电子时钟设计报告.doc

1、目录本次课程设计的目的和意义2电子时钟设计报告41、设计题目数字电子时钟61.1总体的设计要求61.2电子时钟设计要求61.3本设计电子时钟实现的功能62、设计原理及设计方案72.1设计原理72.2重要元件的选择72.3其余元件的选择82.4总体设计方案93、设计过程203.1设计流程203.2元器件的购买203.3电路焊接213.4软件调试过程213.5实物调试过程214、设计心得23作品的使用或操作说明24附录25本次课程设计的目的和意义近年来单片机技术得到的突飞猛进的发展，以单片机为核心设计各种智能化的电子设备，周期短、成本低、易于更新换代、维修方便，已成为电子设中最为普遍的应用手段。此

2、次的单片机课程设计就是要求学生以单片机为核心设计一个简单的电子产品，亲身体验单片机在设计电子产品中的应用。在经过了一个学期对单片机理论的学习，有的仅仅是表层的理论知识，而单片机的学习不仅仅需要刻苦学习的决心，还要注重理论和实践相结合。光会看是不行的，要会写，光会写也是不行的，要会应用。这次的课程设计正是提供给学生一个实战的机会，让学生学习并掌握单片的硬件电路设计技术，应用书本上的理论知识来指导应用技术。在加深对理论知识的理解的同时，通过实践提升应用能力。电子时钟设计报告摘要电子时钟是人们日常生活中常用的计时工具，而数字式电子钟又有其体积小、重量轻、走时准确、结构简单、耗电量少等优点而在生活中被

3、广泛应用，因此本次设计就用STC89C52RC单片机来设计一个数字式电子钟，使其完成年月日、时分秒的显示功能。本次课程设计采用单片机为核心，采用带RAM的实时时钟DS1302，以LCD1602为显示屏，组成简单的电子时钟，该电子时钟走时准确，方便校准，显示清晰。且本次设计加入了人性化的按键调节装置，可以手动调整时间，并设置了闹钟提醒功能，功能齐全，更具有实用性。关键词电子时钟；单片机；DS1302芯片；LCD1602AbstractThe electronic clock is commonly used in daily life timing tool, and a digital ele

4、ctronic clock, which has the advantages of small volume, light weight, accurate, has the advantages of simple structure, low power consumption and other advantages and is extensively used in daily life, so this design using STC89C52RC SCM to design a digital clock, so the completion date, when the m

5、inutes and seconds display function.The curriculum design using the single-chip microcomputer as the core, using RAM real-time clock DS1302, with LCD1602 as display screen, comprising a simple electronic clock, the electronic clock is accurate, convenient calibration, clear display. And the design o

6、f adding humane key regulating device, can be manually adjusted time, and setting the alarm clock to remind function, complete functions, more practical.Key wordElectronic clock; single-chip microcomputer; DS1302 LCD1602 chip;1、设计题目数字电子时钟1.1总体的设计要求（1）、设计、仿真相关电路；（2）、 编写相应程序，必须用汇编语言进行编程；（3）、焊接、调试电路；（4

7、）、编写说明书。1.2电子时钟设计要求（1）、实时显示秒、分、时、年等（可自动或手动设置显示）（2）、具有定时功能（3）、能调整时间、日期（4）、能调整定时时间（5）、时钟走时误差一天少于1分钟1.3本设计电子时钟实现的功能（1）、实时显示秒、分、时、日、月、年（可自动或手动设置显示）（2）、具有定时功能（3）、能调整时间、日期（4）、能调整定时时间，有闹钟功能（5）、时钟走时误差一天少于1分钟2、设计原理及设计方案2.1设计原理电子时钟是以单片机为基础的数字电路实现对时、分、秒的数字显示的数字计时装置,它的计时周期24小时，另外应有校时功能和一些显示日期、闹钟等附加功能。本次设计以12MHZ

8、晶振与C52相连，通过编程实现以24小时为一周期，利用单片机的定时器和计数器产生定时效果，通过DS1302产生数字时钟效果，然后用LCD1602动态扫描显示内部处理的数据。通过端口读入当前外部控制状态来改变程序的不同状态从而实现不同功能。目前电子钟广泛用于各种私人和公众场合,成为我们生活、工作和学习中不可缺少的好帮手。2.2重要元件的选择2.2.1单片机芯片的选择方案方案1：采用89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作。方案2：采用C52芯片,片内ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51系列单

9、片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间，同样具有89C51的功能，且性价比更高。 所以选择采用89C52作为主控制系统。2.2.2显示方案方案1：采用单片机作为控制单元，用LED数码管显示，LED数码管是由两个七段四位BTA5461BH和两个七段两位BTA5261BH的组成，对于显示数字比较适合。如果要完成年月日、时分秒的显示，至少需要有4组数码管。电路较为复杂，而且难以看清显示的位置，难以实现闹钟功能。如下图所示：方案2：采用单片机作为控制单元，采用LCD1602显示。液晶显示屏LCD体积笑，质量轻，功耗较低，且电路设计起来更加方便，编程实现闹钟等其他功能更加方便。如下图所示：正

