1、摘要摘要隨著時間的推移，事物的發展越來越趨向于高科技，單片機的出現，受到了社會各界的廣泛關注，這是由于單片機具備豐富的功能。單片機的特點為：尺寸小，價格低，抗干擾強，開發容易等。運用的范圍也很廣，如檢測，儀表，電子，機電等設備的各方面都有不可或缺的作用。多功能電子鐘是我們最常見的計時工具之一，用STC89C52單片機研究的多功能電子鐘系統，加上必要電路，構成了一個能調整誤差的多功能數字電子鐘。本文論述了其工作原理，對各個功能模塊進行了詳細的分析和研究，此外還對系統的工作流程以及具備的各項功能進行詳細的介紹，從而判斷設計方案正確與否。使用C語言對系統的軟件部分進行編程,再用keil進行調試分析，

2、通過PROTEL99SE進行電路模擬，可以讓單片機顯示年、月、日、時、分、秒、周并具有校準功能和和鬧鐘提醒功能，除此之外還具有測量環境的溫濕度功能。關鍵詞 : 電子鐘；STC89C52； 單片機IAbstractWith the passage of time, the development of things tends to be more and more high-tech. The emergence of single-chip computers has attracted widespread attention from all walks of life, which i

3、s due to the rich functions of single-chip computers. The characteristics of MCU are: small size, low price, strong anti-interference, easy development and so on. The scope of application is also wide, such as detection, instrumentation, electronics, mechanical and electrical equipment in all aspect

4、s have an indispensable role. Multifunctional electronic clock is one of the most common timing tools. The multi-functional electronic clock system studied by STC89C52 microcontroller and the necessary circuit constitute a multi-functional digital clock that can adjust errors. In this paper, the wor

5、king principle of the system is discussed, and the function modules are analyzed and studied in detail. In addition, the working flow and functions of the system are introduced in detail, so as to judge whether the design scheme is correct or not. The software part of the system is programmed by C l

6、anguage, then debugged and analyzed by keil, and simulated by PROTEL99SE. The microcontroller can display the year, month, day, hour, minute, second, week, and has the function of calibration and alarm clock reminder. Besides, it also has the function of measuring the temperature and humidity of the

7、 environment.Key words : electronic clock; STC89C52; Single chip microcomputerIII目錄摘要IAbstractII目錄IV第一章 緒論71.1課題研究的意義71.2設計要求71.3系統的關鍵技術71.4設計思路8第二章 電子鐘簡介112.1 電子時鐘簡介112.2電子時鐘的基本特點112.3電子時鐘的原理11第三章 方案論證與設計133.1單片機芯片的選擇方案和論證133.1.1單片機的選擇143.1.2顯示器的選擇153.1.3電源的選擇153.2總體框圖設計15第四章 主要元件介紹174.1 STC89C52單片

8、機的介紹174.1.1 STC89C52單片機主要功能及PDIP封裝174.1.2STC89C52引腳介紹174.1.3 STC89C52最小系統介紹193.2 DS1302時鐘芯片介紹204.2.1DS1302引腳介紹214.2.2DS1302使用方法214.3 1602字符液晶介紹234.3.1 1602液晶概述234.3.2 1602引腳介紹234.3.3 1602字符液晶使用方法24第五章 系統的硬件設計255.1單片機簡介255.2Protel99SE簡介265.2時鐘電路模塊設計275.3誤差校正模塊設計295.4顯示模塊的設計315.5 DHT11溫濕度采集模塊33第六章 系統的

9、軟件設計376.1程序開發軟件簡介386.2程序流程圖416.3 DS1302時鐘程序流程圖436.4 LCD顯示程序流程圖44第七章 系統的調試與分析477.1系統制作477.2硬件調試487.3軟件調試51第八章 總結55致 謝57參考文獻59附錄61附錄A：中文譯文61附錄B：英文原文61V第一章 緒論1.1課題研究的意義時間就是金錢，說明時間對我們來說很珍貴，怎么去掌控時間，分配時間是從古至今都不能忽視的問題。隨著時代的不斷進步，電子技術水平也在不斷的提升，時間作為我們最寶貴的財富，對于時鐘的準確度要求也在不斷提高。從而導致人們對時間更方便，更精確，更靈活的追求，傳統的時鐘已經不能完全

10、滿足人們日益增長的需求了。電子產品的更新換代速度是很快的，所以需要設計出更適合人們使用的多功能數字電子鐘。許多電子鐘都已經有了鬧鐘功能，計時功能，溫度檢測功能等，同時單片機在電子鐘領域的運用范圍是非常廣的。以單片機為載體設計一個的多功能數字電子鐘，不僅需要熟悉單片機的設計原理而且也需要研究單片機的擴展的應用。另外越來越流行的液晶顯示的多功能電子鐘，被大范圍應用在個人住宅以及各種公共場所中，還有定時功能，自動打鈴，自動報警，定時開關等功能都是鐘表數字化的普及拓展的功能。電子鐘的數字化極大的方便了人們的需求，精確度也超過傳統的時鐘，還對傳統時鐘的功能進行了完善和創新，其計時功能更加精確使用方便。可

