电子万年历毕业设计(基于AT89C51单片机和DS1302时钟芯片)

鹤壁职业技术学院毕业设计论文论文题目：电子时钟学院：机电工程学院专业：电气自动化班级：2009级01班学生姓名：贾贯可学号：0902511005指导教师：司新生2011年10月18日目录摘要….…………………………………………………………………….……………3绪论…….….……………………………………………………………….……………5第1章设计要求与方案论证…….………….………………………………71.1引言…….……………………………………………………………….……………71.2功能要求.…………………………..……………………………….………………71.3方案论证…….………………………………………………………..………………7第2章系统硬件电路设计…….…………………………….………………112.1电路设计…….………………………………………………………….…………112.2系统硬件概述…….……………………………………………………………152.3主要单元电路的设计…….………………………………………………………15第3章系统的软件设计…….………………………………….……………223.1程序设计…….……………………………………………………………………223.2程序设计流程图…….……………………………………………………………22第4章结束语…….….………………………………………….……………24附录一（电路原理图）…………………………………………..……………附录二（程序清单）…….…………………………………………………………27摘要随着社会、科技的发展，人类得知时间，从观太阳、摆钟到现在电子钟，不断研究、创新。为了在观测时间，能够了解与人类密切相关的信息，比如星期、日期等，电子时钟诞生了，它集时间、日期、星期等功能于一身，具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。该电子时钟主要采用STC89C52RC单片机作为主控核心，由DS1302时钟芯片提供时钟、LED动态扫描显示屏显示。STC89C52RC单片机是由Atmel公司推出的，功耗小，电压可选用4～6V电压供电；DS1302时钟芯片是美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电功能的低功耗实时时钟芯片，它可以对年、月、日、星期、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；数字显示是采用的LED显示屏来显示，可以同时显示年、月、日、星期、时、分、秒和温度等信息。此外，该电子时钟还具有时间校准等功能。关键词：时钟电路；时钟芯片DS1302；LED动态扫描；单片机STC89C52RC；绪论随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，对时间的要求越来越高，精准数字计时的消费需求也是越来越多。二十一世纪的今天，最具代表性的计时产品就是电子时钟，它是近代世界钟表业界的第三次革命。第一次是摆和摆轮游丝的发明，相对稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小到秒级，代表性的产品就是带有摆或摆轮游丝的机械钟或表。第二次革命是石英晶体振荡器的应用，发明了走时精度更高的石英电子钟表，使钟表的走时月差从分级缩小到秒级。第三次革命就是单片机数码计时技术的应用，使计时产品的走时日差从分级缩小到1/600万秒，从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式，直观明了，并增加了全自动日期、星期的显示功能，它更符合消费者的生活需求！因此，电子时钟的出现带来了钟表计时业界跨跃性的进步……我国生产的电子时钟有很多种，总体上来说以研究多功能电子时钟为主，使万年历除了原有的显示时间，日期等基本功能外，还具有闹铃，报警等功能。商家生产的电子万年历更从质量，价格，实用上考虑，不断的改进电子时钟的设计，使其更加的具有市场。本设计为软件，硬件相结合的一组设计。在软件设计过程中，应对硬件部分有相关了解，这样有助于对设计题目的更深了解，有助于软件设计。基本的要了解一些主要器件的基本功能和作用。除了采用集成化的时钟芯片外，还有采用MCU的方案，利用STC89系列单片微机制成电子电路，采用软件和硬件结合的方法，控制LED数码管输出，分别用来显示年、月、日、时、分、秒，其最大特点是:硬件电路简单，安装方便易于实现，软件设计独特,可靠。STC89C52RC是由ATMEL公司推出的一种小型单片机。95年出现在中国市场。其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，可以很快被中国广大用户接受。本文介绍了基于STC89C52RC单片机设计的电子时钟。首先我们在绪论中简单介绍了单片机的发展与其在中低端领域中的优势以及课题的开发意义；接着介绍了STC89C52RC单片机的硬件结构和本毕业设计所要外扩的LED显示及其驱动方法，并在此基础上实现了时钟基本电路的设计；然后使用单片机C语言进行时钟程序的设计，程序采用模块化结构，使得逻辑关系简单明了，维护方便。第1章设计要求与方案论证1.1引言本文提出了一种基于STC89C52RC单片机的时钟设计方案，本方案以STC89C52RC单片机作为主控核心，与时钟芯片DS1302、按键、LED显示等模块组成硬件系统。在硬件系统中设有独立按键和LED显示器，能显示丰富的信息，根据使用者的需要可以随时对时间进行校准、选择时间等，综上所述此电子时钟具有读取方便、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。1.2功能要求本电子时钟能动态显示年、月、日、星期、小时、分钟、秒1.3方案论证1.3.1技术可行性随着国内超大规模集成电路的出现，微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。集成技术的最新发展之一是将CPU和外围芯片，如程序存储器、数据存储器、并行I/O口、串行I/O口、定时/计数器、中断控制器及其他控制部件集成在一个芯片之中，制成单片计算机（Single-ChipMicrocomputer）。