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河北建筑工程学院
单片机课程设计任务书
课程名称：
单片机原理及应用 系 ：
电气工程系 专 业：
电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 2008308112 学生姓名：
指导教师： 职 称：
讲师
2012 年 1 月 1 日
一·摘要
近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此越来越广泛地应用各个领域.本文的电子钟系统是以单片机（AT89C51）为核心，时钟芯片DS1302、数码管显示驱动芯片74LS164等元器件组成。具体介绍应用protell软件进行单片机系统的电子钟设计与仿真的实现方法。该方法既能准确验证所设计的系统是否满足技术要求,又能提高系统设计的效率和质量,降低开发成本,具有推广价值。
关键词：单片机； 时钟芯片 ；数码管显示驱动芯片 ；电子钟
二·系统总体方案设计
随着电子技术的发展，人类不断研究，不断创新纪录。万年历目前已经不再局限于以书本形式出现。以电脑软件或者电子产品形式出现的万年历被称为电子万年历。与传统书本形式的万年历相比，电子万年历得到了越来越广泛的应用，采用电子时钟作为时间显示已经成为一种时尚。目前市场上各式各样的电子时钟数不胜数，但多数是只针对时间显示，功能单一不能满足人们日常生活需求。
本文提出了一种基于AT89C51单片机的万年历设计方案，本方案以AT89C51单片机作为主控核心，与时钟芯片DS1302、按键、LED显示等模块组成硬件系统。在硬件系统中设有独立按键和LED显示器，能显示丰富的信息，根据使用者的需要可以随时对时间进行校准、选择时间等，综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。
1．功能要求
本电子时钟能显示星期、小时、分钟、秒
2.技术可行性
随着国内超大规模集成电路的出现，微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。集成技术的最新发展之一是将CPU和外围芯片，如程序存储器、数据存储器、并行I/O口、串行I/O口、定时/计数器、中断控制器及其他控制部件集成在一个芯片之中，制成单片计算机（Single-Chip Microcomputer）。而近年来推出的一些高档单片机还包括有许多特殊功能单元，如A/D、D/A转换器、调制解调器、通信控制器、锁相环、DMA、浮点运算单元、PWM控
4.DS1302简介
（1）DS1302特性介绍
DS1302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2.5～5.5V。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。
（2）DS1302引脚介绍
各引脚的功能为：
8、Vcc1：备用电池端；
1、Vcc2：5V电源。当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2
7、SCLK：串行时钟，输入；
6、I/O：数据输入输出口；
5、CE/RST：复位脚
3、X1、X2 是外接晶振脚（32.768KHZ的晶振）
4、地（GND）
（4）DS1302有关日历、时间的寄存器
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
6(2)时钟电路DS1302
DS1302的性能特性: ● 实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行比较； ● 用于高速数据暂存的31*8位RAM； ● 最少引脚的串行I/O； ● 2.5～5.5V电压工作范围； ● 2.5V时耗小于300nA；
● 用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式； ● 简单的三线接口；
● 可选的慢速充电（至Vcc1）的能力。
DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被访问到。在开始8个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器后，另外的时钟周期在读操作时输出数据，在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8，在多字节方式下为8+字节数，最大可达248字节数。如果在传送过程中置RST脚为低电平，则会终止本次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST脚必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。
DS1302的控制字如表所示。控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6如果为0，则表示存取日历时钟数据；为1则表示存取RAM数据。位5～1（A4～A0）指示操作单元的地址。最低有效位（位0）如果为0，则表示药进行写操作；为1表示进行读操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出。