11、以進行掌握分配時間，并且還可以研發出溫度檢測功能等。所以，多功能數字電子鐘作為設計課題值得研究。1.2設計要求論文是以單片機為載體做一個多功能數字電子鐘。電子鐘開啟后，LCD屏幕顯示年、月、日、時、分、秒、周，還有溫濕度，倒計時等，設置4個操作鍵：分別是時間設置按鍵，誤差調整，鬧鐘設置按鍵，時間設置按鍵。主要研究內容如下：1、具有年、月、日、時、分、秒、周等功能；2、具備年、月、日、時、分、秒、周校準功能；3、具有溫濕度測量功能；4、具有陰歷時間查詢功能；5、具有鬧鐘設置功能；1.3系統的關鍵技術本次設計系統采用單片機作為主控制系統，單片機是整個系統最為主要的部分。通過單片機的IO引腳來實現不

12、同的功能不同的數據處理。那么什么是單片機呢？簡要的介紹一下單片機的系統，單片機如下圖1.1所示。圖1.1可以看到單片機就是一個黑色的芯片，這里面的集成度非常的高，是將各種的資源進行縮小，優化然后集成到一個芯片上。白色的引腳是單片機的IO管腳。對系統來說可以作為控制進行輸出，也可以作為輸入進行數據的采集。單片機的封裝是不同的上圖1.1中都是單片機，他們的廠家不同，封裝不同，一個是貼片的FQTP封裝，這種優點就是體積小，做出的產品小型化。另一個STC的是DIP直插封裝。優點就是配合上插座可以隨意插拔，更換方便。對這兩種單片機的使用是不同的，使用的時候具體的需要根據相關的手冊來使用。單片機的發展也是

13、在不斷的進步，不斷的更新。本次系統就是采用這種芯片來實現整體的系統協調。整體的系統運轉來實現系統的整體功能。需要掌握的關鍵技術是控制單片機的IO口。單片機IO如果作為輸出，首先需要將引腳的方向設置，設置為輸入或者輸出。單片機的IO引腳輸出的是數字量，這個我們必須要知道。也可以說是輸出TTL電平，再次直達表意就是輸出“0”或者“1”所有的功能都是在“0”與“1”的組合中來實現的。數據的采集是單片機的IO口作為輸入，單片機對傳感器件，芯片進行數據的采集。采集到的數據根據編寫的程序在單片機中就有了數據。通過運算，處理數據實現其具體的功能狀態。完成系統的預期目標。單片機系統中的關鍵實現點，掌握單片機的

14、應用單片機的數據輸入采集，單片機的信號輸出，就是掌握了一半的系統關鍵技術，也為本次的課題設計打下了堅實的基礎。1.4設計思路電子時鐘能夠將時間用數字的形式表現出來，它與老式的鐘表相比，顯示更加清晰、計時更加精準、取消了內部的機械結構，所以隨處可見：小到大家手中的手表，大到各種公共場所以及辦公場所使用的大型數字時鐘等。這種電子時鐘的內部由計時模塊、晶振模塊；溫濕度測量；校時電路；時分秒計數器。此次利用STC89S52單片機來完成對系統的控制工作，系統的顯示電路包括鬧鐘模塊，溫度測量模塊，日期顯示器，鍵盤模塊等，此次設計的數字時鐘系統能夠實現對時間的實時顯示，并且能夠顯示到具體秒數，報警模式和溫度

15、控制模塊設計用于使用四個鍵SB0，SB1，SB2，SB3執行正常時鐘顯示，定時和報警時間設置。數字電子鐘由第二信號發生器，計數器，計數器，解碼顯示器和定時電路。第二個信號發生器通常是通過分頻晶體振蕩器或555振蕩器得到的，秒和分鐘都由一個十六進制數和一個十六進制計數器組成，時間由24位數字組成，由24位數字組成。顯示部分包括解碼和數字顯示，定時電路包括門電路和開關。 利用74160N來對輸出模式進行選擇，可以選擇十進制數也可以選擇十六進制數，在通過數字顯示屏將輸出信號進行顯示，利用各種內部運算，使用函數信號發生器輸出脈沖信號使用。 由于必須校準時鐘，因此電路可以選擇串行進位模式，每個位可以快速

16、訪問脈沖以執行校準。15第二章 電子鐘簡介2.1 電子時鐘簡介在此次設計的過程中選擇AT89C51單片機作為系統的核心控制單元，通過匯編語言對系統的軟件進行編程，顯示模塊需要顯示出六位數字分別對應小時，分鐘和秒。最新的電子時鐘是基于微控制器的計時工具，使用延遲程序生成1秒鐘的特定時間中斷，利用60進一的方法實現時鐘計時。實現24小時實現計時功能，是我們日常生活中必不可少的東西。2.2電子時鐘的基本特點大部分對精度要求較高的定時裝置都利用晶振電路進行計時，我們常見的石英鐘就是利用了石英技術制成的，其具備較高的準確性，具有良好的穩定性，易用性和調試次數少。將電子技術應用到時鐘設計過程中，原有的機械

17、結構被解碼裝置所取代，液晶顯示模塊代替了傳統的指針顯示，進而大大降低了計時誤差。對時間的準確顯示是電子時鐘的基礎功能，此外電子時鐘還具備校驗等一系列功能。2.3電子時鐘的原理 電子鐘由STC89C52，鍵盤，8段數碼管等組成。60秒為1分，60分鐘是1小時，24小時是一天。電路上唯一的控制按鈕具有多種功能，您可以實現屏蔽數碼管顯示屏的功能，通過按下和釋放來節省電量。如果按下而不按下按鈕就可以實現分鐘的累加。累積每分鐘增加1，但如果連續按兩次按鈕，則可以調整小時，然后每按一次又加1小時。第三章 方案論證與設計整個系統的設計需要考慮兩個方面的內容：（1）硬件的設計：主要包括了原理的確定，首先需要知

