课程设计（论文）单片机数字闹钟电子表设计报告.doc

单片机数字闹钟/电子表设计报告一、设计意义随着生活水平的提高，人们越来越追求人性化的事物，传统的时钟已不能满足人们的需求现代的数字钟不仅需要模拟电子技术，而且需要数字电路技术和单片机技术，增加了数字显示等的功能单片机电子钟表电路可以由单片机模块、实时时钟电路模块、人机接口模块、报警模块等部分组成，硬件电路简单稳定，并可以利用软件编程减小电磁干扰和其他环境干扰的影响，减小因元器件精度不够引起的误差等优点，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，电路简单，使用寿命长，应用范围广，被广泛用于个人家庭、车站、码头、办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，数字钟表的精度远远超过老式机械钟表，给人们生产生活带来了极大的方便另一方面，由于单片机技术的使用，大大扩展了钟表原先的功能，可以提供定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制及各种定时电气的自动启用功能等因此，研究数字钟表及扩大其应用，有着非常现实的意义二、本设计功能描述1、采用STC89C52单片机作为主控芯片，实现数字钟表主控功能2、采用液晶屏显示当前年、月、日、时、分、秒，闹铃时间及状态等信息。

3、采用六键键盘设定时间初始值，具体方法是按时间设定键依次进入年、月、日、时、分、秒设定状态，然后通过向上、向下键修改设定值正在设定的变量以闪烁状态突出显示4、采用六键键盘设定闹铃时间，具体方法是按闹铃设定键依次进入时、分设定状态，然后通过向上、向下键修改设定值正在设定的变量以闪烁状态突出显示5、采用DS1302实时时钟芯片完成后台计时功能，要求具有后备电源，即使主电源掉电时间仍然保持运行6、可设定闹铃使能，具体方法是按闹铃使能键，按一次打开，再按一次关闭闹铃使能关闭时不报警7、当闹铃使能打开，且当前时间到达闹铃设置时间，则蜂鸣器和LED红灯同时报警，如不按取消键，报警时间为1分钟报警状态可以通过按取消键退出8、系统通过USB电源供电，单片机程序也可通过USB线串行下载三、相关基础介绍1．DS1302芯片(1) DS1302的性能特性l 实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数；l 用于高速数据暂存的31×8位RAM；l 最少引脚的串行I/O；l 2.5～5.5V电压工作范围；l 2.5V时耗电小于300nA；l 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；l 简单的3线接口；l 可选的慢速充电（至Vcc1）的能力。

DS1302时钟芯片包括实时时钟/日历和31字节的静态RAM它经过一个简单的串行接口与微处理器通信实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息对于小于31天的月和月末的日期自动进行调整，还包括闰年校正的功能时钟的运行可以采用24h或带AM（上午）/PM（下午）的12h格式采用三线接口与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DS1302有主电源/后备电源双电源引脚：Vcc1在单电源与电池供电的系统中提供电源，并提供低功率的电池备份；Vcc2在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式中Vcc1连接到备份电，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据DS1302由Vcc1或Vcc2中较大者供电当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电；当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电2) DS1302数据操作原理 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的上升沿被输出无论是读周期还是写周期，开始8位指定40存器中哪个将被访问到在开始8个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器之后，另外的始终周期在读操作时输出数据，在写操作时写入数据。

时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8，在多字节方式下为8加字节数，最大可达248字数 如果在传送过程中置RST脚为低电平，则会中止本次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态上电运行时，在Vcc≧ 2.5V之前，RST脚必须保持低电平只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平DS1302的引脚及内部结构图如图1所示 图1 DS1302引脚图及内部结构DS1302的引脚功能如表1所示表1 DS1302引脚功能引脚号引脚名称功能1Vcc2主电源2，3X1，X2震荡源，外接32.768kHz晶振4GND地线5RST复位/片选线6I/O串行数据输入/输出端（双向）7SCLK串行数据输入端8Vcc1后备电源DS1302的控制字如图2所示控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1；如果它为0则不能把数据写入到DS1302中位6如果为0则表示存取日历时钟数据；为1表示存取RAM数据位5～1（A4～A0）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入/输出图2 DS1302的控制字DS1302的读写时序如图3所示为了提高对32个地址的寻址能力（地址/命令位1～5 = 逻辑1），可以把时钟/日历或RAM寄存器规定为多字节（burst）方式。

