电子综合设计基于-单片机多功能数字时钟地设计(附完整程序~).doc

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1、-_课题：课题：基于 51 单片机的多功能数字时钟系统设计一、一、 概述、设计思路概述、设计思路该设计方案是以 MC51 单片机为核心，采用 LCD 液晶屏幕显示系统，辅以闹钟模块，温度采集模块、日期提醒、键盘时间调整预设置等模块，所构建的数字时钟系统，能动态显示实时时钟的时、分、秒，数据显示(误差限制在 30 每天)，对闹铃方式与温度调节模块进行了重点设计 实现SB0、SB1、SB2、SB3 四个键实现时钟正常显示，调时，及闹钟时间设置。本系统设计大部分功能有软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性也得大大提高。二二、系统组成与工作原理系统组成与工作原理1、工作原理：本设计采用 STC89C5

2、1 单片机作为本次课程设计的控制模块。单片机可把由DS18B20、DS1302、AT24C02 中的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历和闹铃的显示。以 LCD 液晶显示器为显示模块，把单片机传来的的数据显示出来，并且显示多样化，在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。2、总是设计框架图：-_图二：系统总体电路图三、单元电路的设计与分析三、单元电路的设计与分析整个电子时钟系统电路可分为六大部分：中央处理单元（CPU）、复位电路部分、显示部分、键盘输入部分、温度采集部分。1、MCS-51 单片机89S51 各引脚功能介绍：各引脚功能介绍：VCC： 89

3、S51 电源正端输入，接+5V。 VSS： 电源地端。 XTAL1： 单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 XTAL2： 系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只 要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系 统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰 而死机。AT89S51 -_RESET： 89S51 的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电 平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51 便能完成系统重置的各项动作，使得内部特 殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址 0000H 处开

4、始读入程序代码而执行程 序。 EA/Vpp： “EA“为英文“External Access“的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就 是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部 EPROM 中）来执行程 序。因此在 8031 及 8032 中，EA 引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如 果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至 8751 内部 EPROM 时，可以利用此引脚来输入 21V 的烧录高压（Vpp） 。 ALE/PROG： 端口 3 的管脚设置： P3.0：RXD，串行通信输入。 P3.1：TXD，串行通

5、信输出。 P3.2：INT0，外部中断 0 输入。 P3.3：INT1，外部中断 1 输入。 P3.4：T0，计时计数器 0 输入。 P3.5：T1，计时计数器 1 输入。 P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。 P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。2、复位电路MCS-51 单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚 RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的 S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。上电复位：上电复位电路是种简单的复位电路，只要在 RST 复位引脚接一个电容到VCC，

6、接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST 复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着 VCC 对电容的充电过程而回落，所以 RST 引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST 引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。电路图如下：-_上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要 Vcc 的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。3、时钟电路时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定

7、性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式。电路图如下：MCS-51 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚 XTAL1，输出端为引脚 XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。4、显示电路采用 LCD 显示，LCD 显示具有丰富多样性，灵活性，电路简单、易于控制而且功耗-_小，对于信息量多的系统，是比较适合的,LCD 液晶显示模块采用 LCD1602 型号，具有很低的功耗，正常工作室电流仅 2.0mA/5.0V。通过编程实现总动关闭屏幕能够更有效地降低功耗

8、。LCD1602 分两行显示，每行可现实多达 16 个字符，其内部的字符发生器已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，通过内部指令可实现对其显示多样的控制。5、 按键电路按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的 I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处-_于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关，一般在 5-10ms 之间。为了避免 CPU 多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。本文采用的是独立式按键，直接用 I/O 口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O 口线，

9、每个按键的工作状态不会产生互相影响。电路图如下：P1.0 口表示功能移位键，按键选择要调整的时十位、时个位、分十位或分个位。 P1.1 口表示数字“+“键，按一下则对应的数字加 1。P1.2 口表示数字“-”键，按一下则对应的数字减 1。P1.3 口表示时间表的切换，程序默认为日常时间表，当按下该开关，使输入为低电平时，表示当前执行的是考试时间表，并有绿发光二极管显示。再按键，使键抬起，输入维高电平时，表示当前执行的是日常作息时间表，用红发光二级管显示。6、温度采集部分此部分选用DS18B20 传感器，主要由四部分组成：64 位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和TL、配置寄存器