18、道系統要實現什么功能，然后需要選擇相關的器件，也就是傳感器，哪個滿足相關的功能設計，著重的進行深入的研究研究是否與系統可以匹配，是否可以作為最終的型號。然后繪制系統的整體電路圖。通過這個整體電路圖焊接出系統的實物。（2）軟件的設計：軟件與硬件是一個相輔相成的關系，需要配合才能完成最后要實現的功能。軟件的編寫主要是對各個子程序進行設計，分模塊化的來設計程序，優點在于調試的時候具有針對性，可以一邊調試一邊觀察現象進行修改，最后將子程序進行融合調用來實現系統的整體功能。（3）系統的測試：完成硬件與軟件的設計需要按照當初預定的功能進行詳細的測試，測試的越加仔細系統的BUG也就會越少，會越加的趨于完美。

19、反復測試，反復的修改是一個成型系統的必備過程，直到最后對整體的性能以及功能滿意為止。3.1單片機芯片的選擇方案和論證從應用層面上來分析，對單片機的研究應當著重把握“單片”以及“規模”這兩個顯著特征。前者強調的是單片機設計的組成架構，也就是不僅僅涵蓋電阻原件、必要的按鍵單元、電容原件等，其余的邏輯電路也應當囊括在單片機板上1。從設計的優勢上來看，此類設計方法一方面能夠減少開發資金投入，降低材料的使用量，另一方面還可以壓縮硬件單元的體積，同時增強運行過程的有效性與穩定性等。所以說由NEC主導研發的四位單片機以及摩托羅拉所研制的八位單片機在該方面發揮了較大優勢，但是也應當結合實際需要選取是否集成外部

20、存儲單元以及數據I/O接口。就現階段國內的單片機應用來看，收到單片機硬件開發技術以及開發成本的制約，在開發集成化方面還有較大欠缺，因此大部分單片機產品都集成了外部存儲功能單元以及數據傳輸接口，甚至還會把STD總線進行了功能集成，這也在一定層面上忽視單片機的表現特征。從全球市場上來看，占據主要市場的仍舊是八位單片機，其中所包含的產品有Intel8048等等，該系列產品應用于電器生產領域等。隨著集成電路技術的發展，單片機和ASIC以及RISC技術有了較為廣泛的結合，同時這也是單片機在隨后十幾年的成長趨勢。3.1.1單片機的選擇方案一：采用美國微芯的PIC系列單片機，該系列單片機種類多種多樣且具有強

21、大的功能，在工業場合中應用較為管飯，相較于其他型號的PIC單片機而言，PIC16F887A型號應用較多，且已有的參考資料較為完善，PIC單片機所有輸入輸出接口必須為其分配對應的存儲地址，從而判定該接口具體的輸入輸出情況。但是這種單片機在實際應用中需要開發專用的軟件下載和燒錄器，且價格昂貴。方案二：采用單片機控制模塊核心。由于系統的可靠性高，系統的成本低的優勢它可稱為世界上最小的應用系統。但要求程序長度小于4K，共四個I/O接口供使用。可編程為5伏電壓，擦除時間僅為10毫秒，只有8751和的分數之一。與器件相比，設備不易損壞，對電源無要求。當芯片被重寫時，可以重復在多個控制領域進行使用。運行狀態

22、下的電壓區間寬泛（一般維持在2.7V6V范圍內）。而主控芯片在靜態模式下運行時，其對應的頻率區間是。相比之下，使用8751單片機時工作電壓范圍較窄。該類型單片機數據總線是在P0節點位置處，并且是三態雙向數據連接端口，能夠實現外接存儲單元的讀取以及寫入。單片機在主控領域具備較強的競爭優勢，在正常工作狀態下能耗低，運算速度快，運行較為穩定。芯片具備可多次編寫多次擦除的儲存器，次數可達1000次，程序可存十年。保存時間為十年。在單片機模塊的選擇中，對比了幾個可行的方案，發現該型號的單片機除了穩定性強、低功耗、低價格成本以外，還因為該單片機的封裝工藝，使得通過自身的兩列管腳直接插入到設備的底座上。該型

23、號的單片機的輸入輸出端口多，具有P0、P1、P2、P4四個端口，后三個是雙向端口，而第一個端口則需要外接上拉電阻才能當常規I/O口使用。該型號的單片機的制度存儲器能夠根據使用需要進行擴展，支持的最大擴展內存為64KB，而系統的隨機存儲器大小為256字節。經過以上的對比和總結，系統的主控模塊選擇單片機。3.1.2顯示器的選擇方案一：采用數碼管顯示電路顯示，顯示效果較好，通過輸入電流到對應的管腳控制其發光，可實現溫度、日期等多種參數。它廣泛用于電器，尤其是家用電器，如顯示屏，空調，熱水器，冰箱等。通常使用的LED數碼管是7段LED，它是由7個LED和一個小圓點LED組成的。這7個LED的ab成“日

24、”字形排列，當某一LED導通時，相應地點和筆畫就會亮起來，不同的數字，字母和其他符號由LED不同的明暗組合形成。引線內部連接僅需要繪制它們各自的筆劃和公共電極。方案二：采用液晶顯示屏顯示。與單片機P0口連接，同時外接上拉電阻，通過上下兩行來顯示時間，兩者可同時限制，單片機P2.3、P2.4、P2.5分別與液晶顯示模塊的復位、讀寫和使能端口相連，數據顯示參考主程序其他時序。液晶顯示器中的每一個字符都是由5*7的點陣組成。該顯示方式具有控制簡單等優勢，同其他液晶控制原理相似。由于本文所設計的電子時鐘所需顯示的內容較為豐富，由此本文顯示模塊采用方案二。3.1.3電源的選擇方案一：采用交流變壓器的方式

