1、目錄摘要21 引言32 設(shè)計方案與要求32.1 功能要求32.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證32.2.1單片機芯片的選擇和論證32.2.2顯示模塊的選擇和論證42.2.3時鐘芯片的選擇和論證42.3 電路設(shè)計最終方案決定42.4 各硬件基本原理及介紹42.4.1AT89C51單片機原理及介紹42.4.2LED數(shù)碼管顯示原理及介紹52.4.3DS1302原理及介紹.53 硬件設(shè)計部分63.1 電路設(shè)計框圖63.2 系統(tǒng)硬件概述63.3 主要單元電路的設(shè)計63.3.1單片機主控制模塊的設(shè)計63.3.2時鐘電路DS1302的設(shè)計.73.3.3顯示模塊的設(shè)計93.3.4鎖存器模塊的設(shè)計.104 軟件設(shè)計部

2、分104.1 軟件設(shè)計概述104.2 Keil C51和Proteus介紹114.2.1Keil C51的介紹.114.2.2Proteus的介紹.114.3 整體設(shè)計115 結(jié)束語14基于DS1302與數(shù)碼管設(shè)計的電子表摘要單片機應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展，縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機上各種儀表的控制，從計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子產(chǎn)品等，這些都離不開單片機。單片機是將CPU、RAM、 ROM、定時器、計數(shù)器和多種接口于一體的微控制器。它體積小，成本低，功能強，廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)業(yè)和工業(yè)自動化上,而

3、51系列單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。本文通過對一個基于DS1302與數(shù)碼管的電子表的設(shè)計，從而達(dá)到學(xué)習(xí)、了解單片機相關(guān)指令在各方面的應(yīng)用。系統(tǒng)由主控制器AT89C51、實時鐘電路DS1302、顯示電路組成，能實現(xiàn)時鐘顯示的功能，能進(jìn)行時、分、秒的顯示。關(guān)鍵詞：單片機；DS1302；數(shù)碼管；電子表1 引言隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，對時間的要求越來越高，精準(zhǔn)數(shù)字計時的消費需求也是越來越多。單片機以體積小、功能全、性價比高等諸多優(yōu)點，在工業(yè)控制、家用電器、通信設(shè)備、信息處理、尖端武器等各種測控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨占鰲頭，單片機開發(fā)技術(shù)已成為電子信息

4、、電氣、通信、自動化、機電一體化等專業(yè)技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)。而電子表作為電子類小設(shè)計,是單片機實驗中一個很常用的題目。因為它有很好的開放性和可發(fā)揮性，不僅考察了對單片機的掌握能力更加強了對單片機擴(kuò)展的應(yīng)用。而且在操作的設(shè)計上要力求簡潔，功能上盡量齊全，顯示界面也要出色。電子表已經(jīng)越來越流行，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會議室、車站和廣場等使用，壁掛式LED數(shù)碼管顯示的萬年歷逐漸受到人們的歡迎。采用軟件和硬件結(jié)合的方法，控制LED數(shù)碼管輸出，分別用來顯示年、月、日、時、分、秒，其最大特點是:硬件電路簡單，安裝方便易于實現(xiàn)，軟件設(shè)計獨特可靠。在軟件設(shè)計過程中，應(yīng)對硬件部分有相關(guān)的了解，這

5、樣有助于對設(shè)計更深刻的了解，有助于軟件設(shè)計。2 設(shè)計方案與要求2.1 功能要求本電子表的功能：能動態(tài)顯示小時、分鐘、秒2.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證2.2.1 單片機芯片的選擇和論證方案一:采用AT89S52芯片作為硬件核心，采用Flash ROM，內(nèi)部具有4KB ROM 存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機完全兼容,但是運用于電路設(shè)計中時由于不具備ISP在線編程技術(shù), 當(dāng)在對電路進(jìn)行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。方案二: 采用AT89C51,片內(nèi)ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底壓工作

6、；同時也與MCS-51系列單片機完全該芯片內(nèi)部存儲器為8KB ROM 存儲空間，同樣具有89S52的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對電路進(jìn)行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞。結(jié)論：采用AT89C51作為主控制系統(tǒng).2.2.2 顯示模塊的選擇和論證方案一：采用LED液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字、圖形。但是價格昂貴,需要的接口線多,所以在此設(shè)計中不采用LED液晶顯示屏。方案二：采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價格適中,對于顯示數(shù)字最合適,而且采用動態(tài)掃描法與單片機連接時,占用的單片機口線少。

7、結(jié)論：采用LED數(shù)碼管作為顯示。2.2.3 時鐘芯片的選擇和論證方案一：直接采用單片機定時計數(shù)器提供脈沖信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大。方案二：采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、月、年進(jìn)行計數(shù)，而且精度高。結(jié)論：采用DS1302作為時鐘芯片。2.3 電路設(shè)計最終方案決定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用AT89C51作為主控制系統(tǒng)、 DS1302提供時鐘、LED數(shù)碼管動態(tài)掃描作為顯示。2.4 各硬件基本原理及介紹2.4.1 AT89C51單片機