而近年来推出的一些高档单片机还包括有许多特殊功能单元，如A/D、D/A转换器、调制解调器、通信控制器、锁相环、DMA、浮点运算单元、PWM控制输出单元、PWM输出时的死区可编程控制功能等。因此，只要外加一些扩展电路及必要的通道接口就可以构成各种计算机应用系统，如工业流水线控制系统、作为家用电器的主控制器、分布式控制系统的终端节点或作为其主控制节点起中继的作用、数据采集系统、自动测试系统等。单片机的出现，并在各技术领域中得到如此迅猛的发展，与单片机构成计算机应用系统所形成的下述特点有关：1、单片机构成的应用系统有较大的可靠性。这些可靠性的获得除了依靠单片机芯片本身的高可靠性以及应用有最少的联接外，还可以方便地采用软、硬件技术。2、系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统，应用系统有较高的软、硬件利用系数。3、由于构成的应用系统是一个计算机系统，相当多的测、控功能由软件实现，故具有柔性特征，不须改变硬件系统就能适当地改变系统功能。4、有优异的性能、价格比。1.3.2单片机的选择方案一：采用传统的STC89C52RC作为电机的控制核心。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。方案二：采用FTC10F04单片机，还带有非易失性Flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片，市场应用最多。其主要特点如下：8KBFlashROM，可以擦除1000次以上，数据保存10年。由于本系统对CPU运算速度要求很高，需要执行很复杂的运算，方案一成本比较低，适合做设计，方案二运算速度高，性能好，所以两种方案都有可取之处。选用方案一作为主方案，方案二作为备用方案。1.3.3显示模块的选择方案一：使用液晶显示屏显示时间数字。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。但由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片，不易维护。方案二：使用传统的LED数码管显示。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称重轻，精确可靠，操作简单。数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。根据以上的论述，采用方案二。在本系统中，我们采用了八段四位一体数码管串口的动态显示。1.3.4键盘模块的选择在对日期和时间进行切换，对日期和时间进行调节校准过程中，系统需要产生激励电流，因此需要用按键。方案一：使用独立式键盘。独立式键盘是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。方案二：使用矩阵式键盘。矩阵式键盘是由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行线、列线分别连接到按键开关的两端。其特点是简单且不增加成本，这种键盘适合按键数量较多的场合。根据以上的论述，因本系统需要的按键不多，日期加1键，月数加1键，年数加1键，分数加1键，时数加1键，时间/日期切换键，要求简单。所以采用方案一独立式键盘。1.3.5总体方案论证与选择按照系统设计功能的要求，初步确定系统由主控模块、时控模块、及显示模块和键盘接口模块共4个模块组成。主控芯片使用51系列STC89C52RC单片机，时钟芯片使用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟DS1302。采用DS1302作为计时芯片，可以做到计时准确。更重要的是，DS1302可以在很小电流的后备电源（2.5～5.5V电源，再2.5V时耗电小于300nA），而且DS1302可以编程选择多种充电电流来为后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电。显示模块采用普通的共阳极四位一体八段LED数码管。第二章系统硬件电路设计2.2系统硬件概述2.2.1主控制器STC89C52RCSTC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟、机器周期和6时钟、机器周期可以任意选择。主要特性如下：●增强型8051单片机，6时钟、机器周期和12时钟、机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051单片机。●工作电压：5.5V~3.3V●工作频率范围：0~44MHz。●用户应用程序空间为8K字节●片上集成512字节RAM●通用I/O口32个，复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上位，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。●ISP(在系统可编程)/IAP（再应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RXD/P3.0,TXD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。●具有EEPROM功能●具有看门狗功能●共3个16位定时器/计数器。及定时器T0、T1、T2●外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒●通用异步串行口（UART）,还可用定时器实现多个UART●工作温度范围:-40~+85度（工业级）/0~75度（商业级）●PDIP封装2.2.2时钟电路DS1302DS1302的性能特性:●实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行比较；●用于高速数据暂存的31*8位RAM；●最少引脚的串行I/O；●2.5～5.5V电压工作范围；●2.5V时耗小于300nA；●用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式；●简单的三线接口；●可选的慢速充电（至Vcc1）的能力。DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