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基于单片机电子钟设计

更新时间:2009-11-22:  来源:毕业论文

基于单片机电子钟设计
摘要
    本电子钟由单片机、定时、显示、按键、定时提醒、ISP在线编程6部分组成。产品以AT89S52单片机、DS1302时钟芯片为核心,显示部分采用两个4位8段LED(数码管),使用4个按键和1蜂鸣器,加上ISP在线编程模块。DS1302产生时钟信号和存放闹铃数据,其精度和可靠性高,在单片机掉电状态下能正确走时、保存闹铃数据长达10年,故能实现停电重起后定时设计不变的关键设计指标。AT89S52单片机实时获取DS1302的时间和闹铃数据,驱动LED和蜂鸣器。显示部分的LED有高亮度,低成本等诸多优点。蜂鸣器作闹铃提示切合实际、直观。按键方面采用软件消抖,减少硬件电路的同时增加了可靠性。本产品完全达到设计要求,辅助的ISP在线编程让产品具有强大的扩展功能,使其不仅仅是一个电子钟,更是一个单片机试验平台。

关键字:电子钟、AT89S52、DS1302、ISP在线编程
前言
    学校为了提高学生的动手能力,给2009年的“索尼杯”全国大学生电子设计大赛选拔人才,于2008年11月举行了校内电子设计大赛,我们小队选择了电子时钟设计这一题目。基于单片机的定时与控制装置在诸多行业都有着广泛的应用,也是全国电子设计大赛每届必考的题型。电子时钟的设计,涵盖了单片机最小系统和最常用的外围电路。
    通过电子时钟的设计,我们能达到以下的目标:
(1)能够理解单片机最小系统的概念,知道怎么才能让单片机系统运行起来,对单片机的理解不仅仅局限在理论上。
(2)通过键盘和显示模块的设计,了解单片机控制的基本理念,使用DS1302时钟芯片,能了解单片机和外围IC的接口模型。
(3)通过对单片机最重要两个功能(中断、定时)的使用,可以熟悉单片机的基本结构与工作原理。
(4)熟悉硬件制作的流程和实现软件功能的过程,提高动手能力。 

二 总体方案设计
2.1 设计要求与目标
    根据设计要求和使用需要,设计的电子钟应达到如下目标:
(1)显示时间、日期、三组闹铃。
(2)4个按键实现显示状态切换,时间、日期、闹铃的设置。
(3)闹铃时间到蜂鸣器以1HZ的频率响三次。
(4)单片机停电重启后定时设计不变、时间准确。
(5)ISP在线编程。
2.2 总体方案
    本电子钟由单片机、定时、显示、按键、定时提醒、ISP在线编程6部分组成。
总体方案方框图如图1.1所示:    2.3 方案论证与选择
(1)单片机
    根据实际学习情况和设计要求,采用ATMEL公司生产的低电压、高性能COMS 8位单片机AT89S52,它有128Byte RAM、8KByte可编程FLASH ROM,指令系统与MCS-51系列兼容。采用KEILC51编译软件,PROTUES仿真平台,能方便实现程序的仿真。ISP在线编程,能方便的更新程序。
(2)时钟电路
方案一:软时间,通过AT89S52片内集成的可编程定时/计数器,采用软件编程实现时钟计数。它的处理过程如下:首先设定单片机内部的一个定时器/计数器工作方式于定时方式,对机器周期计数形成基准时间(如10ms),然后用另一个定时器/计数器或软件计数的方法队基准时间计数形成秒(对10ms计数100次),秒计60次形成分,分计60次形成小时,小时计24次则计满一天。优点:硬件电路简单,成本低,系统功能全部与软件设定有关。缺点:1、精度有限,利用定时器/计数器,在执行其中断程序时会占用时间,产生误差,而且误差累加。2、软件设计复杂,要实现显示日期的功能,需要编写万年历的程序段,其程序复杂度大大提高。3、不能保存时间,单片机掉电重启后时间会被初始化。
方案二:硬时间,采用时钟芯片,其功能强大,功能部件集成在芯片内部,有自动产生时钟等相关功能。单片机实时采样时钟芯片的数据,然后驱动显示电路便可实现要求。优点:1、功能强大,能方便的获取时间、日期等信息。2、单片机掉电后,时钟芯片仍能正常走时,保存在时钟芯片内部RAM里的数据不会丢失。3、编程相对简单,把时钟芯片操作的程序模块化,可方便以后调用。4、精度高,功耗低,一般的电池做辅助电源都能用10年以上。
为了实现单片机停电重启后定时设计不变的指标,采用方案二。
(3)显示电路
    显示部分有LED和LCD两种方式可以选择。LCD功耗低,显示内容丰富,但其成本高。LED亮度高,驱动简单,成本低。
根据实际情况,采用两个4位8段共阳极数码管作为显示输出。
(4)定时提醒
    定时提醒可以用发光二极管、蜂鸣器、音乐芯片。发光二极管不够直观,音乐芯片供电不方便,而且包装困难,蜂鸣器简单易用。
综合比较,采用蜂鸣器。
(5)在线编程
    Easy 51Pro串行编程器,采用长沙理工大学 聂忠强老师编写的Easy51Pro上位软件,自制一根下载线。
(6)电源
    整个系统功耗较低,采用9V DC电源经7805稳压输出5V电压580

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