为了提高对32个地址寻址能力（地址/命令位1～5=逻辑1）,可以把时钟/日历或RAM寄存器规定为多字节（burst）方式。位6规定时钟或RAM，而位0规定读或写。在时钟/日历寄存器中的地址9～31或RAM寄存器中的地址31不能存储数据。在多字节方式下，读或写从地址0的位0开始。必须按数据传送的次序写最先的8个寄存器。但是，当以多字节方式写RAM时，为了传送数据不必写所有的31字节，不管是否谢了全部31字节，所写的每一字节都将传送至RAM。
DS1302共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。其日历、时间寄存器及其控制字如上表所示，其中奇数为读操作，偶数为写操作。
时钟暂停：秒寄存器的位7定义位时钟暂停位。当它为1时，DS1302停止振荡，进入低功耗的备份方式，通常在对DS1302进行写操作时（如进入时钟调整程序）,停止振荡。当它为0时，时钟将开始启动。
AM-PM/12-24小时方式：小时寄存器的位7定义为12或24小时方式选择位。它为高电平时，选择12小时方式。在此方式下，位5为第二个10小时位（20～23h）。
DS1302的晶振选用32768Hz，电容推荐值为6pF。因为振荡频率较低，也可以不接电容，对计时精度影响不大。
9DS1302的晶振选用32768Hz，电容推荐值为6pF。因为振荡频率较低，也可以不接电容，对计时精度影响不大。
四· 系统软件设计
1.程序设计
电子万年历的程序主要包括3个方面的内容：一是DS1302从单片机中读取数据进行计数，二是利用按键进行时间的调整，三是74LS164从单片机中读取数据驱动LED数码管显示时间。
AT89C51单片机主要I/O口的分配，P2.0-P2.2分别接74LS164的DIN,LOAD,CLK三个功能端，P3接查询式按键，P1.0-P1.2分别接DS1302的CLK，IO，RST端。
2.时间控制流程图
DS1302时控流程图
附录 电子时钟程序
#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar count_10ms;
//定义10ms计数器 sbit K1 = P3^2;
//定义K1键 sbit K2 = P3^3;
//定义K2键 sbit K3 = P3^4;
//定义K3键 sbit K4 = P3^5;
//定义K4键 sbit BEEP=P3^7;//定义蜂鸣器 sbit reset = P1^2;sbit sclk = P1^0;sbit io
= P1^1;sbit LCD_RS=P2^0;
sbit LCD_RW=P2^1;
sbit LCD_EN=P2^2;bit K1_FLAG=0;
//定义按键标志位，当按下K1键时，该位置1，K1键未按下时，该位为0。uchar code line1_data[] = {“---LCD Clcok---”};
//定义第1行显示的字符 uchar code line2_data[] = {“****”};
//定义第2行显示的字符 uchar disp_buf[8] ={0x00};
//定义显示缓冲区 uchar time_buf[7] ={0,0,0x12,0,0,0,0};//DS1302时间缓冲区，存放秒、分、时、日、月、星期、年 uchar temp [2]={0};
//用来存放设置时的小时、分钟的中间值 /********以下是函数声明********/ void Delay_ms(uint xms);bit lcd_busy();
void lcd_wcmd(uchar cmd);
void lcd_wdat(uchar dat);
void lcd_clr();void lcd_init();void write_byte(uchar inbyte);
//写一字节数据函数声明 uchar read_byte();
//读一字节数据函数声明 void write_ds1302(uchar cmd,uchar indata);//写DS1302函数声明 uchar read_ds1302(uchar addr);
//读DS1302函数声明
void set_ds1302(uchar addr,uchar *p,uchar n);//设置DS1302初始时间函数声明 void get_ds1302(uchar addr,uchar *p,uchar n);//读当前时间函数声明 void init_ds1302();
//DS1302初始化函数声明 /********以下是延时函数********/ void Delay_ms(uint xms)
{ uint i,j;for(i=xms;i>0;i--)
//i=xms即延时约xms毫秒
for(j=110;j>0;j--);} /********以下是LCD忙碌检查函数********/
_nop_();
LCD_EN = 1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
LCD_EN = 0;
}
/********以下是LCD清屏函数********/ void lcd_clr()
{
lcd_wcmd(0x01);
//清除LCD的显示内容
Delay_ms(5);
}
/********以下是LCD初始化函数********/ void lcd_init()
