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1、硬件技术综合课程设计 实验报告题 目：DS1302时钟学 院：指导老师：日 期：试验对象：实验人员：姓名学号 课程设计（论文）任务书 物理科学与技术学院 网络工程教研室学 号学生姓名专业（班级）设计题目 DS1302时钟设计技术参数1. 在掌握部件单元电路实验的基础上，设计系统。2. 为单片机编写相应的控制程序，模拟上机调试设计要求设计一个电子时钟，并编写相应的软件，完成电子时钟的任务。该控制任务应该完成下列功能：1、 电子时钟显示用LED数码管显示，格式为：XX XX XX，由左向右分别为：时、分、秒，比如：23 20 40表示23时20分40秒，刚开始工作时应显示为：12 00 00；2、
2、 实现对时分秒进行校准；3、 按照分析、设计、调试和测试的软、硬件开发过程完成这个设计任务。工作量1、 可以利用两个外部中断实现对时、分、秒进行校准；2、 应有定时中断处理程序的编程方法。3、 用C语言C51编译器实现；需给出实验流程图、程序即可。工作计划1. 使用Proteus软件仿真画出硬件连接图，并进行硬件设计测试 2. 编写C51汇编程序，实现时钟显示及控制参考资料单片机原理指导教师签字教研室主任签字 课程设计（论文）成绩评定表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日摘要 本文介绍的实时时钟芯片为DSl302，它是Dallas公司的一种具有涓细电流充电能力的实时时钟芯片，采用普通3
3、2.768kHz晶振。主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。并给出了基于DSl302设计的时钟显示在读写中的C51程序及流程图，以及在调试过程中的注意事项。关键词：单片机 DS1302 数码管 数字钟1设计目标52概要设计521设计目的522设计仪器523设计内容123详细设计1231系统需求分析1232系统目标1433功能分析1434详细步骤154总结18参考文献（资料）19设计背景 自古就有：“一寸光阴，一寸金”的说法。而随着人类的进步科学技术的发展时间观也越来越被人们
4、重视，而能够准确的知道时间能够提高人们的工作效率，能更好的在规定的时间内完成所规定的工作 。因此能有随时随地的知道当前时间是非常重要的。随着科学技术的发展，单片机技术的不断完善，使得数字钟的设计变得更加的灵便、更加简单、功能更加的完善、计时也更加的准确。本设计实用简单，设计方便，计时准确，能够对年、月、日、周、日、时、分、秒进行准确的计时，可以让人们随时知道时间。1设计目标 本设计主要实现电子时钟显示用LED数码管显示，格式为：XX XX XX，由左向右分别为：时、分、秒，比如：23 20 40表示23时20分40秒，刚开始工作时应显示为：12 00 00，并且要实现对时分秒进行校准。2概要设
5、计21设计目的本设计利用AT89C52的特点及DS1302的特点，提出一种基DS1302单片机控制，再利用数码管显示的数字钟。本系统硬件利用AT89S52作为CPU进行总体控制，通过DS1302时钟芯片获取准确详细的时间（年、月、日、周、日、时、分、秒准确时间），对时钟信号进行控制，同时利用液晶显示芯片LCD1602对时间进行准确显示年、月、日、周、日、时、分、秒。该数字钟硬件电路简单，使用灵活，功能稳定，显示准确且无论对于社会或者科研也有一定的研究价值。22设计仪器根据系统设计结构图来对每个部分的电路进行分析和说明，重点讲述微控制器AT89S52、数码管显示模块、实时时钟芯片DS1302。2
6、.2.1 MCU微控制器电路 AT89S52的塑封图如图2.1所示，它为DIP40双列直插塑料封装。AT89S52作为系统的核心控制元件，只有它能正常工作后才能使其它的元件进入正常工作状态。因此，下面对AT89S52进行必要的说明，AT89S52的管脚如图2.2所示。图2.1 AT89C52封装图 图2.2 AT89C52引脚图1）VCC：40脚，供电电压，一般接+5V电压。2）GND：20脚，接工作地。3）P0口：18脚，P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8
7、位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上电阻。但是P0口在程序校验作为输出指令字节时，需要外部加上拉电阻，一般上拉电阻选4.7K10K为宜。本设计中用5.1K的排阻对P0口进行上拉电平。4）P1口：3239脚，P1口是一个内部具有上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1端口写入“1”后，被内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为作输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。5）P2口：2027脚，P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电
8、阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。6）P3口：1017脚，P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P3 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。7）RESET：9脚，复位输入端。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。8）：30脚，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。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于系统校验。9）PSEN：29脚，外部