10、常显示 闹钟显示可见方案2更加人性化，更加方便，本设计采用LCD1602作为显示器。2.2.3时钟芯片的选择方案方案一：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,位的RAM做为数据暂存区，工作电压2.5V5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA。所以本设计选择采用DS1302芯片。2.3其余元件的选择2.3.1按键

11、本设计采用独立式按键。如果设置过多按键，将会占用较多I/O口，而且会给布线带来不便，因此，此方案适用于按键较少的情况。如果选择此方案，由于按键较少，在修改时间或设置闹铃时间时就不能直接输入，只能通过加或减完成，稍为麻烦一些，但其程序简单。2.3.2电源如果是用电池供电，就比较方便携带，但是本系统，采用了数码管作为显示器，功耗较大，需要经常更换电池。况且，本系统的体积较大，即使使用电池供电也不能随身携带，因此，用电池供电不大合适，所以用5V外部稳压DC电源来供电。2.3.3蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备

12、、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 ；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。2.3.4三极管类型：NPN耗散功率：0.625W（贴片：0.3W）集电极电流：0.5A基极电压：40V发射极击穿电压：25V发射极饱和电压： 0.6V特征频率f ： 最小150MH2.3.5自锁开关常见自锁按钮开关自锁开关是一种常见的按钮开关。在开关按钮第一次按时，开关接通并保持，即自锁，在开关按钮第二次按时，开关断开，同时开关按钮弹出来。2.4总体设计方案2.4.1电路设计2.4.1.1总电路设计框图LCD1602

13、间接驱动STC89C52单片机晶振按键蜂鸣器DS13022.4.1.2总体的电路设计如图所示2.4.1.3时钟电路设计1、DS1302的引脚连接 DS1302采用8脚DIP封装，各个引脚的排列和作用如下： 引脚使用说明备注VCC2接主电源5VX1外接32768HZ的石英晶振X2GND接地VCC1接备用电池低于主电源SCLK串行时钟输入接单片机P1.6引脚I/O数据输入/输出接单片机P1.7引脚RST复位/通信允许接单片机P1.5引脚2、DS1302的命令字节D7D6D5D4D3D2D1D01RAM/CKA4A3A2A1A0RD/W控制字节的高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据

14、写入DS1302中，位6如果0，则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输出。3、DS1302的通信DS1302与C52之间通过I/O线进行同步串行数据传送，SCLK为串行通信时的位同步时钟，一个SCLK脉冲传送一位数据。每次数据传送都以字节为单位，低位在前，高位在后，传送一个字节需要8个SCLK脉冲。采用单字节方式传送时序，在RST=1期间，单片机先向DS1302发送一个命令字节，紧接着发送一个字节的数据，DS1302在接受命令字节后自动将数据写入指定的片内地址或从该地

15、址读取数据。4、DS1302的寄存器2.4.1.4按键电路设计为了实现时间调整的功能，本电子时钟设置4个按键，分别是MOSHI(模式)键，用于确定调节的位置，JIA(加)键，JIAN(减)键，以及进入调整闹钟时间界面的按键。另外，为了外部中止闹钟的功能，增加了一个中止蜂鸣器鸣响的按键。所以本电路有5个按键，分布如下图：2.4.1.5显示电路设计1、LCD1602的引脚连接引脚使用说明备注VDD接电源正极5VVSS接地VL液晶显示偏压RS数据/命令选择接单片机P2.1引脚R/W读/写选择接单片机P2.2引脚E使能信号接单片机P2.3引脚D0背光源正极D1背光源负极2.4.2程序设计2.4.2.1

16、主程序框图（程序清单见附录）N设定定时器初值，每隔一秒读取一次DS1302的数值，送入显示缓存调用子程序初始化DS1302,初始化LCD1602，设置固定显示设置初始日期并写入DS1302,并显示全部C52初始化开中断显示全部走时Y返回进入闹铃子程序是否到了闹钟时间将新调整好的时间送入DS1302YN进入按键子程序，调整时间或闹钟时间是否有按键中断开始2.4.2.2 DS1302程序框图读/写DS1302程序框图，此处以读程序为例 单字节传送子程序 开始开始返回YNR4减1，是否为0设置一个时钟脉冲，输送一个字节R4=8NY返回R7减1，是否为0R0加1，指向下一个地址， R1加2，为读下一个

