1、本科毕业论文（20 届）电子时钟设计与实现所在学院 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 苏州大学本科生毕业设计（论文）ii电子时钟设计与实现目 录前言 .2第 1 章 绪论 .3第 1.1 节 课题研究的背景 .3第 1.2 节 课题的研究目的与意义 .3第 1.3 节 课题解决的主要内容 .3第 2 章 系统的方案设计与论证 .4第 2.1 节 单片机芯片设计与论证 .4第 2.2 节 按键控制模块设计与论证 .4第 2.3 节 时钟模块设计与论证 .4第 2.4 节 温度采集模块设计与论证 .4第 2.5 节 显示模块模块设计与论证 .5第 3 章 系
2、统的硬件设计 .6第 3.1 节 STC89C51 单片机 .6第 3.2 节 时钟芯片 DS1302 接口设计与性能分析 .9第 3.3 节 温度芯片 DS18B20 接口设计与性能分析 .12第 3.4 节 液晶显示模块 .13第 3.5 节 按键模块设计 .15第 4 章 系统的软件设计 .17第 4.1 节 主程序流程图的设计 .17第 4.2 节 程序设计 .17第 5 章 系统的软硬件调试 .19第 5.1 节 系统的模块组成 .19第 5.2 节 系统软件调试 .19第 5.3 节 系统硬件调试 .20参考文献 .23附录 .25附录 1：元器件清单 .25附录 2：系统原理图
3、.26附录 3：实物图 .26附录 4：部分源程序 .28苏州大学本科生毕业设计（论文）第 1 页电子时钟设计与实现【摘要】：论文介绍了硬件结构的多功能电子时钟 STC89C52 芯片基础上的硬件和软件的设计方法。分别由温度采集、数据显示、时间处理和调整设置四个模块组成了本设计。系统以 STC89C52 单片机作为控制器，串行时钟日历芯片 DS1302 日历和时间，可以是年，月，日，小时，分钟，秒的时间，还具有闰年补偿等功能。本设计使用温度芯片 DS18B20 采集，采用直观的数字显示的电子时钟，数据表明，1602 液晶显示模块，LCD1602 也能显示年，月，日，星期日，时，分和秒，还有时间
4、校准等功能。此电子时钟方便读取，直观也很显示，电路简洁且成本低廉。【关键词】：单片机，时钟芯片，温度传感器，液晶显示器 1602；Abstract: This paper introduces the design method of multifunctional electronic clock STC89C52 chip based on the hardware structure of hardware and software. Respectively by the temperature acquisition, data display, processing time an
5、d adjust the settings of four modules of the design. System uses STC89C52 as the MCU, serial clock calendar chip DS1302 calendar and time, can be a year, month, day, hour, minutes, seconds, also has4 a leap year compensation and other functions. This design uses DS18B20 chip temperature acquisition,
6、 electronic clock, visual digital display data indicated that, 1602 LCD module, LCD1602 can display year, month, day, Sunday, when, minutes and seconds, and time calibration functions. The electronic clock easily read, intuitive is display, simple circuit and low cost.Key words:Single chip, the cloc
7、k chip, temperature sensor, 1602 liquid crystal display;苏州大学本科生毕业设计（论文）第 2 页前言伴随着科学技术的急速发展，人类对时间的观测，从观太阳、摆钟到现在电子钟，不停地在进步和发展。目前，对单片机技术应用的产品已经进入进入了每个家庭。而人们的生活因为电子时钟的出现带来了很多方便。随着电子技术的飞速发展，单片机被广泛应用于国民经济的各个领域。单片机因为体积小、功能全、性价比高等诸多优点，所以在工业控制、家用电器、通信设备、信息处理、尖端武器等各种测控领域的应用中占有很高的地位。在电子信息、电气、通信、自动化、机电一体化等领域的技术
8、人员必学掌握单片机的开发技术。单片机芯片体积小、成本低，可以广泛的嵌入如玩具，家用电器，机械，仪器仪表，汽车电子，工业控制设备，办公自动化设备，电子金融系统，船舶，个人信息终端和通信产品，在现代电子系统中有着无可取代的重要作用，于是基于单片机的电子时钟的时代到来了。基于单片机的电子时钟将时钟和日历合二为一，不仅能显示时间而且还可以显示年和月。显示设备将由单片机读取的时钟芯片上的时间显示出来。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 3 页第 1 章 绪论第 1.1 节 课题研究的背景伴随着科学技术的急速发展，人类对时间的观测，从观太阳、摆钟到现在电子钟，不停地在进步和发展。电子时钟不仅可以计时年、月、
9、日、时、分、秒，还具有闰年补偿等功能，而且使用寿命长，误差小。对于数字电子时钟采用数字的直观显示，可以同时显示年、月、日、周日、时、分、秒和温度等信息，还可以校准时间。该系统以STC89C52 单片机为核心，功耗低，可工作在 5V 的低压环境，所以电压可选用 4.55.5V电压供电。此电子时钟读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉，符合电子仪器仪表的发展趋势，市场前景广阔。第 1.2 节 课题的研究目的与意义二十一世纪是数字化技术高速发展的时代，而单片机在数字化高速发展的时代扮演着极为重要的角色。电子电子时钟的开发与研究在信息化时代的今天亦是当务之急，因为它应用在军事、教育、科研等各