8、原理及介紹單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把CPU、隨機存儲器RAM、ROM、多種I/O接口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、A/D轉(zhuǎn)換器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。AT89C51單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51單片機共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入。AT89C51引腳如圖所示 2.4.2 LED數(shù)碼管顯示原理及介紹LED顯示是絕大多數(shù)單片機應(yīng)用系統(tǒng)必備的部件之一,發(fā)光二極管組成的LED顯示是單片機應(yīng)用產(chǎn)品中最常用的廉價輸出

9、設(shè)備。它由若干個發(fā)光二極管按一定的規(guī)律排列而成。當(dāng)某一個發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一筆畫被點亮，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯出各種字符。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的成為共陰顯示器。1位顯示器由8個發(fā)光二極管組成，其中7個發(fā)光二極管ag控制7個筆畫的亮或暗，另一個控制一個小數(shù)點的亮和暗。引腳如圖所示2.4.3 DS1302原理及介紹DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的電子表芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU一進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。電子表可提供秒、分、時，一個月小與

10、31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達(dá)2.5V5.5V。采用雙電源供電(主電源和備用電源)。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛應(yīng)用于測量系統(tǒng)中。引腳如圖所示3 硬件設(shè)計部分主控制器AT89C513.1 電路設(shè)計框圖顯示電路LED數(shù)碼管時鐘電路DS13023.2 系統(tǒng)硬件概述本設(shè)計是由AT89C51單片機為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在3V超低壓工作。時鐘電路由DS1302提供，采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。具有使用壽命長，精度高和

11、低功耗等特點，同時具有掉電自動保存功能,本電路采用DS1302單字節(jié)傳送方式實現(xiàn)與主控機之間數(shù)據(jù)的傳送。顯示部分由LED數(shù)碼管動態(tài)掃描來顯示。3.3 主要單元電路的設(shè)計3.3.1 單片機主控制模塊的設(shè)計單片機的最小系統(tǒng)如下圖所示,18引腳和19引腳接時鐘電路,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端為輸入端 ,XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端為輸出端。第9引腳為復(fù)位輸入端,接上電容,電阻及開關(guān)后構(gòu)成復(fù)位電路。主控制系統(tǒng)1內(nèi)部結(jié)構(gòu)按功能分為8部分：CUP，程序存儲器，數(shù)據(jù)存儲器，時鐘電路，串行口，并行I/O口，中斷系統(tǒng)，定時/計數(shù)器。2.引腳定義及功能Vcc：接+5V 電源Vss：接地XTAL

12、1和XTAL2：時鐘引腳，外接晶體引線端。RST/Vpq：RST是復(fù)位信號輸入端，Vpd是備用電源輸入端。I/O口引腳:P0.0P0.7:P0口8位雙向I/O口；P1.0P1.7:P1口8位準(zhǔn)雙向I/O口；P2.0P2.7:P2口8位準(zhǔn)雙向I/O口；P3.0P3.7:P3口8位準(zhǔn)雙向I/O口。3.3.2 時鐘電路DS1302的設(shè)計1. 引腳功能及結(jié)構(gòu) DS1302 的電路圖如下,其中Vcc1 為后備電源，VCC2 為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302 由Vcc1 或Vcc2 兩者中的較大者供電。X1 和X2 是振蕩源，外接32.768kHz 晶振。RST 是復(fù)位

13、/片選線，通過把RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST 輸入有兩種功能：首先，RST 接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。只有在SCLK 為低電平時，才能將RST 置為高電平。I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)， SCLK 始終是輸入端。DS1302與單片機的連接也僅需要3條線：CE引腳、SCLK串行時鐘引腳、I/O串行數(shù)據(jù)引腳。DS1302電路圖2.讀寫時序說明DS 1302是SPI總線驅(qū)動方式。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。DS1302的控制字如圖：DS1302在每次進(jìn)行讀、寫程序前都

14、必須初始化，先把SCLK端置“0”，接著把RST端置“1”，最后才給予SCLK脈沖。 控制字的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中。位6:如果為0則表示存取時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù) 位5至位1（A4-A0）:指示操作單元的地址位0(最低有效位):如為0，表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作“CH”是時鐘暫停標(biāo)志位，當(dāng)該位為1時，時鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位為0時，時鐘開始運行。“WP”是寫保護(hù)位，在任何的對時鐘和RAM的寫操作之前，“WP”必須為0。當(dāng)“WP”為1時，寫保護(hù)位防止對任一寄存器的寫操作。控制字節(jié)總是從最低位開始

