基于单片机的数字时钟设计.doc

摘 要本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片 AT89C51 作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计了多功能数字时钟系统。该时钟系统主要由时钟模块、环境温度检测模块、液晶显示模块以及键盘控制模块组成。系统具有简单清晰的操作界面，能在 4V～7V 直流电源下正常工作。能够准确显示时间（显示格式为时时：分分：秒秒，24 小时制） ，可随时进行时间调整，具有闹钟时间设置、闹钟开/关、止闹功能，能够对时钟所在的环境温度进行测量并显示。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。由于系统所用元器件较少，单片机所被占用的 I/O 口不多，因此系统具有一定的可扩展性。关 键 词 ：LCD 显 示 单 片 机 时 钟 芯 片 DS1302 温 度 传 感 器 DS18B20AbstractThis design principle based on SCM technology to a central controller AT89C51 Microcontroller, through hardware design and preparation software program, designed to produce a multi-functional digital clock system. The clock system is composed of clock module, alarm module, the ambient temperature detection module, liquid crystal display module, keyboard control module and the signal prompt module. System is simple and clear interface, can 4V ~ 7V DC power supply to work. Able to accurately display time (display format is hh: mm: seconds seconds, 24-hour clock), the time may be adjusted at any time, with the alarm time set, alarm on / off, alarm function only can the clock where the ambient temperature measurement and displayed. Into hardware and software design guidelines and give full play MCU functions, most of the functionality through software programming to implement, simple circuit, high stability of the system. Meanwhile, the clock system also has low power consumption, and low cost, and highly practical. As the system uses fewer components, single chip occupied by the I / O port small, so the system has some scalability.Key words :LCD display, SCM, DS1302, DS18B20目 录1 绪论 11.1 课题的提出及研究意义 .11.2 数字时钟的发展现状 .21.3 课题研究目的和研究内容 .52 多功能数字时钟硬件设计 52.1 主控制模块 .62.2 显示模块 .92.3 时钟模块 112.4 温度模块 152.5 电源转换模块 172.6 本章小结 183 电路仿真与制作 .183.1 电路仿真 183.2 电路板制作 193.3 本章小结 194 软件设计部分 .204.1 时钟程序的设计 204.2 DS18B20 芯片程序设计 204.3 本章小结 215 总 结 .21参 考 文 献 23致 谢 .24附 录 25长江师范学院本科毕业设计·多功能数字时钟的设计第 1 页 共 42 页1 绪论人 类 的 生 活 和 工 作 均 离 不 开 时 钟 。 从 古 代 的 滴 漏 更 鼓 到 近 代 的 机 械 钟 ， 从 电 子表 到 目 前 的 数 字 时 钟 ， 为 了 准 确 的 测 量 和 记 录 时 间 ， 人 们 一 直 在 努 力 改 进 着 计 时 工具 。 钟 表 的 数 字 化 ， 大 力 推 动 了 计 时 的 精 确 性 和 可 靠 性 。1.1 课题的提出及研究意义1.1.1 课题的提出近 些 年 ， 随 着 科 技 的 发 展 和 社 会 的 进 步 ， 人 们 对 数 字 钟 的 要 求 也 越 来 越 高 ， 传统 的 时 钟 已 不 能 满 足 人 们 的 要 求 。 多 功 能 数 字 钟 不 管 在 性 能 还 是 在 样 式 上 都 发 生 了质 的 变 化 ， 有 电 子 闹 钟 、 数 字 闹 钟 等 等 。 