9、程序存储器的选通信号。10）：31脚，访问外部程序存储器控制信号。当为低电平时，读取外部程序存储器；当端为高电平时，则读取内部程序存储器，设计中一般接高电平。11）XTAL1：19脚，振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。如采用外部时钟源时，XTAL1为输入端。12）XTAL2：18脚，振荡器反相放大器的输出端。如采用外部时钟源时，XTAL2应悬空不接。2.2.2 LCD液晶显示电路 液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在各种小系统中得到了更广泛的应用。本设计中使用的液晶显示模块是LCD1602。图2.3所示为本设计LCD1602的连接图。 图2.3 LCD1
10、602连接图LCD1602是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器模块，它显示的容量为2行16个字。其实物如图2.4和图2.5所示，它的显示内容丰富、体积小、美观和易于控制都是本设计选择作为显示模块的原因。其引脚结构图如图2.6所示。图2.4 LCD1602正面图图2.5 LCD1602反面图图2.6 LCD1602引脚结构图关于LCD1602的引脚说明如下：1）第1脚：GND为地电源。2）第2脚：VCC接+5V电源。3）第3脚：VEE为液晶显示器对比度调整端。接+5V电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的精密电位器调整对比度，一般对
11、比电压为0.7V左右。4）第4脚：RS为寄存器选择。高电平时选择数据寄存器，否则选择指令寄存器。5）第5脚：为读写信号线。高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平为高电平时可以读出忙信号，当RS为高电平为低电平时可以写入数据。6）第6脚：E端为使能端。当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。7）第714脚：D0D7为8位双向数据线。 8）第15脚：背光灯VCC，一般直接和+5V电源相连接。9）第16脚：背光灯GND。 LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符图有：阿拉伯数字、英
12、文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。LCD1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2.8所示。指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清显示0000000001光标返回000000001*置输入模式00000001I/DS显示开/关控制0000001DCB光标或字符移位000001S/CR/L*置功能00001DLNF*置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址（A
13、DD）读忙标志或地址01BF计数器地址（AC）写数到CGRAMD或DRAM10要写的数从CGRAMD或DRAM读数11读出的数据它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的（说明：1为高电平，0为低电平）。指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H 。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效 。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光
14、标。 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线。 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示。 F：低电平时显示5X7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符 （有些模块是 DL：高电平时为8位总线，低电平时为4位总线）。指令7：字符发生器RAM地址设置 。指令8：DDRAM地址设置 。指令9：读出忙信号和光标地址。 BF为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙，模块就能接收相应的命令或者数据。指令10：写数
15、据 。指令11：读数据 。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志位是不是为低电平，是低电平则表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符。表2.9为 LCD1602的内部显示地址。表2.9 LCD1602的内部显示地址2.2.3 实时时钟电路本设计使用的实时时钟电路芯片是美国DALLAS公司生产的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路芯片DS1302，其引脚如图2.11所示。VCC1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由VCC1或VCC2两者中的较大 者供电；
16、当VCC2大于VCC10.2V时，VCC2给DS1302供电；当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。是复位/片选线，通过把输 入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 图2.11 DS1302引脚图输入有两种功能。首先，接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时在Vcc2.5V之前，必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将置为高电平
