单片机课程设计--智能电子钟的设计.doc

目 录 1引言………………………………………………………………………………………… 1 1.1设计内容和要…………………………………………………………………………… 1 1.2 工作原理………………………………………………………………………………… 2 2 总体设计…………………………………………………………………………………… 2 2.1 方案设计………………………………………………………………………………… 2 2.2 系统框图………………………………………………………………………………… 2 2.3 核心芯片简介…………………………………………………………………………3 2.3.1 DS1302简介…………………………………………………………………………… 3 2.3.2 AT89C51简介……………………………………………………………………………3 3 智能电子钟软硬件电路的设计………………………………………………………………4 3.1 硬件设计……………………………………………………………………………………4 3.1.1 复位电路设计……………………………………………………………………………4 3.1.2 DS1302与单片机的接口设计………………………………………………………… 5 3.1.3 LED显示设计……………………………………………………………………………5 3.1.4 电源设计…………………………………………………………………………………6 3.1.5 按键开关去抖设计………………………………………………………………………6 3.1.6 时钟电路的设计…………………………………………………………………………7 3.1.7 电路总原理图设计………………………………………………………………………8 3.2 软件设计……………………………………………………………………………………8 3.2.1 流程图……………………………………………………………………………………8 4 protues仿真与调试……………………………………………………………………………11 4.1 电路的仿真…………………………………………………………………………………11 4.2软件调试……………………………………………………………………………………11 结论…………………………………………………………………………………………… 12 参考文献……………………………………………………………………………………… 14 附 录………………………………………………………………………………………… 15 源程序………………………………………………………………………………………… 15 1 引言 电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时钟精确、体积小、界面友 好、可扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。另外，在生活和工农业生产 中，也常常需要温度，这就需要电子时钟具有多功能性。本设计主要为实现一款可正常 显示时钟/日历、带有定时闹铃的多功能电子时钟。本文对当前电子钟开发手段进行了比 较和分析，最终确定了采用单片机技术实现多功能电子时钟。本设计应用AT89C51芯片作 为核心，6位LED数码管显示，使用DS1302实时时钟日历芯片完成时钟/日历的基本功能。 这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，时间精确，操作简单，编程容 易。 该电子时钟可以应用于一般的生活和工作中，也可通过改装，提高性能，增加新功能， 从而给人们的生活和工作带来更多的方便。 1.1设计内容和要求 以AT89C51单片机为核心，制作一个LCD显示的智能电子钟： (1) 计时：秒、分、时、天、周、月、年。 (2) 闰年自动判别。 (3) 五路定时输出，可任意关断（最大可到16路）。 (4) 时间、月、日交替显示。 (5) 自定任意时刻自动开/关屏。 (6) 计时精度：误差 1秒/月（具有微调设置） (7) 键盘采用动态扫描方式查询。所有的查询、设置功能均由功能键K1、K2完成。 1.2 工作原理 本设计采用市场上流行的时钟芯片DS1302进行制作。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充 电时钟芯片，内含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，可以通过串行接口与计算机进 行通信，使得管脚数量减少。实时时钟/日历电路能够计算2100年之前的秒、分、时、日 、星期、月、年的，具有闰年调整的能力。 DS1302时钟芯片的主要功能特性： (1) 能计算2100年之前的年、月、日、星期、时、分、秒的信息；每月的天数和闰年的天数 可自动调整；时钟可设置为24或12小时格式。 (2) 31B的8位暂存数据存储RAM。 (3) 串行I/O口方式使得引脚数量最少。 (4 在当今数字化、智能化快速发展的时代背景下，电子时钟作为一种常见的电子设备，其设计和制作已经成为电子工程专业学生必须掌握的实践技能之一。本文档所呈现的是一项关于智能电子钟设计的课程设计报告，报告详细阐述了基于AT89C51单片机设计的智能电子钟从构思到实现的全过程，包括了其硬件设计、软件设计、仿真调试以及最终的实现效果。本报告将为读者提供一份学习和参考的范本。 