1、 容 摘 要電子時鐘是一種非常廣泛日常計時工具，給人們的帶來了很大的方便，在社會上越來越流行。 它可以對年、月、日、時、分、秒進行計時，采用直觀的數字顯示，可以同時顯示年月日時分秒和溫度等信息，還有時間校準等功能。該電子時鐘主要采用STC89C52單片機作為主控核心，用DS1302時鐘芯片作為時鐘、液晶12864顯示屏顯示。STC89C52單片機是由宏晶科技公司推出的，功耗小，電壓可選用46V電壓供電；DS1302時鐘芯片是美國DALLAS公司推出的具有細電流充電功能的低功耗實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，還具有閏年補償等多種功能，而且DS1302的使用壽命長，誤差

2、小；數字顯示是采用的12864液晶顯示屏來顯示，可以同時顯示年、月、日、星期、時、分、秒和溫度等信息。此外，該電子時鐘還具有時間校準等功能。關鍵詞：單片機STC89C52 時鐘芯片DS1302 液晶12864 溫度基于單片機STC數字式時鐘的設計一、 緒論隨著人們生活水平的提高和生活節奏的加快，對時間的要求越來越高，精準數字計時的消費需求也是越來越多。二十一世紀的今天，最具代表性的計時產品就是電子萬年歷，它是近代世界鐘表業界的第三次革命。第一次是擺和擺輪游絲的發明，相對穩定的機械振蕩頻率源使鐘表的走時差從分級縮小到秒級，代表性的產品就是帶有擺或擺輪游絲的機械鐘或表。第二次革命是石英晶體振蕩器的

3、應用，發明了走時精度更高的石英電子鐘表，使鐘表的走時和月差從分級縮小到秒級。第三次革命就是單片機數碼計時技術的應用（電子萬年歷），使計時產品的走時日差從分級縮小到1/600萬秒，從原有傳統指針計時的方式發展為人們日常更為熟悉的夜光數字顯示方式，直觀明了，并增加了全自動日期、星期、溫度以與其他日常附屬信息的顯示功能，它更符合消費者的生活需求！因此，電子萬年歷的出現帶來了鐘表計時業界跨躍性的進步。我國生產的電子萬年歷有很多種，總體上來說以研究多功能電子萬年歷為主，使萬年歷除了原有的顯示時間，日期等基本功能外，還具有鬧鈴，報警等功能。商家生產的電子萬年歷更從質量，價格，實用上考慮，不斷的改進電子萬年

4、歷的設計，使其更加的具有市場。除了采用集成化的時鐘芯片外，還有采用MCU的方案，利用STC89系列單片微機制成萬年歷電路，采用軟件和硬件結合的方法，控制LED數碼管輸出，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，軟件設計獨特,可靠。STC89C52是由宏晶科技公司推出的一種小型單片機。其主要特點為采用Flash存貯器技術，降低了制造成本，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，可以很快被廣大用戶接受。本文介紹了基于STC89C52單片機設計的電子時鐘。可以同時顯示年、月、日、星期、時、分、秒和溫度等信息，還具有時間校準等功能。二、設計要求與方案論證（一） 設

5、計要求：基本要求A. 具有年、月、日、星期、時、分、秒等功能；B. 具備年、月、日、星期、時、分、秒校準功能；C. 具備溫度顯示功能；（二） 方案選擇1.單片機芯片的選擇STC89C52單片機的主要特性如下：l 與MCS-51產品指令系統完全兼容l 4K字節的在線編程Flash存儲器，1000次擦寫周期l 4.05.5V的工作電壓圍l 全靜態工作模式：033MHzl 三級程序存儲器鎖l 128×8字節部RAM l 32個可編程I/O口線l 2個16位定時/計數器l 6個中斷源l 全雙工串行UART通道l 低功耗空閑和掉電模式l 中斷可從空閑模式喚醒系統l 看門狗（WDT）與雙數據指針