10、。有三个管脚：DQ 为数字信号输入/输出端；GND 为电源地；VDD 为外接供电电源输入端。电源有两种接法：1）远端因入；2）寄生电源方式。它是支持“一线总线”接口的温度传感器，测量温度范围为-55C+125C，在-10+85C 范围内，可编程为9 位12 位A/D 转换精度，工作电压在3V5V 之间。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。-_#软件设计：软件设计：#include #include /#include “LCD1602.h“/#include “DS1302.h“#define uint unsigned int#define uchar uns

11、igned charsbit DS1302_CLK = P17; /实时时钟时钟线引脚 sbit DS1302_IO = P16; /实时时钟数据线引脚 sbit DS1302_RST = P15; /实时时钟复位线引脚sbit wireless_1 = P30;sbit wireless_2 = P31;sbit wireless_3 = P32;sbit wireless_4 = P33;sbit ACC0 = ACC0;sbit ACC7 = ACC7;char hide_sec,hide_min,hide_hour,hide_day,hide_week,hide_month,hide_

12、year; /秒,分,时到日,月,年位闪的计数sbit Set = P20; /模式切换键sbit Up = P21; /加法按钮sbit Down = P22; /减法按钮sbit out = P23; /立刻跳出调整模式按钮sbit DQ = P10; /温度传送数据 IO 口char done,count,temp,flag,up_flag,down_flag;uchar temp_value; /温度值uchar TempBuffer5,week_value2;void show_time(); /液晶显示程序/*1602 液晶显示部分子程序*/Port Definitions*sbi

13、t LcdRs= P25;sbit LcdRw= P26;sbit LcdEn = P27;sfr DBPort = 0x80;/P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.数据端口/内部等待函数*unsigned char LCD_Wait(void)LcdRs=0;-_LcdRw=1; _nop_();LcdEn=1; _nop_();LcdEn=0;return DBPort;/向 LCD 写入命令或数据*#define LCD_COMMAND0 / Command#define LCD_DATA1 / Data#define LCD_CLEAR_SCREEN 0x0

14、1 / 清屏#define LCD_HOMING 0x02 / 光标返回原点void LCD_Write(bit style, unsigned char input)LcdEn=0;LcdRs=style;LcdRw=0;_nop_();DBPort=input;_nop_();/注意顺序LcdEn=1;_nop_();/注意顺序LcdEn=0;_nop_();LCD_Wait();/设置显示模式*#define LCD_SHOW0x04 /显示开#define LCD_HIDE0x00 /显示关 #define LCD_CURSOR0x02 /显示光标#define LCD_NO_CURS

15、OR0x00 /无光标 #define LCD_FLASH0x01 /光标闪动#define LCD_NO_FLASH0x00 /光标不闪动void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x08|DisplayMode);/设置输入模式*#define LCD_AC_UP0x02#define LCD_AC_DOWN0x00 / default#define LCD_MOVE0x01 / 画面可平移#define LCD_NO_MOVE0x00 /default-_void LCD_SetInput(u

16、nsigned char InputMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x04|InputMode);/初始化 LCD*void LCD_Initial()LcdEn=0;LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38); /8 位数据端口,2 行显示,5*7 点阵LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR); /开启显示, 无光标LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN); /清屏LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_M

17、OVE); /AC 递增, 画面不动/液晶字符输入的位置*void GotoXY(unsigned char x, unsigned char y)if(y=0)LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|x);if(y=1)LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|(x-0x40);/将字符输出到液晶显示void Print(unsigned char *str)while(*str!=0)LCD_Write(LCD_DATA,*str);str+;/*DS1302 时钟部分子程序*/typedef struct _SYSTEMTIME_unsigned char Se

18、cond;-_unsigned char Minute;unsigned char Hour;unsigned char Week;unsigned char Day;unsigned char Month;unsigned char Year;unsigned char DateString11;unsigned char TimeString9;SYSTEMTIME;/定义的时间类型SYSTEMTIME CurrentTime;#define AM(X) X#define PM(X)(X+12) / 转成 24 小时制#define DS1302_SECOND 0x80 /时钟芯片的寄存器

