李慧茹

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機的電子時鐘設(shè)計

李慧茹

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

電子時鐘是一種能夠廣泛使用的計時工具，它不僅能夠?qū)Ω鞣N時間信息進行顯示，同時也可以對溫濕度進行顯示。本文所設(shè)計的多功能電子時鐘以STC89C52RC單片機為核心，由時鐘模塊、顯示模塊及蜂鳴器模塊組成。其中時鐘模塊使用DS1302實時時鐘芯片實現(xiàn)對時間的實時顯示；顯示模塊采用LCD12864液晶屏對時間參數(shù)、溫濕度參數(shù)進行顯示。經(jīng)測試，該系統(tǒng)運行可靠，功耗小，能夠適應(yīng)日常生活的需求。

1 引言

基于單片機的多功能電子時鐘因其要求實現(xiàn)的功能及應(yīng)用范圍的的不同，所以可以在單片機上集成不同的傳感器來滿足它們在教學(xué)、科研、日常生活等各個領(lǐng)域的應(yīng)用。系統(tǒng)功能的設(shè)計實現(xiàn)是在軟件與硬件的共同作用下完成的，電路圖的繪制及電路板的焊接是進行軟件編寫的基礎(chǔ)，在確保開發(fā)板的正確焊接后使用Keil uVision4進行相關(guān)功能代碼的編寫，在代碼運行無誤后我們使用燒錄軟件將程序燒進單片機芯片內(nèi)進行實物演示，觀察實物是否能夠?qū)崿F(xiàn)各個模塊對應(yīng)的功能，通過程序的多次修改完成系統(tǒng)預(yù)設(shè)功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)框圖如圖1所示，系統(tǒng)的功能完成主要是利用溫濕度傳感器完成溫濕度的采集，通過按鍵實現(xiàn)時間參數(shù)的修改與鬧鐘的設(shè)定，最后完成時間的顯示。將編寫的程序加載到單片機上后，接通電源，單片機STC89C52完成對顯示模塊的初始化，在顯示模塊的初始化完成后對溫濕度傳感器進行初始化，初始化完成后通過DH11T的DATA端口與單片機的P3.1口進行連接完成數(shù)據(jù)的傳輸。主要實現(xiàn)復(fù)位、對時鐘的設(shè)置及對鬧鐘的設(shè)定功能，當時鐘芯片內(nèi)存儲的時間到達設(shè)定的鬧鐘時間時打開蜂鳴器進行報警。WT588D語音模塊，當時間為整點、半點或是按下語音播報按鍵時，連接在芯片上的喇叭進行播報。

圖1 系統(tǒng)框圖

2.2 單片機最小系統(tǒng)

本次設(shè)計的多功能電子時鐘主要是以STC89C52RC作為系統(tǒng)的核心電路，系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)顯示兩大部分。單片機共有內(nèi)部時鐘與外部時鐘兩種時鐘模式。本次設(shè)計的系統(tǒng)通過內(nèi)部時鐘提供時鐘信號，89C52的XTAL1、XTAL2時鐘引腳分別與時鐘的兩端進行連接。

為了使產(chǎn)生的頻率標稱，將12MHz的晶振與單片機的XTAL1、XTAL2引腳相連，再接上兩個電容值為20pf的電容（晶振的負載電容）；實時時鐘芯片DS1302，VCC1 VCC1接3V電子電池，通信時鐘引腳SCLK與P1.3口相連，數(shù)據(jù)傳輸引腳與P1.4口相連，時鐘芯片的使能端CE與P1.5口相連，時鐘芯片的振蕩源X1、X2與一個頻率為32.768K的晶振相接構(gòu)成了單片機的時鐘模塊。系統(tǒng)的晶振電路與單片機的連接情況如圖2所示。

圖2 晶振電路圖

2.3 系統(tǒng)復(fù)位電路

復(fù)位存在上電復(fù)位、手動復(fù)位這兩種形式。當單片機的復(fù)位引腳RST上出現(xiàn)了2us的高電平時（晶振頻率為12Mhz，所以一個機器周期為1us）就完成了復(fù)位操作。系統(tǒng)晶振頻率我們使用的是12Mhz，因而單片機的最小周期是1us，由上述理論可知，如果要完成復(fù)位操作，那么高電平至少應(yīng)持續(xù)2個最小周期。而在實際操作中由于系統(tǒng)會受到一定的干擾：晶振的穩(wěn)定性，復(fù)位按鍵及相關(guān)數(shù)值的變化，因而需要保留適當?shù)挠嗔款A(yù)防系統(tǒng)受到干擾。

2.4 DS1302時鐘模塊

DS1302是一款時鐘芯片且具有閏年補償?shù)墓δ?，其中單片機的P1.3、P1.4、P1.5分別與DS1302的三個引腳SCLK、I/O、CE相連接。在DS1302接了兩個電源，其中VCC2用來保障正常運行，而VCC1則用來預(yù)防特殊情況的發(fā)生以及在VCC2斷電時保證芯片的持續(xù)工作。