6、l 掉電標識和快速編程特性l 具有掉電狀態下的中斷恢復功能l 靈活的在系統編程（ISP字節或頁寫模式）由于STC89C52單片機片有4K字節的在線編程Flash存儲器，可以擦寫1000次，具有掉電模式，而且具有掉電狀態下的中斷恢復功能，對設計開發非常實用。所以選用STC89C52單片機作為電子時鐘芯片的控制單片機。2.顯示模塊選擇在本萬年歷當中12864 液晶顯示當前的實時時間重要的陰陽歷節日等功能。12864 液晶具有如下的特性：提供8 位，4 位并行接口與串行接口可選 并行接口適配M6800 時序 自動電源啟動復位功能 部自建振蕩源13.時鐘芯片選擇采用DS1302時鐘芯片實現時鐘，DS1

7、302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以與閏年補償的年進行計數，而且精度高,位的RAM做為數據暫存區，工作電壓2.5V5.5V圍，2.5V時耗電小于300nA。4.溫度傳感器的選擇在本電子時鐘當中溫度的采集采用數字溫度傳感器DS18B20。它屬于單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數字溫度計，十分方便。另外，數字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量圍廣等優點。具有如下的經濟特點：（1）只要求一個端口即可實現通信。（2）在DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號。（3）實際應用中不需

8、要外部任何元器件即可實現測溫。（4）測量溫度圍在55。C 到125。C 之間。（5）數字溫度計的分辨率用戶可以從9 位到12 位選擇。（6）部有溫度上、下限告警設置。電路設計方案最終確定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用STC89C52作為主控制系統; DS1302 提供時鐘;數字式溫度傳感器;液晶12864作為顯示。3三、系統的硬件設計與實現（一）蜂鳴報警模塊液晶12864顯示模塊STC89C52主控制模 塊鍵盤模塊DS1302時鐘模塊溫度采集模塊3.2 系統硬件概述圖-1電路設計框圖本電路是由STC89C52 單片機為控制核心，具有操作簡單的優點；時鐘電路由DS1302提供，它是

9、一種高性能、低功耗、帶RAM 的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU 進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或RAM 數據。DS1302 部有一個31*8 的用于臨時性存放數據的RAM 寄存器。可產生年、月、日、周日、時、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點，同時具有掉電自動保存功能；溫度的采集由DS18B20構成。(二)主要單元電路的設計1 、單片機主控制模塊的設計本系統采用的是宏晶科技公司生產的STC89C52單片機，首先我們來熟悉一下STC89C52單片機的外部引腳和部結構

10、。（1）.單片機的引腳功能STC89C52單片機有40個引腳。l Vcc：電源電壓+5Vl GND：接地l P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線服用，在訪問期間激活部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節，而在程序校驗時，輸出指令字節，校驗時要求外接上拉電阻。l P1口：P1口是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，

11、通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 Flash 編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。l P2口：P2口是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器（例如執行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器（MOVX Ri指令）

12、時，P2口線上的容（也即特殊功能寄存器（SFR）區中P2寄存器的容），在整個訪問期間不改變。Flash 編程和程序校驗期間，P2亦接收低高位地址和其他控制信號。l P3口：P3口是一組帶部上拉電阻的8位雙向I/O，P3的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，見表-1所示：P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。表-1 P3口的第二功能圖端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口

13、）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外中斷0）P3.3INT1（外中斷1）P3.4T0（定時/計時器0外部輸入）P3.5T1（定時/計時器1外部輸入）P3.6WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7RD（外部數據存儲器讀選通）l RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。WDT溢出將使引腳輸出高電平，設置SFR AUXR的DISRT0（地址8EH）可打開或關閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開狀態。l ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存器允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節。即使不訪問外

14、部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過多特殊功能寄存器（SFR）區中的8EH單元的D0位置，可禁止ALE操作。該位置后，只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被激活。另外，該引腳會被微弱拉高，單片機執行外部程序時，應設置ALE無效。l PSEN：程序存儲允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈

15、沖。當訪問外部數據存儲器，沒有兩次有效的PSEN信號。l EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時部會鎖存EA端狀態。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執行部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的變成電壓Vpp.l XTAL1：振蕩器反相放大器與部時鐘發生器的輸入端。l XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。AT89C51單片機部結構（2）.STC89C52單片機與MCS-51完全兼容 l 看門狗（WDT）：WDT是一種需要軟件控制的復位方