19、位置,存放时间#define DS1302_MINUTE 0x82#define DS1302_HOUR0x84 #define DS1302_WEEK0x8A#define DS1302_DAY0x86#define DS1302_MONTH0x88#define DS1302_YEAR0x8C void DS1302InputByte(unsigned char d) /实时时钟写入一字节(内部函数) unsigned char i;ACC = d;for(i=8; i0; i-)DS1302_IO = ACC0; /相当于汇编中的 RRCDS1302_CLK = 1;DS1302_CLK

20、 = 0;ACC = ACC 1; unsigned char DS1302OutputByte(void) /实时时钟读取一字节(内部函数) unsigned char i;for(i=8; i0; i-)ACC = ACC 1; /相当于汇编中的 RRC ACC7 = DS1302_IO;DS1302_CLK = 1;DS1302_CLK = 0;-_ return(ACC); void Write1302(unsigned char ucAddr, unsigned char ucDa)/ucAddr: DS1302 地址, ucData: 要写的数据DS1302_RST = 0;/Wr

21、ite1302(0x8e,0x00); DS1302_CLK = 0;DS1302_RST = 1;DS1302InputByte(ucAddr); / 地址，命令 DS1302InputByte(ucDa); / 写 1Byte 数据DS1302_CLK = 1;DS1302_RST = 0; unsigned char Read1302(unsigned char ucAddr)/读取 DS1302 某地址的数据unsigned char ucData;DS1302_RST = 0;DS1302_CLK = 0;DS1302_RST = 1;DS1302InputByte(ucAddr|0

22、x01); / 地址，命令 ucData = DS1302OutputByte(); / 读 1Byte 数据DS1302_CLK = 1;DS1302_RST = 0;return(ucData);void DS1302_GetTime(SYSTEMTIME *Time) /获取时钟芯片的时钟数据到自定义的结构型数组unsigned char ReadValue;ReadValue = Read1302(DS1302_SECOND);Time-Second = (ReadValue /高三位取出读出乘ReadValue = Read1302(DS1302_MINUTE);Time-Minut

23、e = (ReadValueReadValue = Read1302(DS1302_HOUR);Time-Hour = (ReadValueReadValue = Read1302(DS1302_DAY);Time-Day = (ReadValueReadValue = Read1302(DS1302_WEEK);Time-Week = (ReadValueReadValue = Read1302(DS1302_MONTH);-_Time-Month = (ReadValueReadValue = Read1302(DS1302_YEAR);Time-Year = (ReadValuevoid

24、 DateToStr(SYSTEMTIME *Time) /将时间年,月,日,星期数据转换成液晶显示字符串,放到数组里DateString if(hide_year2 就不显示,输出字符串为 2007/07/22 Time-DateString0 = 2;Time-DateString1 = 0; Time-DateString2 = Time-Year/10 + 0;Time-DateString3 = Time-Year%10 + 0;else Time-DateString0 = ;Time-DateString1 = ; Time-DateString2 = ;Time-DateStr

25、ing3 = ;Time-DateString4 = /;if(hide_monthDateString5 = Time-Month/10 + 0;Time-DateString6 = Time-Month%10 + 0;else-_Time-DateString5 = ;Time-DateString6 = ;Time-DateString7 = /;if(hide_dayDateString8 = Time-Day/10 + 0;Time-DateString9 = Time-Day%10 + 0;elseTime-DateString8 = ;Time-DateString9 = ; i

26、f(hide_weekWeek%10 + 0; /星期的数据另外放到 week_value数组里,跟年,月,日的分开存放,因为等一下要在最后显示elseweek_value0 = ;week_value1 = 0;-_Time-DateString10 = 0; /字符串末尾加 0 ,判断结束字符void TimeToStr(SYSTEMTIME *Time) /将时,分,秒数据转换成液晶显示字符放到数组 TimeString; if(hide_hourTimeString0 = Time-Hour/10 + 0;Time-TimeString1 = Time-Hour%10 + 0;else