25、，這種電源設計方式相對而言較為復雜，同時要考慮變壓器參數對于系統正常工作產生的影響，由于存在較高的電眼，一次你在設計時需要進行變壓、整流以及濾波等操作。這不僅擴大了系統的體積結構，同時也降低了系統的安全性，若發生電源故障可能會導致電路燒毀。方案二：采用USB電源的供電方式，這種供電方式應用較多，例如各種終端移動設備以及常見的移動電源等。因此采用USB接口進行供電實現起來較為方便，且電源的選擇十分穩定，實現起來安全性高，在沒有特殊供電要求的前提下，這種供電方式已經成為主流。此次系統采用方案二的設計方式。3.2總體框圖設計此次設計主控模塊選擇STC89C52單片機，其編程簡便而且支持在線操作，該單

26、片機能耗較低，其最小工作電壓為3.3V。時鐘模塊選擇了DS1302，該芯片計時準確，能耗低并且擁有內部儲存單元。實時時鐘芯片使用周期長，準確度高、能耗低等優點，而且還擁有自動降耗的能力，除了能夠顯示年月日外，還可以顯示時間和星期，而且還具備識別閏年的能力，該芯片能夠在2.5V到5.5V的電壓下工作，顯示模塊選擇了1602液晶顯示器，能耗低，使用周期長，額定電壓5V。系統整體框圖如下3.1所示。圖3.1整體框架圖第四章 主要元件介紹4.1 STC89C52單片機的介紹4.1.1 STC89C52單片機主要功能及PDIP封裝統體積小，系統的可靠性高，系統的成本低的優勢它可稱為世界上最小的應用系統。

27、但要求程序長度小于4K，共四個I/O接口供使用。可編程為5伏電壓，擦除時間僅為10毫秒，只有8751和的分數之一。有8K系統內可編程閃存。52采用單芯片，具有智能8位CPU和系統內可編程存儲的功能，其具備很高的靈活性以及效率。它繼承了51系列單片機的全部優點，并且對51系列單片機的各種功能進了優化和完善，在功能上與51系列單片機相比更加豐富。隨著對其不斷的優化，其內部擁有一個功能強大的8位中央處理器 ，并且其還支持可編程Flash，因而這款單片機被大廣泛應用在各種自動控制系統中，它的出現不僅簡化了設計流程，還降低了設計難度。而主控芯片在靜態模式下運行時，其對應的頻率區間是。相比之下，使用875

28、1單片機時工作電壓范圍較窄。該類型單片機數據總線是在P0節點位置處，并且是三態雙向數據連接端口，能夠實現外接存儲單元的讀取以及寫入。單片機在主控領域具備較強的競爭優勢，在正常工作狀態下能耗低，運算速度快，運行較為穩定。芯片具備可多次編寫多次擦除的儲存器，次數可達1000次，程序可存十年。保存時間為十年。封裝如表4.1所示表4.1 STC89C52主要功能主要功能特性兼容51系列單片機8K 用戶程序儲存器輸入輸出接口32個256x8bit 數據存儲器16位計時器3個0-24MHz工作頻率內部中斷2個異步串行UART外部中斷源2個中斷源6個讀寫中斷口線2個3級加密位掉電和低耗能待機喚醒和睡眠4.1

29、.2STC89C52引腳介紹端口：端口是一個雙向I/O端口，8位漏極開路，驅動8個邏輯電平來進行數據輸出。這樣的工作模式，端口內部會出現上拉的阻力，所以在驗證程序的時候就需要外部的上拉電阻。 端口：端口也可以進行輸入和輸出雙向作用，并且位數是8位的，和端口一樣存在上拉電阻。根據不同的的工作要求，該端口負責接收字節的功能。引腳所具有的的另一個功能 定時器/計數器：、端口：端口也可以進行輸入和輸出雙向作用，并且位數是8位的，和端口一樣存在上拉電阻。該端口只能夠驅動4個邏輯電平。在用高8位地址來獲取16位地址的外部數據存儲時，會輸出閂鎖的內容。在進行其他功能時，該端口也承擔著接收外部控制信號的責任。

30、端口：端口也可以進行輸入和輸出雙向作用，并且位數是8位的，和端口一樣存在上拉電阻。該端口只能夠驅動4個邏輯電平。該端口作為輸入端口時是通過上拉電阻升高端口。端口負責輸入時，被外部拉下的針腳會由于內部電阻會有輸出。端口還承擔這單片機的其他功能：接收外部的控制信號。引腳所具有的的另一種功能定時器/計數器：、在進行其他功能時，該端口也承擔著接收外部控制信號的責任。RST：在工作過程中起到對輸入進行重置的作用，利用的是兩個機器周期內的高電平完成的。：當系統需要對外部程序器進行訪問或者是進行訪問數據存儲器時，的作用是將地址的低8位脈沖字節索存。因為通常情況下，的輸出時間是固定的，是時鐘振蕩頻率的1/6，

