1、摘 要I本科毕业论文（20 届）基 于 单 片 机 自 动 对 时 数 字 钟 设 计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要II摘 要本课题是研究的是基于单片机的具有自动对时功能的数字钟设计。设计了以单片机为核心的高精密时间校时系统。通过接收调频无线广播的整点报时信号，校对系统时钟，以消除时钟的累积误差，从而实现全自动同步准确计时的目的并且可以根据设置定时的时问，通过语音电路进行各种语音提示整个系统包括时钟电路，显示电路，按键电路，校时电路等。此次设计以STC89C52 单片机为核心控制器，P0 和 P2 口接 LED 显示模块，P3 口接按键，P
2、1 口接时钟芯片，通过按键输入来控制显示器的显示。在按键电路中设置了四个按键，通过检测第一个按键按下的次数来实现调时、调分、调秒按键的作用，再通过 LED 显示器显示时、分、秒的改变。由于实际的数字钟的秒信号的精确性和稳定性不可能完全做到准确无误，还设定了定时设置键（ALM 键）当该键按下时，进入中断工作方式对时钟进行自动校时。此外本数字钟还具有温度测试功能。关键词：AT89C52 单片机，数字钟，自动对时，时钟芯片 DS1302，温度传感器 DS18B20AbstractIIIAbstractThe paper is based on single chip has the automati
3、c function of the time of the digital clock design. Design of a single chip as the core of high precision time calibration system. By receiving the FM radio broadcast the whole point timekeeping signal, proofreading system clock, to eliminate clock error accumulation, so as to realize the automatic
4、accurate synchronization timing purposes . And can be based on the setting of the timing of the time, through the voice circuit for various voice promptsThe system includes a clock circuit, display circuit, a key circuit, timing circuit. The design for STC89C52 core controller, P0and P2mouth is conn
5、ected with the LED module, P3 port access keys, P1mouth is connected with the clock chip, input through the buttons to control the display. In the key circuit is provided with four keys, through the detection of the first button number to achieve when the transfer, the transfer points, adjustable se
6、cond key role, through the LED display when, minutes and seconds, changing. Due to the practical digital clock of the second signal accuracy and stability can not be completely accurate, but also set a timer set key ( ALM ) when the key is pressed, to enter the interrupt working manner of clock auto
7、matic school. In addition to the digital clock has the function of temperature test.Keywords: AT89C52 microcontroller; digital clock; automatic synchronization; clock chip DS1302; temperature sensor DS18B20目 录IV目 录摘 要 .IABSTRACT .II目 录 .III第一章 绪 论 .11.1 本课题研究的目的和意义 .11.2 数字时钟的发展概况 .21.3 本文主要研究内容 .31
8、.4 小结 .3第二章 智能数字钟系统总体设计 .42.1 智能数字钟系统的功能实现 .42.2 系统各模块方案选定 .42.2.1 主控模块的论证与选择 .42.2.2 显示模块的论证与选择 .52.2.3 控制按键模块的论证与选择 .52.2.4 时钟块的论证与选择 .52.2.5 校时模块的论证与选择 .62.2.6 测温模块的论证与选择 .62.2.7 总体方案选择 .62.3 小结 .7第三章 硬件电路设计 .83.1 主控模块 .83.1.1 AT89C52 的主要功能特性 .83.1.2 AT89C52 的引脚及功能 .83.2 时钟模块 .93.2.1 DS1302 的性能特性
9、 .9目 录V3.2.2 DS1302 的引脚及功能 .103.3 键盘控制模块 .113.4 显示控制模块 .123.5 校时模块 .143.6 测温模块 .173.6.1 DS18B20 的性能特性 .183.6.2 DS18B20 的引脚及功能 .183.7 小结 .19第四章 软件系统部分 .204.1 软件系统流程图 .204.1.1 系统软件主程序设计流程图 .204.1.2 时钟程序的流程图设计 .214.1.3 按键控制程序的流程图设计 .224.1.4 显示程序的流程图设计 .244.1.5 DS18B20 芯片程序设计 .254.2 系统仿真 .26总结 .27参考文献 .