{
Delay_ms(15);
//等待LCD电源稳定
lcd_wcmd(0x38);
//16*2显示，5*7点阵，8位数据
Delay_ms(5);
lcd_wcmd(0x38);
Delay_ms(5);
lcd_wcmd(0x38);
Delay_ms(5);
lcd_wcmd(0x0c);
//显示开，关光标
Delay_ms(5);
lcd_wcmd(0x06);
//移动光标
Delay_ms(5);
lcd_wcmd(0x01);
//清除LCD的显示内容
Delay_ms(5);
}
/********以下是写一字节数据函数********/ void write_byte(uchar inbyte){
uchar i;
for(i=0;i
{
sclk=0;
//写时低电平改变数据
if(inbyte&0x01)
io=1;
else
io=0;
sclk=1;
//高电平把数据写入DS1302
_nop_();
inbyte=inbyte>>1;
{
write_ds1302(addr,*p);
p++;
addr=addr+2;
}
write_ds1302(0x8e,0x80);
//写保护，不允许写 } ********读取当前时间函数******** void get_ds1302(uchar addr,uchar *p,uchar n){
for(;n>0;n--)
{
*p=read_ds1302(addr);
p++;
addr=addr+2;
} } ********初始化DS1302函数********/ void init_ds1302(){
reset=0;
sclk=0;
write_ds1302(0x80,0x00);//写秒寄存器
write_ds1302(0x90,0xab);//写充电器
write_ds1302(0x8e,0x80);//写保护控制字，禁止写 }
/*********以下是蜂鸣器响一声函数********/ void beep(){
BEEP=0;
//蜂鸣器响
Delay_ms(100);
BEEP=1;
//关闭蜂鸣器
Delay_ms(100);
} /********以下是转换函数,负责将走时数据转换为适合LCD显示的数据********/ void LCD_conv(uchar in1,in2,in3)
//形参in1、in2、in3接收实参time_buf[2]、time_buf[1]、time_buf[0]传来的小时、分钟、秒数据 { disp_buf[0]=in1/10+0x30;
//小时十位数据
disp_buf[1]=in1%10+0x30;
//小时个位数据
disp_buf[2]=in2/10+0x30;
//分钟十位数据
disp_buf[3]=in2%10+0x30;
//分钟个位数据
disp_buf[4]=in3/10+0x30;
//秒十位数据
disp_buf[5]=in3%10+0x30;
//秒个位数据 } {
Delay_ms(10);//延时去抖
if(K4==0)
{
while(!K4);//等待K4键释放
beep();
write_ds1302(0x80,0x00);//调整完毕后，启动时钟运行
write_ds1302(0x8e,0x80);//写保护控制字，禁止写
K1_FLAG=0;//将K1键按下标志位清0
} } }
/********以下是读取时间函数,负责读取当前的时间,并将读取到的时间转换为10进制数********/ void get_time(){ uchar sec,min,hour;
//定义秒、分和小时变量
write_ds1302(0x8e,0x00);
//控制命令,WP=0,允许写操作
write_ds1302(0x90,0xab);
//涓流充电控制
sec=read_ds1302(0x81);
//读取秒
min=read_ds1302(0x83);
//读取分
hour=read_ds1302(0x85);
//读取时
time_buf[0]=sec/16*10+sec%16;
//将读取到的16进制数转化为10进制
time_buf[1]=min/16*10+min%16;
//将读取到的16进制数转化为10进制
time_buf[2]=hour/16*10+hour%16;
//将读取到的16进制数转化为10进制 } /********以下是主函数********/ void main(void){ uchar i;P0 = 0xff;P2 = 0xff;lcd_init();
//LCD初始化函数（在LCD驱动程序软件包中）
lcd_clr();
//清屏函数（在LCD驱动程序软件包中）
lcd_wcmd(0x00|0x80);
//设置显示位置为第1行第0列
i = 0;
while(line1_data[i]!= ' ')
//在第1行显示“---LCD Clcok---”
{
lcd_wdat(line1_data[i]);
//显示第1行字符
i++;
//指向下一字符
}
lcd_wcmd(0x40|0x80);
//设置显示位置为第2行第0列
i = 0;
while(line2_data[i]!= ' ')
//在第2行0~3列显示“****”
{
lcd_wdat(line2_data[i]);
//显示第2行字符
920-
