1、單片機設計安陽工學院單片機基礎課程大作業課題名稱：用單片機設計日歷和時鐘院系：電子信息與電氣工程學院專業班級：2010級自動化（2）班姓名：李好飛學號：201002010107成績（教師填寫）：2012 年 6月 7日摘要: 本設計是基于51系列的單片機進行的實時日歷和時鐘顯示設計，可以顯示年月日時分秒及周信息，具有可調整日期和時間功能。在設計的同時對單片機的理論基礎和外圍擴展知識進行了比較全面準備。實時日歷和時鐘顯示的設計過程在硬件與軟件方面進行同步設計。硬件部分主要由at89s52單片機，led顯示電路，以及調時按鍵電路等組成，系統通過led顯示數據，所以具有人性化的操作和直觀的顯示效果。

2、軟件方面主要包括時鐘程序、鍵盤程序，顯示程序等。本系統以單片機的匯編語言進行軟件設計，為了便于擴展和更改，軟件的設計采用模塊化結構，使程序設計的邏輯關系更加簡潔明了，以便更簡單地實現調整時間及日期顯示功能。所有程序編寫完成后，在wave軟件中進行調試，確定沒有問題后，在proteus軟件中嵌入單片機內進行仿真。關鍵詞：at89s52； ds1302； led10目錄1概述12設計方案論證12.1功能要求12.2方案確定22.2.1單片機芯片的選擇方案和論證22.2.2顯示模塊選擇方案和論證22.2.3時鐘芯片的選擇方案和論證32.2.4電路設計最終方案確定33硬件設計33.1電路設計框圖33.

3、2系統概述43.3電源設計43.4單片機的復位電路43.5單片機系統的晶振電路53.6主電路設計54軟件設計64.1主程序設計74.2日歷時鐘子程序設計84.3顯示子程序設計9參考文獻10-1概述在日新月異的21世紀里，家用電子產品得到了迅速發展。許多家電設備都趨于人性化、智能化，這些電器設備大部分都含有cpu控制器或者是單片機。單片機以其高可靠性、高性價比、低電壓、低功耗等一系列優點，近幾年得到迅猛發展和大范圍推廣，廣泛應用于工業控制系統、通訊設備、日常消費類產品和玩具等。并且已經深入到工業生產的各個環節以及人民生活的各個方面，如車間流水線控制、自動化系統等、智能型家用電器（冰箱、空調、彩電

4、）等。用單片機來控制的小型家電產品具有便攜實用，操作簡單的特點。時鐘，自從它發明的那天起，就成為人類的朋友，但隨著時間的推移，科學技術的不斷發展，人們對時間計量的精度要求越來越高，應用越來越廣。怎樣讓時鐘更好的為人民服務，怎樣讓我們的老朋友煥發青春呢？這就要求人們不斷設計出新型時鐘。本文設計的日歷和時鐘的顯示廣泛用于小型智能家用電子產品，如電子鐘。利用單片機進行控制，實時時鐘芯片ds1302進行記時，外加掉電存儲電路和顯示電路，可實現時間的調整和顯示。電子鐘既可廣泛應用于家庭,也可應用于銀行、郵電、賓館、醫院、學校、企業、商店等相關行業的大廳，以及單位會議室、門衛等場所。因而，此設計具有相當重

5、要的現實意義和實用價值。2設計方案論證2.1功能要求1、能顯示年、月、日、時、分、秒、星期2、能對時間進行手動修正3、采用24小時制4、使用led顯示時間參數5、上電后，電子鐘顯示“2010年 1月 1日” “1時 1分 1秒 星期1”對時，分，秒，日，月，年高位為0時做消隱處理，只顯示單個數字以增強其可讀性。2.2方案確定2.2.1單片機芯片的選擇方案和論證方案一: 采用89c51芯片作為硬件核心，采用flash rom，內部具有4kb rom 存儲空間,能于3v的超低壓工作,而且與mcs-51系列單片機完全兼容,但是運用于電路設計中時由于不具備isp在線編程技術, 當在對電路進行調試時，由

6、于程序的錯誤修改或對程序的新增功能需要燒入程序時，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。方案二:采用at89s52,片內rom全都采用flash rom；能以3v的超底壓工作；同時也與mcs-51系列單片機完全該芯片內部存儲器為8kb rom 存儲空間，同樣具有89c51的功能，且具有在線編程可擦除技術，當在對電路進行調試時，由于程序的錯誤修改或對程序的新增功能需要燒入程序時，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞。所以選擇采用at89s52作為主控制系統.2.2.2顯示模塊選擇方案和論證方案一：采用led液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,

