1、-_课题：基于 51 单片机的多功能数字时钟系统设计一、 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、系统组成与工作原理1、工作原理：本设计采用 STC89C51 单片机作为本次课程设计的控制模块。单片机
2、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：VCC：89S51 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
3、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
4、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。P
5、3.5：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，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
6、 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
7、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。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
8、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，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
9、 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。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
10、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：#include #include /#include “LCD1602.h“/#include “DS1302.h“#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit DS1302_CLK = P17; /实时时钟时钟线引脚 sbit DS1302_IO = P16; /实时时钟数
11、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_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 Do
12、wn = 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*sbit LcdRs = P25;sbit LcdRw = P26;sbit LcdEn = P27;sfr DBPort = 0x80; /P0=0
13、x80,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_COMMAND 0 / Command#define LCD_DATA 1 / Data#define LCD_CLEAR_SCREEN 0x01 / 清屏#define LCD_HOMING 0x02 / 光标返回原点void LCD_Write(bit style, uns
14、igned 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_SHOW 0x04 /显示开#define LCD_HIDE 0x00 /显示关 #define LCD_CURSOR 0x02 /显示光标#define LCD_NO_CURSOR 0x00 /无光标 #define LCD_FLASH 0x01 /光标闪动#define LCD_NO_FLAS
15、H 0x00 /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_UP 0x02#define LCD_AC_DOWN 0x00 / default#define LCD_MOVE 0x01 / 画面可平移#define LCD_NO_MOVE 0x00 /default-_void LCD_SetInput(unsigned char InputMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x04|In
16、putMode);/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_MOVE); /AC 递增 , 画面不动/液晶字符输入的位置*void GotoXY(unsigned ch
17、ar 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 Second;-_unsigned char Minute;unsigned char Hour;unsig
18、ned 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 /时钟芯片的寄存器位置,存放时间#define DS1302_MINUTE 0x82#define DS1302_HO
19、UR 0x84 #define DS1302_WEEK 0x8A#define DS1302_DAY 0x86#define DS1302_MONTH 0x88#define DS1302_YEAR 0x8C 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 = 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;