在時鐘芯片上有兩個電源引腳，而芯片主要由兩個電源信號中電源值較大的那個進行供電，當VCC2超過（VCC1+0.2）V時，由VCC2保證時鐘芯片的正常工作。當VCC2小于VCC1時，由VCC1保證芯片的持續(xù)工作。為了使系統(tǒng)正常工作我們使用+5V電壓為VCC2引腳供電當系統(tǒng)斷電時由VCC1端的3V電子電池供電，保證其時鐘信息準確。時鐘模塊如圖3所示：

圖3 時鐘模塊

時鐘芯片的參數(shù)說明如表1所示，除表中所列，DS1302時鐘芯片可自動調(diào)整每月天數(shù)及閏年的天數(shù)。

表1 DS1302參數(shù)說明

2.5 時鐘數(shù)據(jù)處理模塊

2.5.1 數(shù)據(jù)采集模塊

系統(tǒng)在進行數(shù)據(jù)讀取時，為了確保數(shù)據(jù)的讀取需現(xiàn)將RST端置高，通過單片機的P1.4口將地址最低位傳送到DS1302的I/0口上，在檢測到一個上升沿的信號時將所需的時間參數(shù)送入DS1302，然后在檢測到一個下降沿的信號時通過DS1302的I/ O口將時間信息傳送到單片機的P1.4口，以此來完成對DS1302時間信息的讀??；同樣的當數(shù)據(jù)寫進DS1302時在電平的上升沿將地址信息從低到高以此發(fā)送到I/O口上，在發(fā)送完地址信息后將你需要的初始信息寫入DS1302中。

2.5.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊

由于存儲在時鐘芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)類型為BCD碼形式，因此在液晶屏上顯示時間參數(shù)之前需要將數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換成十進制。本次設(shè)計的功能系統(tǒng)，首先將需要讀取的時鐘信息的地址傳送到時鐘芯片DS1302中，之后讀取DS1302時間參數(shù)時將時間信息通過DS1302芯片的I/0口傳輸?shù)絾纹瑱C的P1.4引腳，P1.4口將收到的時間參數(shù)通過轉(zhuǎn)換將BCD碼轉(zhuǎn)換成十進制在LCD12864上進行顯示。

3 軟件設(shè)計

3.1 程序設(shè)計思想

電子時鐘的功能設(shè)計是通過各個模塊的子程序的控制完成的，先分別對模塊進行程序的設(shè)計、編程與程序的調(diào)試，然后將硬件與軟件協(xié)同起來，最后在主函數(shù)中通過對子程序的調(diào)用實現(xiàn)系統(tǒng)功能，這樣有利于程序的修改與調(diào)試，同時使得軟件功能的完成更加便利，同時使得書寫的程序能夠更好的適用與其他場合。

3.2 程序設(shè)計流程

程序運行后先分別對模塊進行初始化，調(diào)用模塊初始化函數(shù)進行初始化操作，初始化后調(diào)用溫濕度函數(shù)對溫濕度參數(shù)進行讀取，然后運行DS1302時鐘芯片的程序?qū)r間參數(shù)讀出，并將相應(yīng)的陽歷轉(zhuǎn)換為農(nóng)歷日期，然后分別對農(nóng)歷、陽歷日期進行顯示，最后對時分秒進行顯示。在此過程中不斷運行鍵盤掃描程序，如檢測到按下設(shè)置鍵則進入設(shè)置界面，并通過鍵盤掃描程序判斷是加鍵還是減鍵按下對時間進行修改，并不斷判斷設(shè)置鍵是否再次按下，若按下則光標轉(zhuǎn)到下一個時間參數(shù)上對此時間參數(shù)進行相應(yīng)修改。全部時間參數(shù)設(shè)置完畢后進行鬧鐘時間的修改，具體操作與修改時間的操作相似，最后判斷是否開啟鬧鐘，若鬧鐘開啟則到達設(shè)定時間后調(diào)用蜂鳴器報警部分程序，報警過程中檢測是否有按鍵按下，若有任一按鍵按下則鬧鐘停止報警。同時檢測是否按下與語音模塊相關(guān)的按鍵，若該按鍵按下，則調(diào)用語音模塊程序進行工作，對時間星期等參數(shù)進行語音播報。

4 總結(jié)

本文設(shè)計的電子時鐘主要采用了STC89C52單片機的最小系統(tǒng)，軟件方面主要用來設(shè)計DS1302時間讀寫程序，陽歷轉(zhuǎn)農(nóng)歷程序等功能，系統(tǒng)程序的編寫則需借用Keil進行軟件的編寫，程序編寫完成后使用下載線將程序執(zhí)行后生成的.Hex文件下載到單片機的STC89C2芯片上運行實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

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