17、寄存器的命令字节允许通信，开始写入数据，调用单字节传送子程序R7=7,R0=MIAO(78H)，R1=81H（读秒寄存器的命令字节）2.4.2.3 LCD1602程序框图初始化LCD1602程序框图 写指令/数据程序框图 判断忙程序框图开始开始开始P0=0FFH,RS=0,E=0,RW=1选通指令/数据寄存器，设置写入显示清屏，调用写指令程序，写入命令自己01H延时判断忙标志Y显示回车，数据指针清零，命令字节02HE=1NYYP0.7是否为高电平写入设置为16*2显示，5*7点阵，8位数据接口，命令字节38HN返回返回设置写一个数据时地址指针自动加一，命令字节06H设置开显示，不开光标，命令字

18、节0CH返回固定显示程序框图（举例固定显示“D”） 正常显示程序框图(举例显示年)开始开始寄存器NIAN中数据送入显示缓冲调用写指令子程序将显示相应地址的命令字节写入,此处为81H调用写数据子程序，写入显示调用字库中的“D”返回写入并显示年的低位调用写指令子程序将显示相应地址的命令字节写入,此处为88H（年高位的显示地址）调用写数据子程序，写入显示年的高位调用写指令子程序将显示相应地址的命令字节写入,此处为87H（年高位的显示地址）调用转化子程序，将BCD码转化为显示屏能识别的AS码返回2.4.2.4按键程序框图扫键程序框图（此处只反应到加减分和时，如果是加日、月、年，只要继续键扫即可） N继

19、续键扫YN进入加时子程序进入加SHI子程序NYNYJIAN键是否按下JIA键是否按下MOSHI键是否按下N进入加FEN子程序Y进入减分子程序JIAN键是否按下NJIA键是否按下YMOSHI键是否按下开始加减键程序框图，例：加天程序框图NDAY=01HNY返回NYNYDAY=31?NDAY=32?YYDAY=29?DAY=30?YYN判断是否为31日的月份N判断是否为闰年29、判断是否为2月YUE的数据送给累加器A累加器A的数据加1，送回给DAY将DAY的数据放入累加器A调用写指令子程序将显示相应地址的命令字节写入,此处为8EHY判断加键是否按下开始2.4.2.5闹钟程序框图开始YYN是否有按键

20、按下返回Y响铃一分钟，开始计数N是否到了闹铃时间3、设计过程3.1设计流程编写程序文献查找、方案讨论、比较总体方案设计，硬件电路设计焊接电路板购买元件硬件电路仿真开总结大会，书写报告，准备答辩实物调试，根据实际情况做修正3.2元器件的购买我们去到了岗顶的电子数码城中的赛格电子那里购买了元件。元件清单如下：电子元件数量单价印刷电路板17LCD1602显示器115STC89C5215DS130211.5蜂鸣器11自锁开关20.5按键50.1三极管10.5DC接口10.5DC电源15USB转串口110电阻10K100.5LED100.1晶振20.5电线500.05电容30.53.3电路焊接1、 清洁

21、焊接扳，加热电烙铁。首先将各个元件插在电路板上，保证元件与电路板基本贴紧，然后将每个元件焊紧。在焊接之前应该要先想好布局，考虑到元件与元件之间的连接空间的问题，尽量用较少的电线，以免产生干扰。2、 之后查阅有关书籍，对照电路原理图，找好每个元件的引脚位置，一一对应连接起来。在这里要特别注意看清楚元件的引脚分布，注意要将各元件的连接是按照电路原理图来焊接的。3、 完成之后，利用万用电表对每个触点进行测试，看看没有短路的现象。3.4软件调试过程3.4.1在protues画电路图3.4.2在keil输入程序3.4.3联机仿真3.5实物调试过程 在把程序拷到单片机之后，发现显示的效果会基本一样，但是会

22、在读数据的时候出现乱码，经过问老师，老师说可能是在时序上可能有问题，但是在经过仔细寻找和重新写程序之后还是无法将问题解决，现在的最终实物还是有一点瑕疵，就是显示正常时间有个别位置会出现乱码。3.5.1把程序下载到芯片3.5.2实物调试成果4、设计心得作品的使用或操作说明功能说明：（1）、实时显示秒、分、时、日、月、年（可自动或手动设置显示）（2）、具有定时功能（3）、能调整时间、日期（4）、能调整定时时间，有闹钟功能（5）、时钟走时误差一天少于1分钟电源使用说明 本电子时钟采用DC电源接口，只要接电就能正常工作。按键使用说明本电子时钟共有6个按键，包括：总开关1个，控制整个电路的开关。调整时间开关4个，分别是MOSHI(模式)键、JIA(加)键、JIAN(减)键以及进入调整闹钟时间界面的GONGNENG按键。MOSHI键用于确定调节的位置，按下一次则为调整分，按下两次为调整时，按下三次为调整日，以此类推。数字的大小按加减键进行调整，按一下加/减1。按下GONGNENG按键即可进入调整闹钟时间界面，同样是利用加减键进行加减。中止闹钟按键1个，按下后蜂鸣器中止鸣响。按键分布图如下：附录28