7、但是價格昂貴,需要的接口線多,所以在此設計中不采用led液晶顯示屏。方案二：采用點陣式數碼管顯示，點陣式數碼管是由八行八列的發光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數字顯得太浪費,且價格也相對較高,所以也不用此種作為顯示。方案三：采用led數碼管動態掃描,led數碼管價格適中,對于顯示數字最合適,而且采用動態掃描法與單片機連接時,占用的單片機口線少。所以采用了led數碼管作為顯示。2.2.3時鐘芯片的選擇方案和論證方案一：直接采用單片機定時計數器提供秒信號，使用程序實現年、月、日、星期、時、分、秒計數。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節約成本，但是，實現的時間誤差較大。所以不采用此方

8、案。方案二：采用ds1302時鐘芯片實現時鐘，ds1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償的年進行計數，而且精度高,位的ram做為數據暫存區，工作電壓2.5v5.5v范圍內，2.5v時耗電小于300na.2.2.4電路設計最終方案確定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 以單片機at89s52為主控制器，時間數據是通過時鐘芯片ds1302來讀取，并通過led數碼管顯示出來，并用鍵盤來完成對當前時間的調整。3硬件設計3.1電路設計框圖at89s52主控制模塊ds1302時鐘模塊led數碼管動態掃描顯示模塊鍵盤模塊復位電路時鐘電路圖3-13.2系統概述本

9、電路是由at89s52單片機為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在3v超低壓工作；時鐘電路由ds1302提供，它是一種高性能、低功耗、帶ram的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5v5.5v。采用三線接口與cpu進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或ram數據。ds1302內部有一個31*8的用于臨時性存放數據的ram寄存器。可產生年、月、日、周日、時、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點，同時具有掉電自動保存功能；顯示部份由15個數碼管，74hs138、74ls244構成。使用動態掃描顯示方式對數字的顯

10、示。硬件的結構和可靠性直接影響著整個系統的可靠性，所以合理的安排電路能提高電子產品的性能。3.3電源設計在這里因設計分工和側重點不同，電源模塊用通用的5v變壓器。3.4單片機的復位電路圖3-2手動復位電路在系統運行的過程中，有時可能對系統需要進行復位，為了避免對硬件系統經常加電和斷電造成的損害，設計了手動的復位電路。如圖4-2所示。這種電路的設計，在系統的運行過程中需要復位時，只需使開關閉合，在rst端就會出現一定時間的高電平信號，從而使單片機實現復位。3.5單片機系統的晶振電路單片機必須在時鐘的驅動下才能進行工作。mcs-51系列單片機內部都有一個時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產生一定頻

11、率的時鐘信號送到單片機的內部的各個單元，決定單片機的工作速度。圖4-3就是內部時鐘工作方式的電路圖，這是一種常用的方式。這種方式是外界振蕩源，本設計就采用這種外接晶振的方法。電路中的兩個電容的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振（c1 c2的值大，起振的速度慢；反之，速度快。）；二是對振蕩器的頻率起到微調的作用（c1 c2的值大，頻率略有減少，反之，頻率略有提高）。c1 c2的值采用30pf。圖3-3單片機內部晶振電路連接圖 3.6主電路設計主電路的功能是完成年、月、日、星期、時、分、秒之間的轉換， 再送往led顯示，并且接受鍵盤操作，對日期和時間進行校正。電路原理圖如圖4-4所示，顯示部分用p0口

12、做為輸出數據接到led數碼管a到h，并接74ls244做為各段的驅動（為了簡化電路圖在此用了8個上拉電阻代替74ls244）。用p3口的低3位接譯碼器的a0,a1,a2端，用p3.3,p3.4,p3.5分別接譯碼器的使能端，通過控制p3口來控制led的動態掃描。單片機的18和19引腳接12mhz的晶振，并接兩個22pf的電容同時接地，單片機復位端接一極性電容并連接到電源處，在極性電容的負極接一10k的電阻，并連接至地做為放電用。本設計用到四個獨立式鍵盤分別接到p1口的低4位，用p1口的p1.4,p1.5,p1.6接日歷時鐘的使能端和時鐘端及數據輸入輸出口，并在日歷時鐘上接一32.768khz的

13、晶振，并接兩個22pf的電容終端和地相連，各芯片的電源部分分別接到有開關式電源產生的5v電源上，芯片的接地端都接在公共地上，在這里接電源部分就不再一一詳述。設計采用動態顯示，輪流掃描各個led使之顯示相應的數型碼，當掃描頻率大于人眼所能識別的頻率時就看不到閃爍現象。動態顯示的亮度不如靜態顯示，但靜態顯示占用的i/o口資源較多，往往用移位寄存器74ls164等來擴充其i/o口不足的情況，當顯示位數較多時，這樣勢必增加硬件開銷，增大成本，不利于開闊市場。本設計的突出之處在于硬件電路簡單，大大減少了硬件開銷，這樣又勢必增加了軟件開發的難度，但降低了成本有利于市場的開闊。圖3-4電路原理圖4軟件設計軟

