目。

成本较高。

由于本系统使用按键较少，所以采用方案一。

1.6.3显示模块

方案一：

使用多个数码管显示。

LED数码管是利用二极管发光显示数字和字母，具有亮度大、接口设计比较容易，价格相对较便宜等优点。

但是由于它工作电流较大、不能显示汉字，显示的信息量有限，若在此题目中应用就会受到很大的限制。

方案二：

采用液晶显示。

液晶特别是具有汉字显示功能的液晶显示器，来实现显示功能，不仅可以实现基本的显示信息，而且可以显示丰富的符号指示信息以及文字指示信息，信息量丰富且直观易懂。

而且液晶显示有功耗低，体积小，重量轻，寿命长，不产生电磁辐射污染等优点。

本系统显示内容相对固定，只需显示数字，所以选择方案一。

1.6.4温度传感器模块

方案一：

使用热敏电阻作为传感器。

用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行A/D转换。

此设计方案需用A/D转换电路，增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。

方案二：

采用数字式温度传感器DS18B20。

此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以去除A/D模块，降低硬件成本，简化系统电路。

另外，数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。

使用DS18B20可以简化电路，还可以提高精度，所以选择方案二。

2.系统总体设计

2.1电路设计框图

我们把数据采集单独使用一个单片机系统，而把时钟闹钟系统由DS12C887与单片机设计完成。

然后把温度等数据通过串行通信传输给主单片机进行显示。

根据设计要求与设计方案，硬件电路结构由9个部分组成：

晶振电路、复位电路、键盘电路、电源电路、实现温度电路路、时钟电路、显示共阴极驱动电路、LED显示电路和超温报警电路。

本系统是采用AT89C52作CPU，用于数据处理，初值设定，显示控制等。

日历芯片采用DS12C887，温度传感器芯片采用DC18B20。

[12]总体框图如图1。

图1总体框图

2.2系统硬件概述

本电路是由AT89C52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DS12C887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。

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；温度的采集由DS18B20构成；显示部份由17个LED，74LS154译码器构成。

使用静态扫描显示方式对数字的显示。

[8]

2.3单片机AT89C52功能介绍

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）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，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。

功能强大的AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。

[11,12]

AT89C52的主要性能参数：

◆与MCS-51产品指令和引脚完全兼容

◆8K字节可重擦写Flash闪速存储器

◆1000次擦写周期

◆全静态操作：

0Hz—24MHz

◆三级加密程序存储器

◆256×8字节内部RAM

◆32个可编程I/O口线

◆3个16位定时/计数器

◆8个中断源

◆可编程串行URAT通道

◆低功耗空闲和掉电模式

AT89C52的引脚如图2所示

VCC

P0.0/AD0

P0.1/AD1

P0.2/AD2

P0.3/AD3

P0.4/AD4

P0.5/AD5

P0.6/AD6

P0.7/AD7

VPP

ALE/PROG

PESN

P2.7/A15

P2.6/A14

P2.5/A13

P2.4/A12

P2.3/A11

P2.2/A10

P2.1/A9

P2.0/A8

图2AT89C52引脚

·P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，

也即地址/数据总线复用作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路。

对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

·P1口：

P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路，对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表1。

表1P1.0和P1.1的第二功能

引脚号

功能特性

P1.1

T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入，时钟输入）

P1.1

T2（定时/计数器2捕获/重装载触发和方向控制）

·P2口：

P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路，高电平时，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@R1指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。

·P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2所示

表2P3口的第二功能

端口

引脚

第二功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

/INT0（外中断0）

P3.3

/INT1（外中断1）

P3.4

T0（定时/计数器0）

P3.5

T1（定时/计数器1）

P3.6

/WR（外部数据储存器写选通）

P3.7

/RD（外部数据储存期读选通）

·RST：

复位输入

·ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

·/PSEN：

程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号。

·/EA/VPP：

外部访问允许。

·XTAL1：

振荡器反相大器的及内部时钟发生器的输入端。

·XTAL2：

振荡器反相大器的输出端。

AT89C52片内存储器中，80H—FFH共128个单元为特殊功能寄存器，但并非所有的地址都被定义，从80H—FFH共128个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。

对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。

AT89C52共有6个中断向量：

两个外部中断（INT0和INT1），3个定时器中断（定时器0、1、2）和串行口中断。

这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE的置位或清0来控制每一个中断的允许或禁止。

IE也有一个总禁止位EA，它能控制所有中断的允许或禁止。

[10]如表3所示：

表3寄存器IE的位说明

（MSB）（LSB）

EA

-

ET2

ES

ET1

EX1

ET0

EX0

允许位=1表示允许中断

允许位=0表示禁止中断

Symbol

Position

Function

EA

IE.7

EA=0禁止所有中断。

EA=1，各中断的允许或禁止取决于各中断控制位的状态。

-

IE.6

保留位

ET2

IE.5

定时器2中断允许控制位

ES

IE.4

串行口中断允许控制位

ET1

IE.3

定时器1中断允许控制位

EX1

IE.2

外中断1中断允许控制位

ET0

IE.1

定时器0中断允许控制位

EX0

IE.0

外中断0中断允许允许为

内部原理图

图3内部原理图

89C52单片机最小系统电路

1）电源：

这当然是必不可少的了。

单片机使用的是5V电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。

2）振荡电路：

单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。

只要买来晶振，电容，连上就可以了，按图4接上即可。

3）复位（RST,第9引脚）：

按图4中画法连好。

4）EA（31引脚）：

EA引脚接到正电源端。

至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。

5）P1口发光管电路：

P1.0-P1.7（第1－8引脚）连接到8个470欧电阻驱动8个发光管。

6）单片机引脚控制连接：

两排单排插连接单片机40个引脚，方便以后扩展或测试各引脚。

7）在线编程下载接口：

用一个5X2（长为5的双排插）连接电源VCC、GND、P1.5（第6脚）、P1.6（第7脚）、P1.7（第8脚）和RST（第9脚）。

[13,14]

图489C52最小系统电路连接图

2.4时钟模块设计

本电子钟系统的重要部分在于时钟功能模块，这里选用串行日历时钟芯片DS12C887。

美国DALLAS公司的新型时钟日历芯片，DS12C887实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替IBMPC上的时钟日历芯片DS12887，同时，它的管脚也和MC146818B、DS12887相兼容。

由于DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决了“千年”问题；DS12C887中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年之久；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。

在12小时制模式中，用AM和PM区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种是用BCD码表示；DS12C887中带有128字节RAM，其中有11字节RAM用来存储时间信息，4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息，称为控制寄存器，113字节通用RAM使用户使用；此外用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。

DS12C887的引脚排列如图5所示，各管脚的功能说明如下：

图5DS12C887引脚

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，DA12C887有两种工作模式，即Motorola模式和Intel模式，当MOT接VCC时，选用的工作模式是Motorola模式，当MOT接GND时，选用的是Intel模式。

SQW：

方波