17、。I/O为串行数据输入输出端(双向)，SCLK始终是输入端。本设计入端。本设计连接图如图3.15所示，其中C1和C2起微调晶振的作用。 DS1302接线图 2.2.4复位电路在AT89S52单片机中的振荡器运行时，引脚上保持到少2个机器周期的高电平输入信号，复位过程即可完成。根据此原理，本设计采用上电复位和按键复位嵌套在系统中，增强了系统的实用性。本设计的具体复位图如下。2.2.5晶振电路AT89S52在工作时需要外部提供时钟信号，因此，本设计选择在其18脚19脚之间接上12MHz的晶振，为单片机提供1s的机器振荡周期。其电路连接图如图所示。在图中，电容器C3.C4起稳定振荡频率、快速起振的作
18、用，其电容值一般在2050pF23设计内容根据系统设计的要求和设计思路，确定该系统的系统设计结构图。如图2.12所示。硬件电路主要由MCU微处理控制器单元、DS1302时钟电路、储存器、复位电路、晶振电路、数码管显示模块构成。图2.12 系统结构图设计3详细设计31系统需求分析 根据设计要求，结合实际情况和设计成本要求，对系统主要部分的电路方案叙述如下：3.1.1 MCU微处理控制器的方案对比选择方案一：MCU微处理控制器的种类很多，有ATMEL公司生产的AT89SXX系列单片机，其中有8位的单片机，也有16位的单片机。AT89S52为8位的单片机，它是一种低损耗、高性能的CMOS微处理器，片
19、内有8K字节的存储空间，128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器，寻址范围64K。并且可以在线进行重复编程、快速擦除、快速写入程序，能重复擦除 / 写入1000次左右，数据保存时间为十年。方案二：微处理控制器也有凌阳公司生产的，同样有8位的CPU和16位的CPU。它也有很多特点，比如：体积小 、集成度高、可靠性好、易于扩展；具有较强的中断处理能力；功能强、效率高的指令系统及低功耗、低电压。但是其应用领域主要是为控制处理数据处理以及数字信号处理等领域，其中凌阳的16位单片机就是为适应这种发展而设计的。综上所述，在本设计中，考虑到本人对单片机的运用熟练度和单片机的功
20、能领域，选择ATMEL公司生产的AT89S52单片机作为本设计的微控制器。3.1.2 LCD液晶显示模块的方案对比选择方案一：显示的方法有很多种，其中LED数码管是常用的一种显示方法。在这个设计中，可以用LED数码管来显示相应站台的站号，提醒司机知道是去向或者是回向的第几站，让司机心里有数，同时增加显示数字的可读性。该设计中，显示站号至少要2个LED数码管，显示时间信息要12个，显示星期信息要1个，总共需要15个LED数码管。单价是1.2元，那15个共需要151.2=18（元）。另外在PCB布线过程中很困难，给设计带来很不方便的使用。方案二：LCD1602液晶显示器是一块价廉物美的器件，其体积
21、小，控制简单，使用方便。它能显示2行16列的数字或英文信息，另外连接它的线很少，只要8根数据线和3根控制线，这样给使用带来很大的方便，节约单片机I/O口。市场上一块LCD1602的价格也只在15元左右，比数码管便宜。方案三：功能强大、可以显示中文文字的LCD12864液晶显示器，其价格贵，体积大，控制比LCD1602稍微复杂点，但是使用也是很方便的。在控制使用上，需要8根数据线和3根控制线，其余的PSB、和BLA直接与VCC相连接。但是在本设计中使用它的性价比不高，体积大，占用覆铜板面积大，而且笨拙。综上所述，在LCD液晶显示模块上，选择方案二中的LCD1602液晶显示器作为本设计的显示模块。
22、显示时间年、月、日、周、日、时、分、秒。3.1.3 实时时钟电路的方案对比选择方案一：DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路芯片，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是有主电源/后背电源双电源引脚，可以同时对后背电源进行涓细电流充电。方案二：DS12887也是是美国DALLAS半导体公司最新推出的串行接口实时时钟芯片，采用CMOS
23、技术制成，内部具有晶振和时钟芯片备份锂电池。采用DS12887芯片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件，并具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统中。但是由于它是串行接口的，外接单片机需要接很多引脚，才能对它达到一个很好的控制。综上所述，结合本设计的实际问题及单片机的I/O口线，选择方案一中的DS1302作为本设计的实时时钟电路的芯片。其控制方便、占单片机I/O口线少、体积小、价格便宜，方便本设计的使用。32系统目标 本设计主要实现电子时钟显示用LED数码管显示，格式为：XX XX XX，由左向右分别为
24、：时、分、秒，比如：23 20 40表示23时20分40秒，刚开始工作时应显示为：12 00 00，并且要实现对时分秒进行校准。33功能分析主程序系统的主程序设计是用来控制整个系统运行时的时序工作状态，因此，完善的程序设计是本设计的重点内容。下图是是本设计使用的主程序设计流程图。以下是程序主程序的一下部分： ORG 00H AJMP START;= ORG 0050HSTART: MOV SP,#70H LCALL INITIALZE ;调用初始化液晶屏幕 LCALL INIT_P ;调用初始画面 MOV A, #00000001B ;清液晶屏，写成空白LCALL WRITE_COM;=主程序