14、件的設計是設計控制系統的應用程序。其任務是在整體設計和硬件設計的基礎上，確定程序結構，分配內ram資源，劃分功能模塊，然后進行主程序和各模塊程序的設計，最后連接起來成為一個完整應用程序，與硬件相結合完成相應功能。4.1主程序設計主程序才用模塊化設計，流程圖如圖5-1所示。從上面主程序看出，主程序的組成是通過分別調用各子程序組成總體系統功能，能很直觀的看出主程序所要完成的功能，首先是初始化各模塊，之后調用鍵盤完成時間的調整，調用日歷子程序完成日歷時鐘的初始化和時間數據的讀寫，調用顯示子程序顯示數據，最后又轉到鍵盤程序來回循環。初始化部分主要有初始化定時器部分和和一些寄存器、標志位、初始化時間等。

15、對定時器t0初始化時，首先置初值，cpu開中斷，定時器t0開中斷，并且開始計數，而對定時器t1初始化時，首先置初值，定時器t1關中斷，并且停止計數，只有收到命令時才能產生中斷。開始初始化t0并開中斷初始化t1并關中斷寄存器初始化標志位初始化初始化時間調鍵盤子程序調日歷子程序調顯示子程序結束寄存器的初始化主要是初始化執行程序時用到的部分ram空間，防止程序執行時帶來混亂。標志位初始化是對時間調整時判斷是調分還是調時等而專設的位標志，初始化過程中標志位全部置0，即開始時是處于顯示狀態，而不是調整狀態，這一點在程序中相當明了。初始化時間是開機時顯示的時間，并通過調用日歷時鐘的寫程序來完成時間的置初值

16、。上圖為圖4-1程序流程圖4.2日歷時鐘子程序設計ds1302與cpu的連接需要三條線，即sclk(7)、i/o(6)、rst(5)。日歷時鐘ds1302的讀寫需要初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數據的傳輸都是從主機啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送是低位在先。讀寫都是16位數據高8位是地址低8位是數據，在讀寫時要嚴格遵從其讀寫時序，否則讀寫將會失效。當rst為高電平時，所有的數據傳送被初始化，允許對ds1302進行操作。如果在傳送過程中rst置為低電平，則會終止此次數據傳送，i/o引腳變為高阻態。上電運行時，在vcc2.5v之

17、前，rst必須保持低電平。只有在sclk為低電平時，才能將rst置為高電平，這一點我們要一定注意。當rst置為高電平時，在串行時鐘的sclk的上升沿，ds1302從i/o端口讀入一位數據，8個串行時鐘脈沖就可以讀入一字節的數據。在串行時鐘的下降沿，ds1302向i/o端口輸出一位數據，8個串行時鐘脈沖就可以輸出一字節的數據。顯示子程序設計電子產品是否實用其中顯示占了很重要的地位，很多數人都渴求用視覺效果好，范圍廣，直觀明了，led符合以上的要求，但相應的硬件設計相對復雜。rst置1開 始發送1位命令碼命令碼8位送完？寫一位數據數據寫完？rst置0（a）時鐘寫結 束開 始rst置1發送1位命令碼

18、命令碼8位送完？讀一位數據數據讀完？rst置0結 束（b） 時鐘讀圖4-2 日歷時鐘的寫和讀nyyyynnn4.3顯示子程序設計本設計的顯示部分具有消隱和閃爍功能，當時分秒等高位為0時顯示消隱， 此時在讀時間時更加明了，但低位不能顯示消隱。閃爍功能也是本設計的一個難點，本設計采用8個位標志位，其中一個標志位通過用定時器0產生一個周期大約為每秒1.5次，使閃爍時效果達到最好。此時定時器采用定時中斷的工作方式，這樣可以充分利用cpu資源。另外7個標志位是時分秒等的位標志位，當秒標志位置1時即秒開閃爍，與用中斷產生的標志位相結合，即在一個周期內為0時此時消隱為1時開顯示，這樣就使在調時間時對應的位閃爍。參考文獻01何宏主編.單片機原理與接口技術.北京：國防工業出版社.2006.0702楊西明,朱騏主編.單片機編程與應用入門.北京:機械工業出版社.2004.0603先鋒工作室編著.單片機程序設計實例.北京:清華大學出版社.2003.0104謝宜仁主編.單片機實用技術問答.北京:人民郵電出版社.2003.0205孫江宏,李良玉等編著.