基于STC89C52单片机的电子时钟设计带程序.docx

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基于STC89C52单片机的电子时钟设计带程序

基于51单片机的电子时钟设计

绪论

概述

时间，对人们来说是非常宝贵的，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要。

因此自从时钟发明的那刻起，就成为人类的好朋友。

随着时间的流逝，科学技术的不断发展和提高，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。

怎样让时钟更好、更方便、更精确的显示时间，这就要求人们不断设计研发出新型的时钟。

高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。

数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LCD显示器代替指针进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。

时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。

在单片机的应用系统中，时钟有两个方面的含义：

一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：

一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时器/计数器来实现；二是用专门的时钟芯片实现。

研究目的

通过利用STC89C52单片机和DS1302芯片以及外围的按键和LCD显示器等部件，设计一个基于单片机的电子时钟。

设计的电子时钟通过液晶显示器显示，并能通过按键对时间进行设置。

第1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、秒显示功能

2具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能

3具有12/24小时切换显示功能

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STC89C52芯片作为硬件核心。

STC89C52内部具有8KBROM存储空间,512字节数据存储空间，带有2K字节的EEPROM存储空间，与MCS-51系列单片机完全兼容,STC89C52可以通过串口下载。

方案二:

采用AT89S52。

AT89S52片内具有8K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。

两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C52相对ATS89C52价格便宜，且抗干扰能力强。

考虑到成本因素，因此选用STC89C52。

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，可用来显示数。

但体积较大，且价格也相对较高，从便携实用的角度出发，不采用此种方案。

方案二：

采用LED数码管动态扫描。

LED数码管价格便宜,对于显示数字最合适,但功耗较大，且显示容量不够，所以也不用此种方案。

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，显示多样,清晰可见,且价格适中，所以采用了LCD数码管作为显示。

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,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。

第2章主要元件介绍

2.1STC89C52介绍

2.1.1STC89C52主要功能及PDIP封装

STC89C52是由深圳宏晶科技公司生产的与工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容的单片机。

STC89C52主要功能如表2.1所示，其PDIP封装如图2.1所示

主要功能特性

兼容MCS51指令系统

8K可反复擦写FlashROM

32个双向I/O口

256x8bit内部RAM

3个16位可编程定时/计数器中断

时钟频率0-24MHz

2个串行中断

可编程UART串行通道

2个外部中断源

共6个中断源

2个读写中断口线

3级加密位

低功耗空闲和掉电模式

软件设置睡眠和唤醒功能

表2.1STC89C52主要功能

2.1.2STC89C52引脚介绍

①主电源引脚（2根）

VCC（Pin40）：

电源输入，接＋5V电源

GND（Pin20）：

接地线

②外接晶振引脚（2根）

XTAL1（Pin19）：

片内振荡电路的输入端

XTAL2（Pin20）：

片内振荡电路的输出端

③控制引脚（4根）

RST/VPP（Pin9）：

复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。

ALE/PROG（Pin30）：

地址锁存允许信号

PSEN（Pin29）：

外部存储器读选通信号

EA/VPP（Pin31）：

程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。

④可编程输入/输出引脚（32根）

STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。

P0口（Pin39～Pin32）：

8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7

P1口（Pin1～Pin8）：

8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7

P2口（Pin21～Pin28）：

8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7

P3口（Pin10～Pin17）：

8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7

图2.1STC89C52PDIP封装图

2.1.3STC89C52最小系统

最小系统是指能进行正常工作的最简单电路。

STC89C52最小应用系统电路如图2.2所示。

它包含五个电路部分：

电源电路、时钟电路、复位电路、片内外程序存储器选择电路、输入/输出接口电路。

其中电源电路、时钟电路、复位电路是保证单片机系统能够正常工作的最基本的三部分电路，缺一不可。

①电源电路芯片引脚VCC一般接上直流稳压电源+5V，引脚GND接电源+5V的负极，电源电压范围在4~5.5之间，可保证单片机系统能正常工作。

为提高电路的抗干扰性能，通常在引角Vcc与GND之间接上一个10uF的电解电容和一个0.1uF陶片电容，这样可抑制杂波串扰，从而有效确保电路稳定性。

②时钟电路单片机引脚18和引脚19外接晶振及电容，STC89C52芯片的工作频率可在2~33MHz范围之间选，单片机工作频率取决于晶振XT的频率，通常选用11.0592MHz晶振。