10、种场合，可以说遍及人们生活的每一个角落。所以说电子电子时钟的开发是社会发展的需求。由于社会对信息交换不断提高的要求及高新技术的逐步发展，使得电子时钟的功能和需求不断得到促进和提高。第 1.3 节 课题解决的主要内容该课题主要研究的是单片机控制技术的一个应用电子时钟，内容如下：（1）选择时钟芯片时，考虑的重点在于廉价、实用、低功耗、抗断电的元器件。（2）根据所选择的的时钟芯片设计外围电路和接口电路。（3）在硬件设计时，系统电路应该尽可能的简单。（4）根据硬件电路图，完成元器件的焊接。（5）根据硬件电路图，编写 STC89C52 芯片的程序。（6）经过编程、调试，让程序在单片机上运行，实现电子时钟
11、的功能。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 4 页第 2 章 系统的方案设计与论证单片机电子时钟实现有多种方法，设备和替代技术的使用有许多种。所以，系统的设计方案不仅仅要满足与实现功能，还要着重考虑系统结构、器件、功耗、成本等的可用性。根据要求，我选择电源模块、时钟模块、显示模块、键盘接口模块、温度测量模块和闹钟模块六个模块，电路系统构成框图如图 1-1 所示。图 1-1 电路系统构成框图第 2.1 节 单片机芯片设计与论证因为电子时钟没必要很高的处理速度，51 系列单片机具有灵活的编程、较低的功耗、较小的体积、成熟的技术和低廉的成本，而且具有良好的抗干扰能力。所以本设计选择STC89C52 单
12、片机。第 2.2 节 按键控制模块设计与论证因系统中所需按键不多，采用独立按键，查询简单，程序处理简单,可节省 CPU 资源。操作方便，故采用独立按键。第 2.3 节 时钟模块设计与论证由于时钟芯片计数需要时间精度高，而且要有闰年补偿功能。采用 DS1302 为计时时钟芯片，具有与单片机接口简单，精度高，价格低。故选择 DS1302 芯片。第 2.4 节 温度采集模块设计与论证因为用 DS18B20 温度芯片，它能直接读出被测温度，而且误差小，成本低，制作难度不高，所以采用该芯片。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 5 页第 2.5 节 显示模块模块设计与论证本设计要求达到功耗小、体积小、成本低
13、，显示信息多等要求，LCD 刚好满足要求。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 6 页第 3 章 系统的硬件设计现在开始对上面系统设计方案进行具体的硬件电路设计，具体电路设计下文开始详细介绍。第 3.1 节 STC89C51 单片机单片微型计算机是随着微型计算机的发展而产生和发展的。伴随着美国德州仪器公司发明了世界上第一台单片微型计算机以来，单片机技术已成为逐步发展为计算机领域的一个分支，使得他在各个工程应用领域的地位越来越高。如果将 8 位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可以分为以下几个阶段：第一阶段（19761978）：单片机的探索阶段。以 Intel 公司的 MCS-48 为代
14、表。MCS-48 在工业控制领域的摸索取得了卓越的成绩。 “单片机”一词也由此而来。第二阶段（19781982）：单片机的完善阶段。MCS-51 单片机系列就是 Intel 公司在 MCS-48 的基础上推出的。它是总线型单片机的典型。（1）完善的外部总线。 MCS-51 包含了数据总线、地址总线和控制总线。（2）CPU 集中管理外围功能单元。（3）操作方法和地址空间体现了工控特性。（4）在趋于丰富和完善的系统指令基础上，增加了许多控制指令。第三阶段（19821990）：英特尔公司生产的 MCS-96 单片机增加了模数转换器、程序运行监视器和脉宽调制器，更突出了单片机的微控特性。第四阶段（19
15、90）：微控单片机的高速发展阶段。随着单片机在各个领域的综合性，应用和研究的不断深入，更高速、运算能力更强、体积更小、更廉价的通用型单片机伴随出现。单片机的集成电路芯片上集成很多元器件，类似于一台微型计算机。其中包含了CPU、接口和中断系统。单片机因为开发方便、价格低、体积小等优点在智能仪表中得到广泛应用。在控制领域中，现在人们更加注重成本低，体积小，操作电脑控制的可靠性和灵活性。介绍了各种仪器，仪表，智能仪表，提高自动化的测试，准确度的计算速度，简化了仪器的硬件结构，提高其性能价格比。单片机主要特点：（1）有优异的性能价格比。（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。苏州大学本科生毕业设计（论
16、文）第 7 页（3）控制功能强。（4）功耗低，携带方便。（5）外部增加了串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。优异的性能价格比。（1）集成度高、体积小、有很高的可靠性。（2）控制功能强。为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O 口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。VCC：接+5V。GND：电源地端。XTAL1: 芯片系统输入端。XTAL2： 芯片系统输出端。RESET：STC89C52 的重置引脚。EA/Vpp：表示存取外部程序代码之意，低电平动
17、作。ALE/PROG：表示地址锁存器启用信号。PSEN：其意为程序储存启用。其引脚分配如下：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。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。RST：复位输入。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。STC89C52 单片机引脚图如 3-1 所示。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 8 页EA/
18、VP 31X119X218RESET9P37/RD17P36WR16P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30P31/TXD11P30/RXD10GND20VCC 40U1STC89C52图 3-1 STC89C52 单片机引脚图3.1.1. 最小系统设计最小系统由电源、时钟、复位部件和单片机组成，他能让系统保持正常工作。因此最小系统可以由 STC89C52 芯片构成。此时只要将时钟电路和复位电路与单片机接上即可，结构如图 3-2 所示。图 3-2 单片机最小系统原理图3.1.2. 时钟电路STC89C52 单片机的产生时钟信号的方式有两种，分别为内部时钟和外部时钟方式。在 STC89C52 单片机内部有一由单片机的、两个引脚外接晶振构成的内部振荡器，该自激振荡器就能产生时钟脉冲信号。内部时钟电路如图 3-3。