25、=MAIN: LCALL RD_DS1302 LCALL DATA_BUF LCALL DISPLAY AJMP MAIN34详细步骤(1) 按图4-1连接实验线路。(2)写程序#include”Intrins.h”sbit t_clk=P33；sbit t_io=P34；sbit rst_P35；sbit BIT7=ACC7；sbit BITO=ACCO；void inputbyte(unsigned char ucda)/八位数据写入函数unsigned char i；ACC=ucda；/将要写入的数放入ACCt_rst=l；/启动数据传送for(i=8；i0；i-)/循环八次，写入八位数
26、据，从低位到t_io=BIT0；/将Accn0的值赋给时钟数据线t_clk=0；t_clk=l；/在时钟线的上升沿写入一位数据ACC=ACC1；/将高一位数据移至ACC0unsigned char outputbyte(void)/八位数据读出函数unsigned char i；t_rst=1；/启动数据传送for(i=8；i0；i-)/读出八位数据，从低位到高位ACC=ACC1；/将前一下降沿读出的数据右移一位，从而该次读出的数放入Accn7t_io=l；脚l口输入之前置lt_clk=l；t_clk=0；/时钟线下降沿读出一位数据BIT7=t_io；/can not use P17=t_io
27、 for P17 not varientretum(ACC)；/将指令或数据写入对应寄存器void wr_l302(unsigned char add，unsigned char ucda)t_rst=0；t_clk=O；t_rst=l；inputbyte(add)；/delayl5(1)；inputbyte(ucda)；t_rst=O：t_io=l；unsigned char re_1302(unsigned char add)/卖出对应寄存器内容unsigned char ucda；t_rst=0；t_clk=0；t_rst=1；inputbyte(add)；/delayl5(1)；ucd
28、a=outputbyte()；t_rst=0；return(ucda)；void setl302(unsigned char *pda)设置时间初值unsigned char i；unsigned char add=0x80；wr_1302(0X8e，Ox00)；/将控制寄存器值设为零，最高位WP=0允许写for(i=7；i0；i-)/将七个时问初值写入对应寄存器wr_1302(add，*pda)；/写对应时钟寄存器的值pda+；add+=2；wr_1302(0x8e，0x80)；/写保护，防止干扰影响时间值void get_l302(unsigned char curtime)/读取当前时间
29、值unsigned chari,j；unsigned char add=Ox8l；bdata unsigned char sec；fo（i=0；i4；/将BcD码转化成对应十进制数j*=10；sec=sec0xOf：sec+=j；curtimei=sec；add+=2；(3)运行程序 DSl302与微处理器作数据交换时，首先由微处理器向芯片发送命令字节，命令字节最高位MSB(D7)必须为逻辑1，如果D7=0，则禁止写DSl302，即写保护；D6=0，指定时钟数据，D6=1，指定RAM数据；D5D1指定输入或输出的特定寄存器；最低位LSB(D0)为逻辑0，指定写操作(输入)，D0=1，指定读操作
30、(输出)。 在DSl302的时钟日历或RAM进行数据传送时，DSl302必须首先发送命令字节。若进行单字节传送，8位命令字节传送结束之后，在下2个SCLK周期的上升沿输入数据字节，或在下8个SCLK周期的下降沿输出数据字节。 要特别说明的是备用电源B1，可以用电池或者超级电容(0.1F以上)。虽然DSl302在主电源掉电后，耗电很小，但如果要保证时钟长时间正常，最好选用小型充电电池。可以用老式电脑主板上的3.6V充电电池。如果断电时间较短(几小时或几天)时，就可以用漏电较小的普通电解电容代替。100uF就可以保证l小时的正常走时。DSl302在第一次加电后，须进行初始化操作。初始化后就可以按正
31、常方法调整时间。4总结 通过这次对DS1302的数字钟的设计与制作过程，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在设计过程中我们先后利用keil软件进行编程、Proteus进行仿真、protel进行原理图及PCB图的绘制，最后再利用学习板进行检查看程序是否能显示其功能。在过程中让我进一步深刻的学习各种软件的利用以及各种软件给我们带来的便利。特别是proteus在没有实物的情况下进行仿真进行程序的检查看是否能现实功能。 该数字钟通过单片机AT89C52做CPU进行总的控制，基于时钟芯片DS1302产生时间，利用LCD1602进行液晶显示的一个简易的数字钟。LCD1602能够对年、月、日、周、日、时
32、、分、秒进行计时及显示。通过设计后能够熟练的掌握时钟芯片DS1302、LCD1620、AT89C52的的各个引脚及功能，并能够掌握和运用这几个芯片。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于
33、游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！参考文献（资料）1 张昆藏：计算机系统结构北京：科学出版社，19942 于复生，宋现春，艾兴：时钟芯片DSl302及其在数据记录中的应用.电子技术应用，2003，(3)3 陶海敏：利用DSl302时钟芯片实现“时间锁”的方法J.单片机与嵌入式系统应用，2003，(3)4 DSl302的说明书5 51单片机的原理与应用6 张迎新：单片机初级教程单片机基础（第二版） 北京航空航天大学出版社 2006.87 阎石：数字电子技术基础 (第五版) 北京高等教育出版社 2006.15508 蔡明文，冯先成：单片机课程设计 华中科技大学出版社 2007.39 陈明萤：8051单片机课程设计实训教材 清华大学出版社 200410康华光：模拟电子技术基础（第五版） 高等教育出版社 200611黄智伟：全国大学生电子设计竞赛电路（第一版）航空航天大学出版社 2006.36