16、式。WDT 由13位計數器和特殊功能寄存器中的看門狗定時器復位存儲器（WDTRST）構成。WDT 在默認情況下無法工作；為了激活WDT，用戶必須往WDTRST 寄存器（地址：0A6H）中依次寫入01EH 和0E1H。當WDT激活后，晶振工作，WDT在每個機器周期都會增加。WDT計時周期依賴于外部時鐘頻率。除了復位（硬件復位或WDT溢出復位），沒有辦法停止WDT工作。當WDT溢出，它將驅動RSR引腳輸出一個高電平。l 可編程串口（UART）在STC89C52中，UART 的操作與STC89C51和STC89C52 一樣。STC89C52系列單片機的串行通信口可以工作于同步和異步通信方式。當工作于

17、異步方式時，它具有全雙工的操作功能，也就是說，它可以同時進行數據的發送和接收。串行口的接收器采用的是雙緩沖結構，能夠在接收到的第一個字節從接收寄存器讀走之前就開始接收第二個字節（當然，如果第二個字節接收完畢，而第一個字節仍然沒有被讀走，那將會丟掉一個字節）。串行口的發送和接收操作都是通過特殊功能寄存器中的數據緩沖寄存器SBUF進行的，但在SBUF的部，接收寄存器和發送寄存器在物理結構上是完全獨立的。如果將數據寫入SBUF，數據會被送入發送寄存器準備發送。如果執行SBUF指令，則讀出的數據一定來自接收緩存器。因此，CPU對SBUF的讀寫，實際上是分別訪問2個不同的寄存器。這2個寄存器的功能決不能

18、混淆。l 振蕩電路：STC89C52系列單片機的部振蕩器，由一個單極反相器組成。XTAL1反相器的輸入，XTAL2為反相器的輸出。可以利用它部的振蕩器產生時鐘，只要XTAL1和XTAL2引腳上一個晶體與電容組成的并聯諧振電路，便構成一個完整的振蕩信號發生器，此方式稱為部方式。另一種方式由外部時鐘源提供一個時鐘信號到XTAL1端輸入，而XTAL2端浮空。在組成一個單片機應用系統時，多數采用這種方式，這種方式結構緊湊，成本低廉，可靠性高。在電路中，對電容C1和C2的值要求不是很嚴格，如果使用高質的晶振，則不管頻率為多少，C1、C2通常都選擇30pF。l 定時/計數器：STC89C52單片機含有2個

19、16位的定時器/計數器。當用于定時器方式時，定時器的輸入來自部時鐘發生電路，每過一個機器周期，定時器加1，而一個機器周期包含有12個振蕩周期，所以，定時器的技術頻率為晶振頻率的1/12，而計數頻率最高為晶振頻率的1/24。為了實現定時和計數功能，定時器中含有3種基本的寄存器：控制寄存器、方式寄存器和定時器/計數器。控制寄存器是一個8位的寄存器，用于控制定時器的工作狀態，方式寄存器是一個8位的寄存器，用于確定定時器的工作方式，定時器/計數器是16位的計數器，分為高字節和低字節兩部分。l RAM：高于7FH部數據存儲器的地址是8位的，也就是說其地址空間只有256字節，但部RAM的尋址方式實際上可提

20、供384字節。的直接地址訪問同一個存儲空間，高于7FH的間接地址訪問另一個存儲空間。這樣，雖然高128字節區分與專用寄器 ，即特殊功能寄存器區的地址是重合的，但實際上它們是分開的。究竟訪問哪一區，存是通過不同的尋址方式加以區分的。l SFR：SFR是具有特殊功能的所有寄存器的集合，共含有22個不同寄存器，它們的地址分配在80HFFH中。雖然如此，不是所有的單元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的單元，其容是不確定的。如對這些單元進行讀操作，得到的是一些隨機數，而寫入則無效，所以在編程時不應該將數據寫入這些未確定的地址單元中，特殊功能寄存器主要有累加器ACC、B寄存器、程序狀態字寄存器PSW、堆棧