31、利用這一特性可以用它來實現計時的功能。但是如果要進行外部數據存儲的訪問時，系統會自動越過脈沖。系統編程產生的閃存時，引腳還起到輸入輸入的作用。在可能的情況下，禁止操作可以通過在區域的0號位置安裝來實現。因為在0號位置之后只有一個固定的指令才能實現的激活。此外，引腳會稍微升高，不執行內部程序時，需要讓禁止位無效。：從外部選取的信號來提供給程序存儲器使用。單片機在外部獲取指令時，只能產生兩次有效的循環，換言之有兩個脈沖輸出。這時候訪問外部數據存儲器，系統會自動越過兩個信號。：訪問外部的程序內存只能夠通過來進行。此時的狀態應該是處于接地狀態。特別的是，此時編程已經加密了的，則在重置期間，狀態將在內部

32、鎖定。單片機封裝圖如圖4.1所示圖4.1 STC89C52 PDIP封裝圖354.1.3 STC89C52最小系統介紹STC89C52是臺灣晶宏科技公司所制造出的一種能耗低、性能完善的51內核結構的芯片。它集成了8K的儲存器，便于保存數據信息從而確保數據不丟失等功能。具有三十二個通用IO口，同時還包括三個定時器以及1個外部中斷等。在使用時成本比較低廉，具有較高的性價比。其中電源電路、復位電路、時鐘電路是構成最小系統必不可少的電路，也是電路正常工作不可忽歐俄的三個部分。 電源電路 芯片引腳VCC與電源模塊電聯，電源模塊的主要功能是為系統其它外接設備供電，在引腳Vcc與GND之間，裝有一個0.1u

33、F陶片電容，來提高電路的抗干擾能力，可提升電路的穩定性。時鐘電路 時鐘電路是通過22PF的陶瓷片電容以及晶體振蕩器所構成的，兩者結合完成啟動電路，為微控制器傳遞定時指令，控制器進行工作。按照生成方式的差異，又能夠分類成內部和外部這兩種。在芯片的外部，振蕩器以及微調電容連接在XTAL1和XTAL2之間，形成一個比較平穩的自激振蕩器，在引腳上輸出3V的正弦波復位電路 上電復位電路是在上電瞬間開始工作，芯片工作的瞬間RESET引腳相當于直接連在5V電壓上，芯片瞬間進入復位狀態。隨著5V電壓不斷給電容充電，R1上的電壓兩端的電壓在逐漸地減小，當某個時刻R3電阻上的電壓減小為0V時，芯片將從復位狀態退出

34、，進入正常的工作狀態。利用RST按鍵控制芯片復位的按鍵復位也是同一個道理，只要RST按鍵被下，且該狀態保持的時間不低于15ms以上，芯片即可進入復位狀態。RST按鍵抬起后，芯片自動從復位狀態退出。圖4.2 STC89C52最小系統3.2 DS1302時鐘芯片介紹由Dallas公司主導生產的時鐘芯片DS1302是現階段使用較為廣泛的芯片。該類型芯片和主控單片機系統之間是以串行的方式完成數據傳輸，時間數據包含年、月、日以及時、分、秒等，并且日期是同步完成傳遞與調整；芯片的外部電源接入較為便捷，主要是由于集成了電源接入引腳節點，不僅如此，在外部電源斷電的情況下，內部仍然可以工作。如圖4.3所示。圖4

35、.3 DS1302封裝圖4.2.1DS1302引腳介紹各引腳功能為： 時鐘芯片的VCC1引腳所接入的是系統工作備用電源模塊，而VCC2接入的是系統工作主電源模塊。因此前者是作為外部電源斷電情況下的備用電源，而后者為系統提供主要工作電源。所以VCC1引腳的接入能夠顯著提升時鐘系統工作的穩定性與可靠性。SCLK：輸入串行時鐘IO： 雙向數據線CE： 輸入信號必須隨時間具有高讀取和寫入數據4.2.2DS1302使用方法(1) 時鐘芯片DS1302的工作原理：在每次進行讀、寫程序前完成初始化。對于操作方法，首先將SCLK端子設置為“0”，然后將RST端子設置為“1”，隨后輸出SCLK脈沖。從DS130

36、2芯片的主要硬件構成上分析，其中涵蓋邏輯控制單元、振蕩器元件和寄存器。DS1302和單片機的數據傳輸可以通過RST，I/O以及的數據收發通道來完成。主要的運行階段可以闡述為：工作初始階段應當將RST引腳調整為高電平信號，然后借助于信號完成數據指令收發，即從系統的I/O口向DS1302進行傳遞。(2) DS1302的控制字節DS1302的控制字如表3.2所示。位7必須為1。若為0，則無法將數據寫入DS1302。位6為0，就是訪問時鐘的數據，位6為1就是訪問RAM的數據; 5至1表示操作單元的地址;位0如果0就是執行寫的操作，位0為1就是執行讀的操作，控制字節一般是從低位開始發送的。表4.2 DS

37、1302控制字 (3) 數據輸入輸出（IO）DS1302的數據在下降沿讀取。緊跟在8位控制指令字之后的下一個SCLK脈沖，并且數據從低0位讀到高7位。其讀寫時序如下：圖4.4 DS1302讀寫時序（4）DS1302寄存器寫地址如下表所示表4.3 DS1302時鐘寄存器第一行秒寄存器，第二行分寄存器，第三行時寄存器。第八行控制寄存器。4.3 1602字符液晶介紹4.3.1 1602液晶概述本產品用到的是顯示器。與單片機P0口連接，同時外接上拉電阻，通過上下兩行來顯示時間，兩者可同時限制，單片機P2.3、P2.4、P2.5分別與液晶顯示模塊的復位、讀寫和使能端口相連，數據顯示參考主程序其他時序。L