10、28致谢 .29第一章 绪 论- 1 -第一章 绪 论1.1 本课题研究的目的和意义人类的活动包括学习、工作等多种实践活动。而在人类的各种行为和活动中时间占据着非常重要的地位，因此时钟的作用便体现出来，生活中有许多人因只顾学习而忘记时间从而耽误了重要的计划或安排，造成了难以估量的损失，追悔莫及。所以我们要养成良好的时间观念，就需要数字钟时时刻刻提醒我们。数字钟是采用数字电路实现对时、秒数字显示的计时装置,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,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生
11、活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、 甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。此外，数字钟最适合单位、会议、电子精品（礼品）屋、各种专卖店、各种促销活动用作纪念品、赠送品广告品、促销品、奖品、礼品，是人们日常生活中不可少的必需品。该产品还适合客运车上使用。使用电子数字钟、电子台历、电脑台历可以给人们的生活带来更多的便捷和安宁，有助于进一步提高生活品味，更令温馨家庭、办公场所“蓬筚生辉” 。 红（绿）
12、色数码显示时分，决不会因晚间需开灯关灯查看时间而影响到睡眠质量。在繁忙的学习时间里，多功能数字钟几乎是我们不可缺少的一件物品。它给我们带来了许多方便。本课题的目的是让单片机开发者掌握单片机系统的安装和调试的方法，设计思路，实现方法，硬件调试及软件调试，巩固和加强“模拟电子技术” 、 “数字电子技术”课程的理论知识。数字钟的设计及实现过程功能虽然简单，但是它是单片机应用的一个典型范例，从五六十年代的分立元件的数字钟，到现在的单片机嵌入式系统，数字钟是不可缺少的入门课题，有着非常重要的广泛意义。数字钟设计的成功，表示在数字电子技术领域内的入门，而且此基本电路可以简单地扩展设计，诸如家用定时自动报警
13、、球赛计时器、抢答器、定时开关、自动第一章 绪 论- 2 -打铃器、自动起闭路灯、可编程时间的自动控制器、动力设备延时启动控制器、各种定时电气的自动启用等，都是以数字钟为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用是单片机开发的重要课题。1.2 数字时钟的发展概况电子钟有着很长的历史，从民国 19 年的点钟，研制开始于 60 年代中期的国内电晶体，半导体管钟，到 70 年代末开始研究石英电子钟，再到今天我们用的智能电子钟。电子钟以前存在着许多缺点，它存在着功能死板，走时精确度不高，走时时间不长，体积庞大等缺点。近些年，随着科技的发展和社会的进步，多功能数字钟不管在性能还是在样式都发生了质的变化，有电子
14、闹钟、数字闹钟等等。用于由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度、稳定性大幅提高。高精度、高稳定的数字钟：天文,实验室，物理试验，遥测站，遥测地震台网测定基本参数时，均需同时记有精确的时间标记，便于分析人员准确判读事件的到时，完成基本参数的测定。如果数字钟钟差严重超标或故障率较高，将影响记录的资料，甚至使资料失去使用价值。所以设备都需要一台功能完善，计时精良，可靠性高的数字钟设备。自校数字钟设备：石英钟和数字钟设备，经长期使用时钟漂移，会导致计时误差，需要研制自校数字钟。同步数字钟：如车站，机场，有多个时钟，手工调节不现实，需要研制同步数字钟。以下是与数字钟有关的产品
15、：自动打铃器、数字式多功能定时控制器、可编程时序控制仪、长延时可调压电子定时器、机械设备电子积时限电器、一种累加计时装置、数码管电子钟时间继电器、体育训练用多功能计时器、远视距、广视角的时钟、夏时制自动变换多功能数字石英钟、乘车唤醒器、带夏时制钟可编程时间控制装置、数字显示阴阳合历时钟、学校用全自动响铃仪、多功能时控仪、人体生物钟电子表 、可预置语音报闹的多用电子钟、LED 数字钟自控多功能电源插座、可三维空间投影的电子投影钟、车载电子钟、保健体温卡。第一章 绪 论- 3 -由此可见数字钟的设计有着深远而广泛地意义。1.3 本文主要研究内容本课题是研究的是基于单片机的具有自动对时功能的数字钟设