两个小电容通常取值3pF，以保证振荡器电路的稳定性及快速性。

③复位电路一般若在引脚RST上保持24个工作主频周期的高电平，单片机就可以完成复位，但为了保证系统可靠地复位，复位电路应使引脚RST保持10ms以上的高电平。

如图复位电路带有上电自动复位功能，当电路上电时，由于C1电容两端电压值不能突变，电源+5V会通过电容向RST提供充电电流，因此在RST引脚上产生一高电平，使单片机进入复位状态。

随着电容C1充电，它两端电压上升使得RST电位下降，最终使单片机退出复位状态。

正常运行时，可按复位按钮对单片机复位

图2.2STC89C52最小系统

2.2DS1302时钟芯片介绍

2.2.1DS1302概述

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，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。

采用双电源供电（主电源和备用电源），同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。

采用三线接口与CPU进行同步通信

图2.3DS1302封装图

2.2.2DS1302引脚介绍

各引脚功能为：

Vcc：

主电源；Vcc2:

备用电源。

当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电；当Vcc2

SCLK：

串行时钟输入端，控制数据的输入与输出

I/O：

三线接口时的双向数据线

CE：

输入信号，在读、写数据期间必须为高

2.2.3DS1302使用方法

（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/写时序如图5所示。

表2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的控制字如表所示。

控制字节最高有效位（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为0，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传输

1

RAM

A4

A3

A2

A1

A0

RD

CK

WR

表2.2DS1302控制字

（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。

其读写时序如图示

图2.4DS1302读写时序

（4）DS1302寄存器

DS1302中与时间、日期有关的寄存器共有12个，其中7个存放数据的格式为BCD码格式，其读写地址如下表所示

读寄存器

写寄存器

Bit7

Bit7

Bit7

Bit7

Bit7

Bit7

Bit7

Bit7

范围

81H

80H

CH

10秒

秒

00--59

83H

82H

10分

分

00--59

85H

84H

12

0

10

时

时

0--23

24

AM/PM

1--12

87H

86H

10日

日

1--31

89H

88H

10月

月

1--12

8BH

8AH

0

0

0

0

0

周

1--7

8DH

8CH

10年

年

00--99

8FH

8EH

WP

0

0

0

0

0

0

0

――

表2.3DS1302时钟寄存器

第一行秒寄存器，CH为时钟暂停标志位，该位为1时时钟停止，该位为0时时钟运行

第二行分寄存器，bit0~bit6表示分钟数，因采用BCD编码，所以低四位最大能表示的数字为9，计数满向高三位进1。

第三行时寄存器，12/24用来定义DS1302小时的运行模式，12小时模式下bit5为1表示PM下午，bit5为0表示AM上午

第八行控制寄存器，bit7是写保护位WP，当WP为1时，写保护位可防止对任一寄存器的写操作，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0

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）。

2.31602字符液晶介绍

2.3.11602液晶概述

工业字符型液晶，1602是指显示的内容为16*2，能同时显示两行，每行16个字符。

常见的1602字符液晶有两种，一种显示绿色背光黑色字体，另一种显示蓝色背光白色字体，目前市面上绝大多数基于HD44780液晶芯片控制，原理是完全相同的。

本课题所用1602液晶模块，显示屏是蓝色背光白色字体。

如图2.5所示

图2.51602字符液晶

2.3.21602引脚介绍

编号

符号

引脚说明

编号

符号

引脚说明

1

GND

电源地

2

VCC

电源正极

3

VO

液晶显示对比度调节端

4

RS

数据/命令选择端

5

R/W

读写选择

6

E

使能信号

7

D0

数据口

8

D1

数据口

9

D2

数据口

10

D3

数据口

11

D4

数据口

12

D5

数据口

13

D6

数据口

14

D7

数据口

15

BLA

背光电源正

16

BLK

背光电源负

表2.41602字符液晶引脚说明

各个引脚具体功能说明：

第1脚：

GND为地电源。

第2脚：

VCC接5V正电源。

第3脚：

VO为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生重影，使用一个1K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。