38、CD1602液晶顯示器中的每一個字符都是由5*7的點陣組成。該顯示方式具有控制簡單等優勢，同其他液晶控制原理相似。如圖4.5所示。圖4.5 1602字符液晶4.3.2 1602引腳介紹引腳功能描述：表4-4 液晶顯示模塊引腳介紹編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數據2VDD電源正極10D3數據3VL液晶顯示偏壓11D4數據4RS數據/命令選擇12D5數據5R/W讀/寫選擇13D6數據6E使能信號14D7數據7D0數據15BLA背光源正極8D1數據16BLK背光源負極4.3.3 1602字符液晶使用方法（1）基本操作時序表4.5 1602字符液晶讀寫狀態表 圖4.6 1602液

39、晶寫時序圖第五章 系統的硬件設計5.1單片機簡介單片機是驅動和數據處理的關鍵器件，利用單片機的資源和各模塊的功能實現整體系統調諧。數據連接通過每個引腳的連接進行，J集成系統中的邏輯處理器，系統中的數據收集器以及系統的控制輸出。 單片機的最小系統設置如下圖3.1所示。主要是每個引腳的功能的引出，單片機的晶振電路。圖5.1 STC89C52系統電路從圖5.1可知，一共具有32個通用的IO端口，這些端口有的具有其特殊的引腳功能，其中P3.0接口是單片機的RXD引腳，可以作為單片機的串口采集端，通過這個接口可以讀取其它具有UART接口的設備，P3.1是單片機的TXD引腳可以作為串口的數據輸出端。通過這

40、個接口可以向具有UART接口的設備寫入數據。除此之外這兩個引腳也是單片機下載程序的引腳。單片機的第40引腳是單片機的電源，接入的電壓在3.6V-5.5V之間，可以說具有寬電壓適應的功能。單片機要工作就必須給單片機一個正確的供電電源。單片機的第20引腳是單片機的GND引腳這個與系統供電電源的GND連接。單片機只有正確供電之后才可以正常工作。單片機的第18個引腳是XTAL2，第19個引腳是連接到晶體振蕩器電路的兩個引腳的XTAL1引腳。單片機接入的晶振是有要求的，只有在一定范圍才可以進行正常工作，范圍在4M-22.1184M之間大小的晶振都可以正常的進行工作，但是最為常用的是12M晶振與11.05

41、92M的晶振。12M的晶振系統的時鐘周期是1us，定時執行準確，11.0592M晶振是適合應用在具有串口通訊的系統中，方便系統的波特率配置。根據項目的具體要求就可以選擇出合適的晶振系統。具備以上的兩個條件單片機就可以正常的工作了，根據設計的電路進行單片機引腳程序的控制，可以將引腳作為輸入或者輸出來連接外圍的器件電路，實現系統的整體功能，完成系統數據采集、狀態檢測、數據運算等功能。單片機系統還具有定時系統和中斷系統，根據系統的功能，可以選擇性地執行單片機的寄存器配置，并選擇單片機的功能。下面詳細介紹了該型號單片機的主要特點：(1)它是8051單片機的升級優化版本，所以擁有更加強勁的CPU;(2)

42、P3.0/P3.1端口負責芯片的程序編任務;(3)單片機的的工作電壓分為3和5V兩種;(4)存儲器通過片上集成最高達到1280字節;(5)設備的輸入輸出端口眾多;(6)設備的時鐘輸出有3路;(7)互在系統中可以直接編輯聯網供應商;(8)由大規模的集成電路實現可編輯技術列陣/PWN; （9）增強型8051微控制器，6個時鐘/機器周期和12個時鐘/機器周期是可選的，指令代碼與現有的8051完全兼容。 5.2Protel99SE簡介Protel99SE軟件繪制系統的示意圖。設計時，必須創建相應的組件庫。該系統包括最基本的組件，包括電阻器，電容器和其他常用組件。但是當找到一個特殊組件時，需要自己構建一

43、個組件庫。因此，我們必須學會構建組件。是英國公司開發的一款工具軟件。該軟件具有傳統仿真功能，還能支持單片機等微處理器仿真，是當前性能最為強大、運行可靠性良好的外圍器件仿真工具，雖然當前在國內的應用處于起步階段，但在研究者的推動下已經成為各大高校和科研機構工作者的重要仿真工具。軟件的特點：(1) 可生成多種電氣連接網絡表； (2) 編輯功能強大； (3) 在原理圖可選擇一級器件； (4) 同時運行原理圖和PCB。 (5) 可實現原理圖和PCB的相互轉換； (6) 滿足國際化設計要求； (7) 支持用CUPL語言； (8) 強大的“規則驅動”設計環境； (9) 覆鈾可以自動重鋪； 內部具有大量的設

44、計模板供使用。5.2時鐘電路模塊設計 電子鬧鐘包含信號發生器、顯示模塊、案件模塊以及電源模塊，系統硬件電路圖如下圖5.2。系統以AT89C52單片機為核心，通過單片機實現對時鐘模塊數據的讀取，并實現時鐘的預期功能。DS1302雖然具有計時的功能，不過它本身是沒有調時和顯時功能的。在這種情況下，不可避免地要使用單片機STC89C52，它可以用作橋接LCD顯示器和DS1302，并利用微控制器的輸入/輸出端口，實現調整時間的能力。使用單片機STC89C52實現數據顯示和調整是整個系統的關鍵。在整個系統中，單片機的P0端口用作液晶顯示器的顯示端口。液晶顯示器上顯示的數據全部通過P0端口發送，并使用P1

