基于单片机的带闹铃时钟设计

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1、摘 要现代快节奏的生活给人们的精神上带来了很大的压力，如何缓解这些压力已经成为很多人和探索者多年来一个很重要的研究项目，电子闹钟减压正是应运而生。本系统主要由AT89C52单片机、DS1302时钟芯片及LCD1602液晶显示器来完成设计,具有时间和年份的自动调整，附加闹钟设置、倒计时设置及时间重置功能。用户可以通过按键修改时钟后查看闹铃时间，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。关键词：AT89S52；DS1302；LCD1602液晶；自动调整；闹铃倒计时 AbstractThe life of contemporary fast rhythm to peoples spiritua

2、l brings a lot of pressure, how to alleviate the pressure has become many people and explorer years a very important research projects, an electronic alarm decompression is arises at the historic moment. This system mainly by the AT89C52 single chip computer, DS1302 clock chip and LCD1602 LCD to com

3、plete design. And completion time and the year of automatic adjustment, additional alarm, the countdown setting and time reset function. Users can view by buttons alter the alarm time, to the life of people, study, work, entertainment has brought great convenience.Keywords: AT89S52 devices, DS1302;

4、LCD1602 LCD, Automatic adjustment, Alarm countdown引言 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机还有以下特点小巧，低功耗，低成本，控制功能强，广泛运用于飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理等等本次设计的数字电子钟，以51系列单片机(AT89s52)为核心，配以相应硬件电路，完成时间显示及其附加功能。1 设计方案1.方案的选择和论证：方案一，利用数字电路中学习的二十四进制计数器、六十进制和三八译码器来实现数字钟的

5、时间显示，用与非门的反馈来实现闹钟的功能。方案二，利用AT89s52单片机和时钟芯片以及利用C语言对AT89s52进行编程来实现数字钟的显示、倒计时和闹钟功能。方案一由于利用计数器和与非门实现数字钟，并且灵活性差，可扩展性不强,还会导致布线困难，板子的焊接复杂。方案二的优点在于利用AT89s52单片机的小巧，低功耗，低成本,以及利用C语言编程，其内部集成功能强大，可以满足定时以及显示功能。综合以上的分析，决定采用方案二来实现电子数字钟的设计。 确定了AT89s52单片机做为控制器的方案以后, 外围器件以及硬件的电路设计如下.(1)时钟芯片。DS1302是一种高性能、低功耗、低成本的实时时钟芯片

6、可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整,采用双电源供电（主电源和备用电源）。通过简单的三个串行口就能与单片机通信，使得时钟的控制调整更加方便可靠。(2)显示模块。没有采用数码管的显示电路,减少了电路上的布线复杂, 利用LCD1602液晶显示时间年份及系统调整等各种信息, 并且液晶显示使内容信息更丰富、更明了。(3)调节模块。采用3个按键完成，它们分别构成了模式键、左移（减数）键、右移（加数）键，使输入操作简单，更为人性化。(4) 声音提示模块。用软件方法产生方波输出，通过三极管放大后驱动蜂鸣器发音，这样就可以省去硬件振荡电路，降低成本。并且在按键按下时，会有相应的按

7、键音，使系统更贴近实际生活。1.2方案设计框图LCD1602液晶显示AT89s52单片机调节模块声音模块DS1302时钟芯片其他模块（复位电路、晶振电路等）图. 方案设计框图电路的介绍2.1控制芯片模块：AT89S52AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

8、图2.1.1单片机引脚图AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52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。其引脚结构如图2.所示。单片机要运行工作，需要基本复位电路、晶振电路，如图2.1.及图2.1.所示。图 2.1. 单片机复位电路图

9、2.1.单片机晶振电路单片机的引脚具体功能可参见其使用手册，这里利用的主要是其基本的I/O 口线，所以就不对单片机的引脚做具体的罗列介绍。2.2时钟芯片模块：DS1302DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。其管脚配置如下：