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：

DB0~DB7为8位双向数据线。

第15~16脚：

背光灯电源。

2.3.31602字符液晶使用方法

（1）基本操作时序

操作

输入

输出

读状态

RS＝L，RW＝H，E＝H

D0~D7＝状态字

写指令

RS＝L，RW＝L，D0~D7＝指令码，E＝高脉冲

无

读数据

RS＝H，RW＝H，E＝H

D0~D7＝数据

写数据

RS＝H，RW＝L，D0~D7＝数据，E＝高脉冲

无

表2.51602字符液晶读写状态表

图2.61602液晶写时序图

图2.71602液晶读时序图

（2）RAM

1602液晶控制器芯片内部带有80个8位的RAM缓冲区，其地址和屏幕的对应关系如图2.8示

图2.8

（3）1602字符液晶字库

 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，如下表所示，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”。

高位

低位

0000

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1010

1011

1100

1101

1110

1111

XXXX0000

⑴

0

@

P

\

p

-

タ

ミ

α

P

XXXX0001

⑵

!

1

A

Q

a

q

□

ア

チ

ム

ä

q

XXXX0010

⑶

“

2

B

R

b

r

┌

イ

ツ

メ

β

θ

XXXX0011

⑷

#

3

C

S

c

s

┘

ゥ

テ

モ

ε

∞

XXXX0100

⑸

$

4

D

T

d

t

\

ェ

ト

ャ

μ

Ω

XXXX0101

⑹

%

5

E

U

e

u

ロ

ォ

ナ

ュ

σ

o

XXXX0110

⑺

&

6

F

V

f

v

テ

カ

ニ

ョ

ρ

∑

XXXX0111

⑻

’

7

G

W

g

w

ア

キ

ヌ

ラ

ζ

ⅹ

XXXX1000

⑴

（

8

H

X

h

x

ィ

ク

ネ

リ

f

X

XXXX1001

⑵

）

9

I

Y

i

y

ウ

ケ

ノ

ル

-1

y

XXXX1010

⑶

*

：

J

Z

j

z

エ

コ

ハ

レ

ј

千

XXXX1011

⑷

+

；

K

[

k

{

オ

サ

ヒ

ロ

ҳ

万

XXXX1100

⑸

<

L

¥

l

|

セ

シ

フ

ヮ

ℓ

Π

XXXX1101

⑹

--

=

M

]

m

}

ユ

ス

ヘ

ソ

ŧ

÷

XXXX1110

⑺

。

>

N

^

n

→

ヨ

セ

ホ

ハ

ñ

XXXX1111

⑻

/

?

O

-

o

←

ツ

ソ

マ

ロ

ö

表2.61602字符液晶字库表

第3章系统硬件设计

3.1电路设计框图

图3.1硬件框图

3.2系统硬件概述

本电路以STC89C52单片机为控制核心，以STC89C52最小系统为基础。

时钟电路由高精度低功耗的DS1302提供，采用三线接口与CPU进行同步通信，输入部分采用四个独立式按键S1、S2、S3、S4。

1602液晶显示部分，D0－D7口与单片机P0口相连。

具体线路连接，详见附录1

第4章系统的软件设计

4.1程序概述

DS1302时钟芯片具有通电自动计时的功能。

向DS1302中写入一个初值，如写入2011－05－0100：

00：

00星期日，在通电时，时间就会自动走：

过60秒分加1；过60分时加1；过24小时天加1，星期日变成星期一；一周有7天，芯片内的周信息每7天一循环；芯片能够自动判断每月有多少天，5月有31天，31天后，月加1。