21、指針SP、數據指針DPTR、I/O端口、串行口數據緩沖器SBUF、定時器寄存器、捕捉寄存器、控制寄存器。l 中斷系統：STC89C52單片機有6個中斷源，中斷系統主要由中斷允許寄存器IE、中斷優先級寄存器IP、優先級結構和一些邏輯門組成。IE寄存器用于允許或禁止中斷；IP寄存器用于確定中斷源的優先級別；優先級結構用于執行中斷源的優先排序；有關邏輯門用于輸入中斷請求信號。在整個中斷響應過程中CPU所執行的操作步驟如下：（1）完成當前指令的操作（2）將PC容壓入堆棧（3）保存當前的中斷狀態（4）阻止同級的中斷請求（5）將中斷程序入口地址送PC寄存器（6）執行中斷服務程序（7）返回 2 2、時鐘電路

22、模塊的設計DS1302 是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或RAM數據。DS1302部有一個31×8的用于臨時性存放數據的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。圖-1示出DS1302 的引腳排列，其中Vcc1 為后備電源，Vcc2 為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續運行。DS13

23、02 由Vcc1 或Vcc2 兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1+0.2V 時，Vcc2 給DS1302 供電。當Vcc2 小于Vcc1 時，DS1302 由Vcc1 供電。X1和X2 是振蕩源，外接32.KHz 晶振。RST 是復位/片選線，通過把RST 輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。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 提供終止單字節或多字節數據的傳送手段。當RST 為高電平時，所有的數據傳送被初始化，允許對DS1302 進行操作。如果在傳送過程中RSTS置為低電平，則會終止此次數據傳送，I/O 引腳變為高阻態。

24、上電動行時，在Vcc 大于等于2.5V 之前，RST 必須保持低電平。中有在SCLK 為低電平時，才能將RST 置為高電平，I/O為串行數據輸入端（雙向）。SCLK 始終是輸入端。 圖-2 DS1302 的引腳圖3、顯示模塊的設計在本電子時鐘當中12864 液晶顯示當前的實時時間重要的陰陽歷節日等功能。12864 液晶具有如下的特性：1)提供8 位，4 位并行接口與串行接口可選2)并行接口適配M6800 時序3)自動電源啟動復位功能4)部自建振蕩源64×16 位字符顯示RAM（DDRAM 最多16 字符×4 行，LCD 顯示圍16×2 行）(改為半角輸入)2M 位

25、中文字型ROM（CGROM），總共提供8192 個中文字型（16×16 點陣）16K 位半寬字型ROM(HCGROM)，總共提供126 個西文字型（16×8 點陣）64×16 位字符產生RAM（CGRAM）15×16 位總共240 點的ICON RAM（ICONRAM）4其與單片機的連接電路如下 圖-3 12864液晶顯示接口電路圖4、溫度采集模塊設計如圖-4示。采用數字式溫度傳感器DS18B20，它是數字式溫度傳感器，具有測量精度高，電路連接簡單特點，此類傳感器僅需要一條數據線進行數據傳輸，使用0.7與DS18B20的I/O口連接加一個上拉電阻,Vcc

26、接電源,Vss接地。 圖-4S18B20溫度采集5 、按鍵調整系統模塊設計按鍵采用4個獨立的按鍵，一個功能鍵、一個確認鍵、一個加按鍵、一個減按鍵通過這四個按鍵可以來合理的設置時鐘的調整和鬧鈴的設定溫度報警的上下限數值。與單片機的連接電路如下 圖-5單片機的連接電路6、蜂鳴器報警模塊當實際的溫度高于設定溫度時或者當前的時間等于設置鬧鐘時間時蜂鳴器便會發出聲音進行提示。與單片機的連接電路如下： 圖-6單片機的連接電路 四、系統的軟件設計（一）程序流程框圖開始初始化讀、寫日期、時間和溫度分離日期時間溫度顯示值顯示子程序農歷自動更新子程序日期、時間修改子程序閏月子程返回定時鬧鈴子程序（二） 時間調整的程序流程圖（三）溫度采集程序流程圖溫度采集子程序判斷是否進行溫度采集NY采集數據將采集到的數據累計到5次求和，再進行除5轉換返回（四）定時鈴聲程序流程圖定時子程序NNNNNNY判斷是否到月判斷是否到日判斷是否到年 判斷是否開鈴聲Y4Y4Y4Y4返回打開鈴聲標志判斷是否到分判斷是否到時Y4（五） 農歷流程圖五、設