15、輸入/輸出的，在控制字指令輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS 1302數(shù)據(jù)輸入從最低位(0位)開始。同樣，在緊跟8位的控制字指令后的下一個SCLK脈沖的下降沿，讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。數(shù)據(jù)讀寫時序如圖:3.3.3 顯示模塊的設(shè)計LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由8個發(fā)光二極管構(gòu)成。按照一定的圖形及排列封轉(zhuǎn)在一起的顯示器件。其中7個LED構(gòu)成7筆字形，1個LED構(gòu)成小數(shù)點（固有時成為八段數(shù)碼管）LED數(shù)碼管有兩大類，一類是共陰極接法，另一類是共陽極接法，共陰極就是7段的顯示字碼共用一個電源的負(fù)極，是高電平點亮，共陽極就是

16、7段的顯示字碼共用一個電源的正極，是低電平點亮。只要控制其中各段LED的亮滅即可顯示相應(yīng)的數(shù)字、字母或符號。數(shù)碼管驅(qū)動可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動，靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O口進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O口多。動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共端為位選端，位選端由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但由于位選端不同所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的位選端打開，該位就顯示出字形，沒有打開的數(shù)碼管就不會亮

17、。通過輪流控制各個LED數(shù)碼管位選端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，人看到的是一組穩(wěn)定的顯示信息，不會有閃爍感，動態(tài)顯示能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。共陽極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖 共陰極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖3.3.4 鎖存器模塊的設(shè)計74HC573 是一種CMOS 器件，器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn) CMOS 輸出兼容的，加上拉電阻，他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。當(dāng)鎖存使能端LE為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的。當(dāng)鎖存使能變低時

18、，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。4 軟件設(shè)計部分4.1 軟件設(shè)計概述單片機作為嵌入式系統(tǒng)的核心器件，其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計包括硬件電路設(shè)計和軟件電路設(shè)計兩個方面，學(xué)習(xí)和應(yīng)用過程中必須軟硬結(jié)合。單片機系統(tǒng)調(diào)試通常分為軟件調(diào)試、硬件調(diào)試和整體調(diào)試三個部分。單片機自身不具備開發(fā)功能，必須借助于開發(fā)工具。目前，國內(nèi)外推出了許多基于個人計算機的單片機軟或硬開發(fā)平臺。硬件開發(fā)平臺方面諸如開發(fā)板、實驗箱、仿真器、編程器、示波器等，但因其價格不低，開發(fā)過程繁瑣。因此在軟件支持的前提下，應(yīng)用最普遍的是軟件仿真開發(fā)平臺。單片機應(yīng)用系統(tǒng)軟件仿真開發(fā)平臺有兩個常用的工具軟件: Keil和Proteus主要用于單片機源

19、程序的編輯、編譯、鏈接以及調(diào)試。4.2 Keil C51和Proteus介紹4.2.1 Keil C51的介紹Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編輯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。4.2.2 Proteus的介紹Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件，可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：現(xiàn)了單片機仿真

20、和電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能，有各種虛擬儀器，如示波器、信號發(fā)生器等，提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)。4.3 整體設(shè)計整體實現(xiàn)過程：由串行的時鐘芯片DS1302將時鐘信號送給單片機，單片機處理后輸出。而74HC573將串行信號變成并行信號，每個74HC573對應(yīng)LED八段碼，二個74HC573對應(yīng)二組LED數(shù)碼管。單片機P0.7-P0.0和P2.7-P2.0分別連接兩個數(shù)碼管組和74HC573鎖存器驅(qū)動數(shù)

21、碼管被點亮。其整個過程如下圖：主要程序如下：#include reg52.h#include 8LED.h#include DS1302.h#include TIMER.h#include DISPLAY.h#include KEY.h#include EX_INT.hstatic void SystemClockDeal(void);void main()TimerInit();EX_INT_Init();/DS1302_Initime(16,12,19,1,12,12,12);/年月日周時分秒SetPara.Ensure=false;SetPara.SetFlag=false;while(

22、1)SystemClockDeal(); / 系統(tǒng)進(jìn)程節(jié)拍調(diào)度static void SystemClockDeal(void)switch(SystemClockStaus)case WAIT: break;case GET_TIME: if(SetPara.SetFlag=false)DS1302_ReadTime();TimeToDisbuf();/ 把時間按次序存到顯示緩沖區(qū)LED8_Code_Match(DisText);/ 把需要顯示的數(shù)組轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管碼表if(SetPara.Ensure=true)SetPara.Ensure=false;SetPara.SetFlag=false;DS1302_Initime(16,12,19,1,SetPara.Hour,SetPara.Minute,0); /年月日周時分秒/ 此處不加break，因為當(dāng)在GET_TIME狀態(tài)下，也滿足LED_SCAN狀態(tài)。case LED_SCAN:LED8_Display();/ 數(shù)碼管動態(tài)掃描SystemClockStaus=WAIT;break;default: break; 5 結(jié)束語2016年12月我開始了我的課程設(shè)計工作，時至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個設(shè)計過程難以用語言來表達(dá)。歷