采用DS1302时钟芯片的单片机时钟，其实质就是读取时钟芯片内的时钟信息并把它显示出来。

只要时间初值正确，时钟就能一直精准的走下去。

调整时间日期，实质就是向DS1302时钟芯片重新写入初值。

电子时钟的主程序框图如图10所示

图4.1主程序框图

4.2延时函数

voiddelay（uintz）

{

uintx,y;

for（x=z;x>0;x--）

for（y=110;y>0;y--）;

}

由for循环构成的延时函数,z的取值为这个函数的延时ms数，如delay（200）;大约延时200ms.delay（500）;大约延时500ms。

因下文多次用到，固在此先作说明。

4.3对DS1302读写操作函数

在对DS1302时钟芯片操作前，应对其操作时序有所了解，参看前文DS1302介绍。

DS1302采用串行方式与单片机进行通信，一个机器周期只能读写一个字节的一位，因此，在单片机与DS1302芯片间传输一字节（8位）数据，要分8次进行，且先从低位开始传输。

4.3.1向DS1302写数据

/***************************写数据字节子函数**************************/

voidwrite_1302_byte（uchartemp）//用来发送8位数据信息

{

uchari;

for（i=0;i<8;i++）//循环8次写入数据

{

sck=0;

sda=temp&0x01;//每次传输低字节

temp>>=1;//右移一位

sck=1;//在SCK上升沿的时候字节写入DS1302

}

}

/*************************1302写数据子函数**************************/

voidwrite_1302（ucharaddd,uchardat）

{

rst=0;

_nop_（）;

sck=0;

_nop_（）;

rst=1;

_nop_（）;

write_1302_byte（addd）;//发送地址

write_1302_byte（dat）;//发送数据

rst=0;

}

4.3.2从DS1302读数据

/***************************读DS1302数据函数*************************/

ucharread_1302（ucharadd）//输入地址add,返回读取的数据

{

uchari,temp=0x00;

rst=0;

sck=0;

rst=1;

write_1302_byte（add）;

for（i=0;i<8;i++）//循环8次读取

{

if（sda）

temp|=0x80;//每次传输低字节，等价于temp=temp|0x80

sck=0;

temp>>=1;//右移一位

sck=1;//sck被置高，在其下一次变为0时，数据被写入

}

rst=0;//以下为DS1302复位的稳定时间

sck=0;

sck=1;

sda=0;

sda=1;

return（temp）;//将temp值返回

}

4.4显示函数

对1602进行操作前要对其进行初使化，初使化完成后它才能正常显示。

如果想在1602液晶的某一个位置显示一个内容，要先对其写入一个指令：

在什么地方显示。

然后再对其写入一个数据：

要显示什么内容。

对1602的液晶初使化，需要用写入指令的方式完成。

4.4.1向1602液晶中写一个指令

voidwrite_com（ucharcom）

{

lcdwr=0;//lcdwr为读写控制端，lcdwr=0,这里可不写

lcdrs=0;//液晶rs接口为0时,写指令，rs为1时写数据

P0=com;//将要写的指令赋给P0口，

delay（5）;//由1602读写操作时序图，先将指令赋给P0口，延时后将使能

lcden=1;端lcden置高，再延时一段时间，然后将lcden置低，这样指令

delay（5）;就写入到LCD了

lcden=0;

}

4.4.2向液晶写数据

voidwrite_data（uchardate），与写指令类似，这里lcdrs设为1

{

lcdrs=1;

P0=date;

delay（5）;

lcden=1;

delay（5）;

lcden=0;

}

4.4.3初使化1602液晶

此函数首先对液晶进行初使化，使其处于待命状态，然后将时钟框架显示出来：

年月日之间的“－”，时分秒之间的“：

”，还有世纪年的高两位。

voidinit_1602（）

{

ucharnum;

lcdwr=0;

lcden=0;

write_com（0x38）;//设置L