10、图2. DS1302引脚图各引脚的功能为：电路硬件连接图：图2. DS1302原理图图2. DS1302有关日历、时间的寄存器图上图是DS1302内部的7个与时间、日期有关的寄存器图和一个写保护寄存器，本次设计要做的就是将初始设置的时间、日期数据写入这几个寄存器，然后再不断地读取这几个寄存器来获取实时时间和日期。这几个寄存器的说明如下：（1）秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。当初始上电时该位置为1，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；只有将秒寄存器的该位置改写为0时，时钟才能开始运行。（2）小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义DS1302是运行于12小时

11、模式还是24小时模式。当为高时，选择12小时模式。在12小时模式时，位5是AM/PM，当为1时，表示PM。在24小时模式时，位5是第二个10小时位（3）控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。在对任何的时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0。当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。也就是说在电路上电的初始态WP是1，这时是不能改写上面任何一个时间寄存器的，只有首先将WP改写为0，才能进行其它寄存器的写操作。 DS1302中附加31字节静态RAM的地址,如下表所示图2. DS1302有关RAM的地址2.液晶模块显示模块：LCD1602 lcd1602相

12、对普通的数码管（LED）相比耗能小，且还能显示数码管不能显示的字符，无论是在硬件还是程序上都相对数码管要简单，硬件上较为明显，而且同样的字符所需的数码管个数的价格总和远远大于一块lcd1602。各接口信号说明如下表：编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端（H/L）12D5Data I/O5R/W读写选择端（H/L）13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极电

13、路硬件连接图：图2.LCD1602液晶显示原理图 （1）显示模式设置（初始化）如图2.所示指令码功能00111000设置162显示，57点阵，8位数据接口图 2. 液晶LCD1602显示模式设置（2）显示开关及光标设置（初始化）如表2.所示指令码功能00001DCBD=1 开显示； D=0 关显示C=1 显示光标； C=0 不显示光标B=1 光标闪烁； B=0 光标不显示000001NSN=1 当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加一N=0 当读或写一个字符后地址指针减一，且光标减一S=1 当写一个字符后，整屏显示左移（N=1）或右移（N=0）S=0 当写一个字符，整屏显示不移动图2. 液晶

14、LCD1602显示开关及光标设置（3）数据指针设置如图2.所示指令码功能80H+地址码（027H,40H67H）设置数据地址指针图2. 液晶LCD1602数据指针设置（4）读写数据如图2.所示操作输入输出读状态RS=L，RW=H，E=HD0D7=状态字写指令RS=L，RW=L，D0D7=指令码，E=高脉冲无读数据RS=H，RW=H，E=HD0D7=数据写数据RS=H，RW=L，D0D7=数据，E=高脉冲无图2.液晶LCD1602读写数据2.声音提示模块：蜂鸣器用软件方法产生方波输出，通过三极管放大后驱动蜂鸣器发音，在有按键按下的时候会发出提示声，在闹钟以及时间等有关功能的设置时也会提示声。其连

15、接电路如下：图2.蜂鸣器电路2.调节模块：按键采用3个按键完成，它们分别构成了模式键、左移（减数）键、右移（加数）键，使输入操作简单。其连接电路如下：图图2.按键电路2.6下载电路 采用了AT89S52为单片机,在程序下载的时候接出了P15,P16,P17和复位键位下载口,这样接线简易,方便调试程序图2.下载接口2.7整个系统模块的原理图连接如下：图2.整个系统模块原理图3 电路的设计与制作过程我学习了有关画图、仿真及编程软件，及时纠正所设计电路过程中的错误。先把各块独立功能的板子制作出来，调试后达到预先设计的效果后再将各块小板子整合。3.1软件的学习3.1.1 Altium Designer

16、 Winter 09软件设计原理图及绘制PCB图Altium Designer Winter 09 提供了唯一一款统一的应用方案，其综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。Altium Designer Winter 09 在单一设计环境中集成板级和FPGA系统设计、基于FPGA和分立处理器的嵌入式软件开发以及PCB版图设计、编辑和制造。并集成了现代设计数据管理功能。PCB图见附录。在绘制电路原理图和PCB图的过程中，我学习并使用了Altium Designer Winter 09，我学会了如何建立Protel工程，如何设计原理图，导入绘制PCB图，封装，布局，布线。相比Protel