27、Time-TimeString0 = ;Time-TimeString1 = ;Time-TimeString2 = :;-_if(hide_minTimeString3 = Time-Minute/10 + 0;Time-TimeString4 = Time-Minute%10 + 0;elseTime-TimeString3 = ;Time-TimeString4 = ;Time-TimeString5 = :;if(hide_secTimeString6 = Time-Second/10 + 0;Time-TimeString7 = Time-Second%10 + 0;elseTime

28、-TimeString6 = ;Time-TimeString7 = ;Time-DateString8 = 0;-_void Initial_DS1302(void) /时钟芯片初始化 unsigned char Second=Read1302(DS1302_SECOND);if(Second /写入允许Write1302(0x8c,0x07); /以下写入初始化时间 日期:07/07/25.星期: 3. 时间: 23:59:55Write1302(0x88,0x07);Write1302(0x86,0x25);Write1302(0x8a,0x07);Write1302(0x84,0x23

29、);Write1302(0x82,0x59);Write1302(0x80,0x55);Write1302(0x8e,0x80); /禁止写入/-/*ds18b20 子程序*/*ds18b20 延迟子函数（晶振 12MHz ）*/ void delay_18B20(unsigned int i)while(i-);/*ds18b20 初始化函数*/void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0;DQ = 1; /DQ 复位delay_18B20(8); /稍做延时DQ = 0; /单片机将 DQ 拉低delay_18B20(80); /精确延时 大于 480

30、usDQ = 1; /拉高总线delay_18B20(14);x=DQ; /稍做延时后 如果 x=0 则初始化成功 x=1 则初始化失败delay_18B20(20);/*ds18b20 读一个字节*/ -_unsigned char ReadOneChar(void)uchar i=0;uchar dat = 0;for (i=8;i0;i-)DQ = 0; / 给脉冲信号dat=1;DQ = 1; / 给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;delay_18B20(4);return(dat);/*ds18b20 写一个字节*/ void WriteOneChar(uchar dat)u

31、nsigned char i=0;for (i=8; i0; i-)DQ = 0;DQ = datdelay_18B20(5);DQ = 1;dat=1;/*读取 ds18b20 当前温度*/void ReadTemp(void)unsigned char a=0;unsigned char b=0;unsigned char t=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44); / 启动温度转换-_delay_18B20(100); / this message is wery importantInit

32、_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器等（共可读 9 个寄存器） 前两个就是温度delay_18B20(100);a=ReadOneChar(); /读取温度值低位b=ReadOneChar(); /读取温度值高位temp_value=b4; void temp_to_str() /温度数据转换成液晶字符显示TempBuffer0=temp_value/10+0; /十位TempBuffer1=temp_value%10+0; /个位TempBuffer2=0xdf; /温度符号TempBuf

33、fer3=C;TempBuffer4=0;void Delay1ms(unsigned int count)unsigned int i,j;for(i=0;i0;delay-)for(i=0;i0x59) /超过 59 秒,清零temp=0; break;case 2:-_temp=Read1302(DS1302_MINUTE); /读取分数temp=temp+1; /分数加 1up_flag=1;if(temp0x59) /超过 59 分,清零temp=0;break;case 3:temp=Read1302(DS1302_HOUR); /读取小时数temp=temp+1; /小时数加 1

34、up_flag=1;if(temp0x23) /超过 23 小时,清零temp=0;break;case 4:temp=Read1302(DS1302_WEEK); /读取星期数temp=temp+1; /星期数加 1up_flag=1;if(temp0x7) temp=1;break;case 5:temp=Read1302(DS1302_DAY); /读取日数temp=temp+1; /日数加 1up_flag=1;if(temp0x31)temp=1;break;case 6:temp=Read1302(DS1302_MONTH); /读取月数temp=temp+1; /月数加 1up_

35、flag=1;if(temp0x12)temp=1;break;case 7:temp=Read1302(DS1302_YEAR); /读取年数temp=temp+1; /年数加 1up_flag=1;if(temp0x85)temp=0;break;default:break;-_while(Up=0);while(wireless_2=1);/void Downkey()/降序按键 Down=1;if(Down=0|wireless_3=1)mdelay(8);switch(count)case 1:temp=Read1302(DS1302_SECOND); /读取秒数temp=temp-