45、端口。制作調節按鍵的電路連接接口，使MCU可以更好地顯示和調整時間。 DS1302電子時鐘的總體設計如下圖所示。鍵盤設計用于完成時鐘/日歷校對和日歷/時鐘顯示功能。整個電路有兩個電源，其+ 5V為電源進行供電，+ 3V作為時鐘模塊的備用電源。當系統主電源被切斷后啟用備用電源，安波鎮時鐘模塊正常工作，當主電源恢復之后顯示模塊仍然會顯示當前的正確時間，而不會因為主電源的斷開而重置時間，有效避免了重新校準。DS1302是一種DALLAS涓流充電芯片。根據圖5-2中的內容，VCC1和VCC2為供電端口以及備用供電端口。DS1302會選擇二者電壓較大的作為供電接口。所以，當芯片掉電后。仍然能保證時鐘的正

46、常運行連。 X1和X2為晶振接口，通過該接口能夠為芯片提供晶振頻率為32.768KHz振蕩信號。 RST為復位接口和芯片選擇接口，當該接口處在高電平狀態時進行數據交換。 該接口有兩種不同的用途。首先，通過該接口能夠運行各種命令，并將命令對應的序列傳輸到寄存器中。其次，通過該接口能夠對數據傳輸進行暫停。當該接口為高電平狀態時，全部數據傳輸將會被復位，為DS1302的啟動創造條件。在數據傳輸過程中該接口變為低電平狀態，數據傳輸斷開，輸入輸出接口轉為高阻態。在對DS1302進行上電的過程中，RST接口始終處于低電平狀態，當VCC接口的電壓超過2.5V后，當SCLK為低電平并且輸入輸出接口處在數據接收

47、狀態，此時可以將RST轉成高電平。從而實現對SCLK的控制。圖5.2 DS1302的硬件接線圖圖5是DS1302時鐘程序的流程圖。當芯片運行時，它進入初始化。當出現中斷信號時，芯片上的數據被傳送到MCU進行處理并通過數碼管顯示，然后按下菜單按鈕。按下此按鈕時，數據將傳輸到時鐘芯片并在設置完成后顯示。如果不按下按鈕，它將直接發送到EPROM。圖5 DS1302時鐘程序流程圖鬧鐘設置：鬧鐘電路的設計是通過與DS1302實時對比實現鬧鈴的功能，采用按鍵設置鬧鈴的小時與分鐘，當鬧鈴的小時與DS1302小時相等時候，通過比較鬧鈴的分鐘與時鐘讀取的分鐘，設定鬧鈴的時間是相一分鐘，當超過一分鐘之后鬧鈴不在響

48、。倒計時功能：這里的倒計時實際采用的是DS1302的顯示時鐘秒的差值，這個差值是60秒與時鐘秒的差值，時鐘DS1302每走一秒，倒計時就會減少1秒，當減少到0時候為60秒重新開始。5.3誤差校正模塊設計時間是一個基本物理量，具有連續、自動流失等特性，結合時間的概念和實踐誤差相關理論，可定義電子鐘誤差S=S1-S2,S1嗲表程序運行的秒；S2代表標準秒。S0時代表走時誤差為“慢”；反之，S0代表“快”。在本文所設計的電子時鐘中，誤差來源于晶體頻率誤差和延時誤差。延遲實踐過長或果斷都會造成時間走時誤差。按鍵電路設計的主要功能是實現數據輸入和參數設置。硬件原理是用獨立按鍵設計。其中一個獨立按鍵連接到

49、GND接口，另一個連接到單片機的輸入和輸出接口。當MCU的輸入/輸出接口被輕微拉動時，按鈕被觸發，當GND接通時，MCU的引腳將檢測到低電平信號。當MCU檢測到信號時，MCU檢查是否有按鈕按下決定。處理并執行對應的操作。設計按鈕時，通常會有一個防止抖動的過程，這是因為MCU的檢測速度太快。為避免這個過程，通常會在MCU檢測到按鍵時設計防止抖動的程序。抖動時間為5-10 ms左右。按鍵電路的硬件電路如圖5.3所示。本次設計的按鍵主要是實現誤差的校整，可以將誤差最小校正在1S，通過按鍵可以設置年、月、日、時、分、秒、周的參數。 圖5.4是誤差小校正模塊的一個工作流程圖。首先對DS1302進行初始化

50、，去除寫保護，使數據可寫入，由于脈沖存在將產生高電平。等到需要校時的時候，這些數據就會存儲到新的地址，再讀取的時候就可以一把這些新的地址讀到1602液晶屏上，這就完成了校時。圖5.4 DS1302校正模塊流程圖5.4顯示模塊的設計顯示電路LCD1602模塊有兩種形式，其一為背光顯示，其二為帶電源的顯示模塊，詳細電路圖如下。圖5.5 1602LCD尺寸圖參數：顯示容量：字符；電壓：；電流：；最優電壓數值：5V；字符規格：引腳說明第1腳：接地。第2腳：系統工作主要供電接口，接入的是5V電壓值。第3腳：VL代表的是顯示模塊的參數調整接口，主要是對工作狀態下的數據顯示對比度進行控制。第4腳：RS表示寄