17、99，Altium Designer Winter 09使用起来简单又方便。3.1.2 Keil uvision2单片机程序编写软件Keil uVision2是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统C语言的语法来开发，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,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期。在编写单片机的程序中，我结合以前单片机实验课程所学知识，能够比较熟练地运用Keil uvision2编写程序，也较快地实现了设计的功能。3.1.3 Multisim10仿真软件Multisim不仅可以完成电

18、路瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、噪声分析和直流分析等基本功能，而且还提供了离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析和电路容差分析等电路分析方法，并具有故障模拟和数据储存等功能。在电路设计过程中，我进一步加强了对Multisim10的认识，通过仿真可以检测设计是否合理，给我提供数据来和理论数据对比，确定了电路设计的正确，初步检测到自己的电路图的错误，以减少出错的概率，证实电路的可行性，在制作电路板之前省去很多不必要的麻烦。3.2 软件编程3.2.1主程序流程图本次设计用C语言作为编程语言，选择Keil C作为编程软件。程序主要负责液晶模块的处理，键盘输入信息处理以及驱动蜂鸣器。最后

19、把程序烧到单片机中。程序用以驱动硬件电路按照人的思维方式设计运行，达到方案设计要求的结果，是系统的内在控制核心。图.系统程序流程图4 测试与分析系统能在设定的时间内闹铃，但声音有点沙哑。这是因为控制蜂鸣器的I/O口每次取反后，必须调用一次显示子程序后才能再次取反，否则在发音期间不能显示，而调用一次显示子程序需要的时间大约为6ms（6位每位1ms）,所以振荡频率f=1/T=1/（2*6ms）83Hz，显然这个频率过低，这就是造成声音沙哑的原因。经测试，其时钟误差约为秒天，这是因为从定时器向CPU发出中断申请信号到重装定时初值的过程需要一定的时间以及硬件的各器件也有一定的延时。5 结论在本次课设中

20、我真的学了不少知识，自己的动手能力也有了一定的提高。在这次课设过程中，我遇到了一些问题，比如为元件画封装，好几个元件要自己画封装，可是自己又不熟悉；接着就是布局和布线了，要想做得比较好看，真的要花很大的功夫。本次课设主要用到了单片机AT89S52、芯片DS1302、液晶LCD1602。这些都是我在大三的时候略有接触过的器件。我结合以前所上过的单片机实验，利用网上共享资源，在老师的教导和其他同学的帮助下，最终完成了作品。这次课设可以说是理论和实践的统一，是学理论的一次实际的应用，对于加强和巩固知识及提高学习的积极性起着十分重要的作用。通过本次课设我受益匪浅，深深感觉到了实践是多么的重要，使我懂得

21、了学习真理的真谛。通过这次课设，我深深的感到这一切的来之不易，现将具体的感受总结如下：第一：要对我们学过的各种电路知识熟悉掌握以及学会运用；第二：在制作的过程中要有耐心，不能急躁，特别是在调试的过程中更要注意；第三：在编写程序的时候先要画出流程图，理清思路；第四：细心谨慎，才能避免不必要的错误出现，在制作的各个环节中都要注意；第五：态度决定一切，我们要摆正自己的心态，相信自己有能力独立完成设计。谢 辞我的这次课设能够顺利的设计和完成，离不开老师的精心指导和同学们的热心帮助，我在这里向大家表示诚挚的感谢。首先，感谢我的指导老师陈寿宏老师，在课设开始时，他给我们做了总体的规划，使我们在整个的课设的

22、过程中有条不紊的进行，并且给我们支持和鼓励，教我们学会做电路仿真，画电路原理图，使我们有了信心。再者，感谢我的其他的理论课老师和我的同学，在我调试不出来的时候，以前所学的理论知识给了我很大的提示作用，科协的成员给了我很大的帮助。参考文献1 王卫东.模拟电子电路基础M.西安：西安电子科技大学出版社，20032 王卫东，傅佑麟编著.高频电子电路.北京：电子工业出版社，2004.83 及力主编.Protel DXP 2004 SP2实用设计教程M.北京：电子工业出版社，20094 劳五一. 模拟电子电路分析、设计与仿真M.北京：清华大学出版社，20075 李群芳，张士军等编著.单片微型计算机与接口技术（第三版）.北京：电子工业出版社，2附录硬件设计图整体电路电路仿真及其结果 电路PCB图设计实物图