16、计。时钟系统的最基本功能就是实现计时，本次设计的时钟具有校时和计时的功能，设计一个按键进行自动校时、一个按键进行选位、两个按键对时间进行调整。整个系统包括时钟电路，显示电路，按键电路，校时电路等。此次设计以STC89C52 单片机为核心控制器，P0 口接 LED 显示模块，P3 口接按键，通过按键输入来控制显示器的显示 并且可以在 P1 口接一个指示灯来显示按键的按下。在上电时 LED 显示器开始显时采示时间并自动计时，自动计用单片机内部 T0 中断实现，在按键电路中设置了四个按键，通过检测第一个按键按下的次数来实现调时、调分、调秒按键的作用，再通过 LED 显示器显示时、分、秒的改变。此外，
17、由于实际的数字钟的秒信号的精确性和稳定性不可能完全做到准确无误，因此还在系统中添加了校时电路。该系统的软件部分采用汇编语言实现，包括主程序、显示程序、定时程序、键输入程序、中断程序等模块，并画出原理图。可通过按键实现时钟对时、分、秒的校正以及时钟复位。1.4 小结本章主要说明了课题研究的目的及意义并且介绍了数字钟技术的国内外发展概况。智能数字钟技术是单片机学科的经典实例，其研究与应用具有巨大的理论和现实意义。本章从整体上对此次课程设计的硬件设计及软件设计进行了说明，通过这章可以对本次课程设计有一个初步的了解。本章也列举了本文研究的主要内容和解决的主要问题。为下文的研究和论述做了很好的铺垫。第二
18、章 智能数字钟系统总体设计- 4 -第二章 智能数字钟系统总体设计本章主要简要地介绍智能数字钟系统总体方案的确定和总体研究思路，在后面的章节中将整个系统分为硬件电路部分和软件系统部分分别对智能数字钟系统进行深入的介绍分析。2.1 智能数字钟系统的功能实现本次毕业设计应用 AT89C51 单片机设计单片机实现数字钟电路：选用 8 位 LED 数码显示，实时显示时、分、秒，能够准确走时；采用组合按键实现时钟校时功能，能手动调时、调分、调秒；通过外接的无线电收音机接收整点报时信来实现自动校时功能；具有温度测试功能。数字钟系统主要由以下几部分组成：AT89C52 单片机控制器电路，按键开关电路，8 位
19、 LED 数码管显示电路，时钟电路，校时电路，温度测试电路六部分构成。2.2 系统各模块方案选定2.2.1 主 控 模 块 的 论 证 与 选 择方案一：采用 AT89C51，AT89C51 芯片内部有 ROM，且片内 ROM 全部采用 Flash ROM,它能在 3V 的超低电压下工作，与 MCS51 系列单片机完全兼容，但其不具备 ISP 在线编程技术，需要把程序写好后再放到编程器中编写，才可以进行硬件电 路的调试，如果程序编写出现了问题，电路调试就会很麻烦，而且该单片机的可 编存储只有 4KB，为避免存储不足的现象出现，不予采用该方案。方案二：采用 AT89C52 来实现该电路，AT89
20、C52 与 AT89C51 器件比较，该芯片 内既有 Flash ROM ,又能与 MCS51 系列单片机兼容，而且具备 ISP在线编程技术， 这样一方面能降低成本，另一方面又能简单芯片的读写操作，避免芯片的损坏。 而且该芯片内存 8KB 能充分满足该设计的需求。 综上所述，第二章 智能数字钟系统总体设计- 5 -采用方案二的 AT89C52 作为主控模块。2.2.2 显 示 模 块 的 论 证 与 选 择随着科技的发展，LED 液晶显示的使用越来越方便，已被普遍 的使用。由于液晶显示与驱动都集成在一个芯片上，因此使用起来很方便。在这里采 用液晶显示方案一：采用静态显示，就是当显示器显示一个字
21、符时，相应的发光二极管恒定的截止或导通，公共端的电平固定。方案二：采用动态显示， 就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为 12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 口，而且功耗更低。综上所述，采用动态显示的 LED 作为显示模块。2.2.3 控 制 按 键 模 块 的 论 证 与 选 择方案一：选取阵列式按键，采用该方案编程比较困难，且在电路中浪费过多 的按键，因此排除该方
22、案。 方案二：采取独立式按键，该方案易于控制且编程简单，易于理解，按键数 量也很适用，因此控制按键模块采用此方案。2.2.4 时 钟 块 的 论 证 与 选 择方案一：本方案完全用软件仿真实现数字时钟，该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行 程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。而且，由于是软件实现， 当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作。 方案二：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。DS1302 内部有一个 318 的用于