位6规定时钟或RAM，而位0规定读或写在时钟/日历寄存器中的地址9～31或RAM寄存器中的地址31不能存储数据在多字节方式中，读或写从地址0的位0开始必须按数据传送的次序写最先的8个寄存器但是，当以多字节方式写RAM时，为了传送数据不必写所有31字节，不管是否写了全部31字节，所写的每一字都将传送至RAM图3 DS1302数据读/写时序DS1302共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式其日历、时间寄存器及其控制字见表2，其中奇数为读操作，偶数为写操作表2 内部寄存器地址和内容寄存器名命令字节取值范围寄存器内容写读76543210秒寄存器80H81H00～59CH10sSEC分寄存器82H83H00～59010minMIN[小]时寄存器84H85H00～23或01～1212/24010A/PHRHR日期寄存器86H87H01～28，29，30，310010DATEDATE月份寄存器88H89H01～1200010MMONTH周寄存器8AH8BH01～0700000DAY年寄存器8CH8DH00～9910YEARYEAR时钟暂停：秒寄存器的位7定义位时钟暂停位。

当它为1时，DS1302停止振荡，进入低功耗的备份方式通常在对DS1302进行写操作时（如进入时钟调整程序），停止振荡当它为0时，时钟将开始启动AM-PM/12-24小时方式：小时寄存器的位7定义为12或24小时方式选择位它为高电平时，选择12小时方式在此方式下，位5是AM/PM位，此位是高电平时表示PM，低电平表示AM在24小时方式下，位5为第二个10小时位（20～23h） DS1302的晶振选用32.768kHz，电容推荐值为6pF，因为振荡频率较低，也可以不接电容，对记时精度影响不大2．STC89C52单片机(1) STC89C52 单片机概述STC89C52系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路2) STC89C52 单片机特点l 增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；l 工作电压： 5.5V - 3.5V（5V单片机）；l 工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的 0～80MHz；l 用户应用程序空间 4K//8K/16k/32K/64K字节；l 片上集成1280字节 RAM；l 通用I/O口（32/36个），复位后为准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）；l ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器。

l 每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA；l 可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；l 有EEPROM功能；l 看门狗；l 内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）；l 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器；l 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟；l 常温下内部R/C 振荡器频率为：5.0V 单片机为： 11MHz ～ 17MHz；l 共4个16位定时器，两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器；l 外部中断I/O口4路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒；l 通用全双工异步串行口(UART) ；l 工作温度范围：-40 ~ +85℃(工业级) / 0 ~ 75℃(商业级) ；l 封装：PDIP-40, PLCC-44 (3) STC89C52 单片机管脚及封装STC89C52 单片机有多种封装形式，本设计中选用40DIP封装，其管脚定义如图4所示。

其最小应用系统如图5所示图4 STC89C52 管脚图 图6 最小应用系统四、Portel硬件开发软件Protel是目前国内最流行的通用EDA软件，它是将电路原理图设计、PCB板图设计、电路仿真和PLD设计等多个实用工具软件组合后构成的EDA工作平台，是第一个将EDA软件设计成基于Windows的普及型产品它集成了软件界面、仿真功能和PLD设计和信号完整性分析，在此基础上Protel 99SE又增加了一些新的功能，用户使用更加方便灵活Protel的功能十分强大，在电子电路设计领域占有极其重要的地位它以其强大功能和实用性，逐渐获得广大硬件设计人员的青睐，是目前众多EDA设计软件中用户最多的产品之一1．Protel软件组成Protel软件主要由电路原理图设计模块、印制电路板设计模块（PCB设计模块）、电路信号仿真模块和PLD逻辑器件设计模块等组成，各模块具有强大的功能，可以很好的实现电路设计与分析1) 原理图设计模块（Schematic模块）电路原理图是表示电气产品或电路工作原理的重要技术文件，电路原理图主要由代表各种电子器件的图形符号、线路和结点组成图4.1所示为一张电路原理图该原理图是由Schematic模块设计完成的。

Schematic模块具有如下功能：丰富而灵活的编辑功能、库编辑及完善的库管理功能、强大的设计自动化功能、支持层次化设计功能等 (2) 印制电路板设计模块（PCB设计模块）印制电路板（PCB）制板图是由电路原理图到制作电路板的桥梁设计了电路原理图后，需要根据原理图生设计成印制电路板的制板图，然后在根据制板图制作具体的电路板印制电路板设计模块具有如下主要功能和特点：可完成复杂印制电路板。