51、存器選取節點。第5腳：R/W代表的是數據信號讀寫接口，若獲取的是高電平信號，直接進入數據讀取流程，在低電平狀態下進行數據寫入流程。第6腳：在E接口端定義為工作使能端，發生電平信號翻轉之后，顯示模塊進入工作環節。第714腳：系統8位雙向交互通信。第15以及16腳：接入背光+/-極信號。圖5.6 1602LCD電路圖圖5.7展示了1602的工作流程。首先，也是進行初始化，然后寫入數據，下一步就檢測是否有數據寫入，如果沒有數據寫入，就一直處于等待鐘，等到有數據寫入為止，有數據寫入就讀出數據并顯示。圖5.7 1602流程圖5.5 DHT11溫濕度采集模塊本設計采用STC89C52單片機的外部中斷部分以

52、及LCD1602部分完成測量和顯示部分，利用DHT11數字溫濕度傳感器完成數據采集，DHT11可實現溫度和濕度的高效測量，具有單線制串行接口，無需額外部件；超長的信號傳輸距離；超低能耗；全部校準，數字輸出；保證產品具有良好的穩定性和卓越星，該傳感器內置有一個溫度感應元件和濕度感應元件，使其成為該類應用中，在苛刻應用場合的最佳選擇。此次設計的系統利用DHT11傳感器來實現對環境溫濕度的檢測功能，DHT11溫濕度傳感模塊相較于傳統的傳感器而言具有更大的測量優勢，例如可實現溫度和濕度信息的同時測量，因而相較于傳統的測量系統而言結構更為簡單，且可有效節省與單片機的通信結構，具有較強的抗靜電功能。該傳感

53、器最為突出的特點就是將溫、濕度傳感以及加熱器、信號轉換、A/D轉換匯聚在一起。引腳圖如圖5.7。 圖5.7DHT11傳感器實物圖（1）引腳介紹：連接電源正極。讀取數據。無作用。Pin4（VDD）接地。（2）接口說明 ：如當導線的長度不超過20米時，上拉電阻的阻值選擇5K，當導線的長度不超過20米時，需要對上拉電阻的阻值進行詳細的計算。如圖5.8：圖5.8DHT11典型應用電路使用它的原因：1、DHT11時序簡單。2、DHT11是國產的，參考手冊是中文的，沒有英文可以看懂。3、功能很少，就只有一個功能，測量溫濕度。該器件使用單總線協議，但我們還需要知道電源范圍為3.5-5.5V。超出此范圍可能會

54、損壞傳感器，超過此范圍，傳感器可能會讀取不正確的溫度和濕度數據或從根部發生故障。因此，操作時要小心。HT11使用單總線協議，一次傳輸40位數據。換句話說，必須一次讀取DHT11數據40次。也就是說，必須讀取40位。前16位數據與濕度有關，中間16位與溫度有關，后8位用于驗證。驗證成功表明溫度和濕度結果是正確的。可以使用這些溫度和濕度值，如果驗證不對，則表示讀取的時錯誤的溫度和濕度值。可能是時序錯誤，或者是傳感器的問題。由于時間有限就不進行采樣了。第六章 系統的軟件設計軟件設計的實質是編寫系統的軟件程序。此次設計需要編寫個兩方面的程序，分別為主程序以及控制程序。在編寫程序的過程中需要符合以下要求

55、：（1）按照軟件設計功能需求，將系統模塊整體分成一個個獨立的部分，結構也要清晰合理，使軟件開發更加流暢、合理、方便；（2）養成良好的編碼方式習慣，如注意初始化模塊的合理使用、合理使用懶加載、合理使用參數斷言。這樣的話可以方便的進行代碼的調試、移植、修改。（3）利用仿真描繪合理的電路圖模擬演示；（4）制作程序流程圖；（5）資源分配合理化；（6）改善軟件干擾預防并確保系統穩定性。控制系統需要正常的操作和操作，但軟件的設計和硬件設計必須緊密耦合，以確保系統的正常運行并實現正常運行以滿足項目要求和目標。在軟件編程的過程中通常會使用模塊化的編程方案。該方法是對系統程序進行分解，將其劃分為每個函數的子程序

56、，并根據每個函數編寫程序代碼。軟件設計成功后，必須對硬件進行測試，只有在系統硬件中實現實際硬件要求時才能成功。實際上創建了軟件的語言來控制硬件。每個程序功能都有特殊含義。執行部分的設計完成后，應啟動主程序設計，結合系統的設計要求對控制程序進行編寫，利用最佳的主程序，并根據實時情況對兩個類進行適當的排序。硬件電路的正常操作需要軟件的協作，主要設計的程序是單片機系統的執行程序。單片機控制IO引腳實現外圍電路的操作，根據系統的要求來編寫程序。（1）在編寫程序的時候選擇C語言進行程序的編寫，掌握基本的C語言語法與用法。（2在編程的過程中需要編程軟件的支持，利用KEIL完成編程工作，需要安裝KEIL軟件。（3）熟練掌握單片機的工作原理，利用設置在單片機內部的儲存單元以及輸入輸出接口來實現對外部設備的控制。需要掌握外圍器件的使用方法。（4）編寫程序結束后需要將程序轉化為以.HEX結尾的可執行文件，并且將該文件載入到單片機中，查看系統整體的運行情況。以上的4步是編程的基本步驟，同時還有一些技巧與方法，采用模塊化的編程思路進行編程，并逐一調試與各模塊相對應的程序，在一些時候會節省一些時間減輕工作量。6.1程序開發軟件簡介在單片機系統的開發和應用，我開