36、1; /秒数减 1down_flag=1; /数据调整后更新标志if(temp=0x7f) /小于 0 秒,返回 59 秒temp=0x59;break;case 2:temp=Read1302(DS1302_MINUTE); /读取分数temp=temp-1; /分数减 1down_flag=1;if(temp=-1)temp=0x59; /小于 0 秒,返回 59 秒break;case 3:temp=Read1302(DS1302_HOUR); /读取小时数temp=temp-1; /小时数减 1down_flag=1;if(temp=-1)temp=0x23;break;case 4:

37、temp=Read1302(DS1302_WEEK); /读取星期数temp=temp-1; /星期数减 1down_flag=1;if(temp=0)temp=0x7;break;case 5:temp=Read1302(DS1302_DAY); /读取日数temp=temp-1; /日数减 1-_down_flag=1;if(temp=0)temp=31;break;case 6:temp=Read1302(DS1302_MONTH); /读取月数temp=temp-1; /月数减 1down_flag=1;if(temp=0)temp=12;break;case 7:temp=Read1

38、302(DS1302_YEAR); /读取年数temp=temp-1; /年数减 1down_flag=1;if(temp=-1)temp=0x85;break;default:break;while(Down=0);while(wireless_3=1);void Setkey()/模式选择按键Set=1;if(Set=0|wireless_4=1)mdelay(8);count=count+1; /Setkey 按一次,count 就加 1done=1; /进入调整模式while(Set=0);while(wireless_4=1);void keydone()/按键功能执行 uchar

39、Second;if(flag=0) /关闭时钟,停止计时 Write1302(0x8e,0x00); /写入允许-_temp=Read1302(0x80);Write1302(0x80,temp|0x80);Write1302(0x8e,0x80); /禁止写入flag=1;Setkey(); /扫描模式切换按键switch(count)case 1:do /count=1,调整秒outkey(); /扫描跳出按钮Upkey(); /扫描加按钮Downkey(); /扫描减按钮if(up_flag=1|down_flag=1) /数据更新，重新写入新的数据Write1302(0x8e,0x00

40、); /写入允许Write1302(0x80,temp|0x80); /写入新的秒数Write1302(0x8e,0x80); /禁止写入up_flag=0;down_flag=0;hide_sec+; /位闪计数if(hide_sec3)hide_sec=0;show_time(); /液晶显示数据while(count=2);break; case 2:do /count=2,调整分hide_sec=0;outkey();Upkey();Downkey();if(temp0x60)temp=0;if(up_flag=1|down_flag=1)Write1302(0x8e,0x00); /

41、写入允许Write1302(0x82,temp); /写入新的分数Write1302(0x8e,0x80); /禁止写入up_flag=0;down_flag=0;hide_min+;if(hide_min3)-_hide_min=0;show_time();while(count=3);break;case 3:do /count=3,调整小时hide_min=0; outkey();Upkey();Downkey();if(up_flag=1|down_flag=1)Write1302(0x8e,0x00); /写入允许Write1302(0x84,temp); /写入新的小时数Write

42、1302(0x8e,0x80); /禁止写入up_flag=0;down_flag=0;hide_hour+;if(hide_hour3)hide_hour=0;show_time();while(count=4);break;case 4:do /count=4,调整星期hide_hour=0; outkey();Upkey();Downkey();if(up_flag=1|down_flag=1)Write1302(0x8e,0x00); /写入允许Write1302(0x8a,temp); /写入新的星期数Write1302(0x8e,0x80); /禁止写入up_flag=0;down

43、_flag=0;hide_week+;if(hide_week3)hide_week=0;show_time();while(count=5);break;case 5:do /count=5,调整日hide_week=0; -_outkey();Upkey();Downkey();if(up_flag=1|down_flag=1)Write1302(0x8e,0x00); /写入允许Write1302(0x86,temp); /写入新的日数Write1302(0x8e,0x80); /禁止写入up_flag=0;down_flag=0;hide_day+;if(hide_day3)hide_day=0;show_time();while(count=6);break