1、本科毕业设计（20 届）基于 51 单片机设计的电子时钟所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 第 一 章 绪 论1.1 电子时钟的研究背景近些年来，电子技术得到了极速的发展，在其推动下，现代电子产品以及各种高科技产品几乎渗透到了社会的各个领域。随着科技的发展社会的进步和全球化竞争的日益激烈，人们对时间精度的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能电子钟不管在性能还是在样式亦或是用途上都发生了重大的变化，许多电子钟都已具备电子闹钟、电子秒表、温度检测等功能。同时单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的。如今的多功能电子时钟除了具有时钟
2、的功能外还包含了对环境温度的检测功能。在一些行业生产及日常生活中，对实时温度的测量及控制也非常的重要。数字电子时钟采用的是由数字电路实现对时，分，秒数字精准显示的装置，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或缺的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，数字时钟的时间精度远远超过老式钟表，数字化的时间显示也给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先所无法实现是的一些功能。例如定时自动报警、按时自动响铃、时间程序自动控制、甚至各种定时电器的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义
3、。 1.2 设计的目的随 着 社 会 快 速 的 发 展 ， 人 们 的 生 活 节 奏 变 得 越 来 越 快 ， 人 们 对 时 间 观 念 也 愈来 愈 重 视 。 随 着 自 动 化 、 智 能 化 技 术 的 发 展 ， 精 密 电 子 产 品 的 智 能 度 愈 来 愈 高 ，用 到 时 间 提 示 、 定 时控制的地方也会愈来愈多，因此，设计开发电子时钟具有良好的应用前景。由 于 单 片 机 的 成 本 较 低 、 且 高 性 能 ， 在 自 动 控 制 化 产 品 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 。本 文 以 STC89C52为 主 控 制 芯 片 ， 时钟芯片采用 DS1
4、302，温度传感器 DS18B20实时采集温度参数，通过液晶显示器 LCD12864实时显示时间及温度，通过按键设置年月日和星期以及定时闹钟，应用 C 语言进行软件编程，并用 Altium Designer Summer 09软件进行演示、验证。经过测试，系统可以正常完成预定的功能1.3 设计要求设计一个可调电子时钟带万年历功能，其具体设计指标要求如下： 能够精准现实年、月、日、星期、时间、温度的信息，并可通过按键进行时间的调试，以及设定闹钟的功能； 断电后时钟芯片正常运行，上电后能够精准走时； 设定闹钟时间，时间到时蜂鸣器响起，按任意键结束闹铃；在此硬件设计时，要尽力做到硬件模块简单方便、性
5、能稳定且易于实现，促使整个系统电路简化。软件设计流程清晰，且软件程序思维清晰，要做到以最为简单的程序实现系统所需功能。1.4 方案选择1.4.1 主 控 芯 片 STC89C52STC89C52 的特点是：STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 是在经典的 MCS-51 内核的基础上做出改进，使得拥有更多的功能。在单芯片上，拥有 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、较有效的解决方案，受到了大多数项目工程师的青睐。 STC8
6、9C52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512字节 RAM， 32 位 I/O 口线， MAX810 复位电路，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，4个外部中断， 3 个 16 位定时器/计数器，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的5 向量 2 级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，
7、6T/12T 可选，我们所设计的电子时钟所需要的资源采用 STC89C52 完全足够，也是最好的选择。所以我们的主控芯片就用 STC89C52。如图 1-1 为 STC89C52 的引脚图图 1-1 STC89C52 管脚图1.4.2 实 时 时 钟 芯 片开始我们的时钟芯片有两个方案：方案一：采用 DS1302 ，DS1302 是美国DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。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。
8、DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。而 DS1302 存在时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点；方案二：采用 DS12C887，DS 的特性有：1、可计算到 2100 年前的秒、分、小时、星期、日期、月、年七种日历信息并带闰年补偿；2、自带晶体振荡器和锂电池。在没有外部电源的情况下可工作 10 年；3、对于一天内的时间记录，有 12 小时制和 24 小时制两种模式。在 12小时制模式中，用 AM 和
9、PM 区分上午和下午；4、可选用夏令时模式5、时间表示方法有两种：一种用二进制数表示，一种用 BCD 码表示；6、DS12C887 中带有 128 字节 RAM，其中 11 字节用来存储时间信息，4字节 RAM 用来存储 DS12C887 的控制信息，称为控制寄存器，113 字节RAM 供用户使用；7、数据/地址总线复用；8、用户可编程以实现多种方波输出；9、可应用于 MOTOROLA 和 INTEL 两种种线；10、三种可编程中断：定闹中断、时钟更新结束中断、周期性中断。由于我们所做的万年历对于时间精度的要求较高、功能特性要求也较多，所以我们采用 DS12C887 作为我们的时钟芯片。图 1
10、-2 DS12C887 封装图1.4.3 液 晶 显 示 模 块由于我们所设计的电子时钟所需要的显示的内容较复杂，所以我们直接排除晶体管显示的方案而考虑使用液晶屏最为显示模块，而其中显示的内容又较少，所以我们直接采用 LCD1602 作为我们的最终方案。LCD1602 是工业字符型液晶，能够同时显示 32 个字符。（16 列 2 行）1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因
11、为如此所以它不能很好地显示图形。1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字）第 二 章 硬 件 设 计2.1 系统硬件的总体设计本系统设计的电子时钟万年历模块设计框图如图 2-1 所示，采用 STC89C52为系统主控芯片，电源电路、复位电路、时钟电路、按键控制电路、蜂鸣器电路、LCD 液晶驱动电路/液晶显示器所组成。整机供电采用 5 号电池供电，运用按键来调整时间参数。系统框图如下图 2-1 所示：STC89C52单片机电源电路复位电路时钟电路蜂鸣器电路 按键控制电路LCD 液晶驱动12864 液晶模块图 1-1 电路设计流程图2.
12、2 系统各模块介绍2.2.1 电 源 电 路图 2-2-1 电源电路模块2.2.2 复 位 电 路 模 块图 2-2-2 复位电路模块2.2.3 按 键 电 路 模 块键盘模块电路采用行列式矩阵键盘组。因为该项目中应用到的键盘较多，而单片机 Io 口的资源又很宝贵，所以为了减少主控 IO 口的占用，我们选择采用 4X4 矩阵键盘。代码实现应用常用的键盘扫描法进行扫描键盘。图 2-2-3 矩阵键盘模块2.2.4 蜂 鸣 器 模 块图 2-2-4 蜂鸣器驱动电路2.2.5 LCD1602 驱 动 模 块图 2-2-5 1602 驱动电路第 三 章 软 件 设 计3.1 软件开发程序 keil C5
13、1Keil C51 是美国 Keil Software 公司研发的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行 Keil 软件可以在WIN98、NT、WIN2000、WINXP 等操作系统下运行。其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也令程序开发的程序编译更加便捷。下面是比较典型的keil uvision4 的介绍。图 3-1 keil uvision4 的运行界面keil uvision4 软件的操作步骤：1、 建立源文件，使用菜单“file-new”,在新的文本编辑窗口内编写源程序。2、 建立工程文件点击“Project-New Project ”菜单，并给将要建立的工程编辑文件名（不需要扩展名），点击“保存”按钮，会出现第二个对话框，选