1 引言 电子钟自发明以来，就以其精准的时间计量和便捷的操作深受人们欢迎。随着微电子技术的突飞猛进，电子钟已经从传统机械式时钟演变为数字化的电子时钟。尤其是在单片机技术的应用下，电子时钟的功能得到了极大的拓展。本次课程设计的目标是利用AT89C51单片机设计一款具有多种功能的智能电子钟，包括计时、计日历、闹钟设置、自动开关屏等。此外，设计还考虑了设备的扩展性，如增加温度监测功能，使其能适应更多领域的需求。 1.1设计内容和要求 本次设计的核心是AT89C51单片机，其负责处理所有逻辑运算和控制任务。设计要求该智能电子钟不仅能够准确显示时、分、秒等基本信息，还应具备以下功能： - 闰年自动判别能力； - 最多可达16路的定时输出，用户可自定义其中的五路； - 时间、月、日交替显示功能； - 任意时刻的自动开/关屏设置； - 计时精度达到每月误差不超过1秒，并具备微调功能； - 键盘采用动态扫描方式查询，通过两个功能键完成所有操作。 1.2 工作原理 本设计采用DS1302实时时钟日历芯片作为时间数据的生成和存储核心。DS1302能够准确计算并存储年、月、日、星期、时、分、秒等信息，并具备自动闰年调整的功能。其内置的31字节静态RAM可用于临时存储数据，而串行I/O口则实现了与AT89C51单片机之间的数据交换，简化了电路设计。 2 总体设计 本课程设计的总体设计部分包括了方案设计、系统框图、核心芯片介绍、硬件电路设计和软件设计。方案设计阶段主要确定了使用AT89C51单片机和DS1302时钟芯片作为系统核心，明确了各项功能的实现方法。 2.1 方案设计 设计从功能需求出发，通过模块化的方法将整个电子钟系统划分为若干子模块，每个子模块负责独立的功能，包括时钟显示、按键输入、闹钟设置等。该方案设计阶段还确定了电子钟的接口设计、电源管理等硬件细节。 2.2 系统框图 系统框图清晰地展示了各模块之间的数据流向和控制关系。核心芯片AT89C51作为控制中心，接收来自DS1302的时间信息，并通过LED显示电路展示给用户。同时，用户通过按键输入信息，单片机处理后反馈到各个模块进行相应的操作。 2.3 核心芯片简介 2.3.1 DS1302简介 DS1302时钟芯片以其高精度和高稳定性，在数字电子钟设计中被广泛应用。它利用一个简单的串行接口与单片机通信，从而使得硬件设计简单化。DS1302内部的实时时钟/日历功能不仅能够计算秒、分、时、日、月、年等信息，还能自动处理闰年调整，确保时间显示的准确性。 2.3.2 AT89C51简介 AT89C51是一款经典的8位微控制器，拥有8k字节的可编程Flash存储器和256字节的RAM。它不仅指令集丰富，而且提供了多个定时器/计数器、串行通信接口等。AT89C51的这些特性使得其非常适合用作智能电子钟的控制核心。 3 智能电子钟软硬件电路的设计 3.1 硬件设计 3.1.1 复位电路设计 复位电路是确保电子钟可靠工作的重要环节，设计中采用外部复位电路来保证在电源开启和异常情况下系统能够重新启动并恢复到初始状态。 3.1.2 DS1302与单片机的接口设计 DS1302与AT89C51之间的接口采用串行通信方式，通过三个引脚（时钟线、数据线、复位线）完成数据的传输。设计中需注意引脚的连接和协议的匹配。 3.1.3 LED显示设计 LED显示部分主要由数码管组成，用于直观显示时间信息。设计中需要考虑数码管的驱动方式，以及如何高效地进行动态扫描，以减少单片机的功耗。 3.1.4 电源设计 电源设计需要保证系统稳定供电，设计中可以采用稳定的电压稳压芯片，并考虑低功耗设计，确保电子钟能够长时间稳定运行。 3.1.5 按键开关去抖设计 按键作为用户输入设备，其稳定性直接影响到电子钟的操作体验。在设计中，采用软件去抖和硬件去抖相结合的方法，确保按键信号的准确性和稳定性。 3.1.6 时钟电路的设计 时钟电路是电子钟的心脏，设计中要确保其精确度和稳定性，以保证时间的准确显示。 3.1.7 电路总原理图设计 将所有模块连接起来形成完整的电子钟系统。在设计总原理图时，需要考虑各模块间的兼容性，以及整体布局的合理性。 3.2 软件设计 3.2.1 流程图 软件流程图是程序设计的基础，它清晰地描绘了程序的执行逻辑，包括初始化设置、时间读取、显示控制、定时器设置和闹钟处理等模块。 4 protues仿真与调试 4.1 电路的仿真 利用Protues仿真软件模拟整个电子钟的电路行为，通过仿真可以对硬件电路的设计进行验证，排除潜在的设计错误。 4.2软件调试 软件调试是保证电子钟功能实现的关键步骤。在硬件仿真正确的基础上，将编写好的程序加载到单片机中，通过仿真环境对软件进行调试，检查程序运行是否符合预期。 结论 本课程设计项目通过实际动手设计和实现了一个基于AT89C51单片机的智能电子钟。在设计过程中，学生不仅掌握了单片机的使用和编程，还学习了外围设备接口的设计、电子电路的搭建和调试等综合技能。通过本设计，学生能够充分理解从理论到实际应用的转化过程，加深了对单片机课程知识点的理解和应用能力。智能电子钟的设计和实现为学生提供了良好的实践平台，为将来从事电子工程相关领域的研究和开发打下了坚实的基础。 参考文献 在正式的报告中，此处将列举所有参考过的文献资料，包括书籍、期刊、网络文章等，以便于读者进一步了解相关背景知识和研究动态。 附录 附录部分提供了整个设计过程中的源代码和相关技术文档，为后续的学习和开发提供了可靠的资料支持。 源程序 源程序是整个课程设计成果的代码实现部分，详细展示了程序设计的结构和逻辑，是评估和理解整个设计的关键。