数 字 钟 成 为 人 们 日 常 生 活 中 不 可 少 的 必]1[需 品 ,由 于 数 字 集 成 电 路 的 发 展 和 石 英 晶 体 振 荡 器 的 广 泛 应 用 ,使 得 数 字 钟 的 精 度 ,远 远 超 过 老 式 钟 表 , 钟 表 的 数 字 化 给 人 们 生 产 生 活 带 来 了 极 大 的 方 便 。在 日 常 生 活 和 工 作 中 ， 我 们 常 常 用 到 定 时 控 制 ， 如 扩 印 过 程 中 的 曝 光 定 时 等 。早 期 常 用 的 一 些 时 间 控 制 单 元 都 使 用 模 拟 电 路 设 计 制 作 的 ， 其 定 时 准 确 性 和 重 复 精度 都 不 是 很 理 想 ， 现 在 基 本 上 都 是 基 于 数 字 技 术 的 新 一 代 产 品 ， 随 着 单 片 机 性 能 价格 比 的 不 断 提 高 ， 新 一 代 产 品 的 应 用 也 越 来 越 广 泛 ， 大 可 构 成 复 杂 的 工 业 过 程 控 制系 统 ， 完 成 复 杂 的 控 制 功 能 。 小 则 可 以 用 于 家 电 控 制 ， 甚 至 可 以 用 于 儿 童 电 子 玩 具 。它 功 能 强 大 ， 体 积 小 ， 质 量 轻 ， 灵 活 好 用 ， 配 以 适 当 的 接 口 芯 片 ， 可 以 构 造 各 种 各样 、 功 能 各 异 的 微 电 子 产 品 。]2[随 着 电 子 技 术 的 飞 速 发 展 ， 家 用 电 器 和 办 公 电 子 设 备 逐 渐 增 多 ， 不 同 的 设 备 都有 自 己 的 控 制 器 ， 使 用 起 来 很 不 方 便 。 根 据 这 种 实 际 情 况 ， 设 计 了 一 个 单 片 机 多 功能 数 字 时 钟 ， 它 可 以 避 免 多 种 控 制 器 的 混 淆 ， 利 用 一 个 控 制 器 对 多 路 电 器 进 行 控 制 ，同 时 又 可 以 进 行 时 钟 校 准 和 定 点 打 铃 。 它 可 以 执 行 不 同 的 时 间 表 （ 考 试 时 间 和 日]3[常 作 息 时 间 ） 的 打 铃 ， 可 以 任 意 设 置 时 间 。 这 种 具 有 人 们 所 需 要 的 智 能 化 特 性 的 产品 减 轻 了 人 的 劳 动 ， 扩 大 了 数 字 化 的 范 围 ， 为 家 庭 数 字 化 提 供 了 可 能 。电 子 钟 是 一 种 利 用 数 字 电 路 来 显 示 秒 、 分 、 时 的 计 时 装 置 ， 与 传 统 的 机 械 钟 相比 ， 它 具 有 走 时 准 确 、 显 示 直 观 、 无 机 械 传 动 装 置 等 优 点 ， 因 而 得 到 广 泛 应 用 。 随着 人 们 生 活 环 境 的 不 断 改 善 和 美 化 ， 在 许 多 场 合 可 以 看 到 数 字 电 子 钟 。 在 城 市 的 主长江师范学院本科毕业设计·多功能数字时钟的设计第 2 页 共 42 页要 营 业 场 所 、 车 站 、 码 头 等 公 共 场 所 使 用 LCD 数 字 电 子 钟 已 经 成 为 一 种 时 尚 。 但 目前 市 场 上 各 式 各 样 的 LCD 数 字 电 子 钟 大 多 数 用 全 硬 件 电 路 实 现 ， 电 路 结 构 复 杂 ， 功率 损 耗 大 等 缺 点 ， 因 此 有 必 要 对 数 字 电 子 钟 进 行 改 进 。1.1.2 课题研究的意义多 功 能 数 字 时 钟 的 用 途 十 分 广 泛 ， 只 要 有 计 时 的 存 在 ， 便 要 用 到 数 字 时 钟 的 原理 及 结 构 ； 同 时 在 日 期 中 ， 它 以 其 小 巧 ， 价 格 低 廉 ， 走 时 精 度 高 ， 使 用 方 便 ， 功 能多 ， 便 于 集 成 化 而 受 广 大 消 费 者 的 喜 爱 。 随 着 人 类 科 技 文 明 的 发 展 ， 人 们 对 于 时 钟的 要 求 在 不 断 提 高 。 时 钟 已 不 仅 仅 被 看 出 一 种 用 来 显 示 时 间 的 工 具 ， 在 很 多 实 际]4[应 用 中 它 还 需 要 能 够 实 现 更 多 其 它 的 功 能 。 高 精 度 、 多 功 能 、 小 体 积 、 低 功 耗 ， 是现 代 时 钟 发 展 的 趋 势 。 在 这 种 趋 势 下 ， 时 钟 的 数 字 化 、 多 功 能 化 已 经 成 为 现 在 时 钟生 产 研 究 的 主 导 设 计 方 向 。1.2 数字时钟的发展现状几 种 常 用 数 字 时 钟 设 计 方 案 ：一 、 基 于 微 机 系 统 的 数 字 时 钟 设 计计 时 单 元 由 定 时 /计 数 器 8253 的 通 道 0 来 实 现 。 定 时 采 用 硬 件 计 数 和 软 件 技 术相 结 合 的 方 式 ， 即 通 过 8253 产 生 一 定 的 定 时 时 间 ， 然 后 再 利 用 软 件 进 行 计 数 ， 从 而实 现 24 小 时 制 定 时 。 8253 定 时 时 间 到 了 之 后 产 生 中 断 信 号 ， 8253 在 中 断 服 务 程 序中 实 现 时 、 分 、 秒 的 累 加 。时 间 显 示 采 用 实 验 平 台 上 的 6 个 LED 数 码 管 分 别 显 示 时 、 分 、 秒 ， 采 用 动 态 扫描 方 式 实 现 。校 时 和 闹 铃 定 时 通 过 键 盘 电 路 和 单 脉 冲 产 生 单 元 来 输 入 。 按 键 包 括 校 时 键 、 闹钟 定 时 键 、 加 1 键 和 减 1 键 等 。报 警 声 响 用 蜂 鸣 器 产 生 ， 将 蜂 鸣 器 接 到 8255 的 一 个 端 口 ， 通 过 输 出 电 平 的 高 低来 控 制 蜂 鸣 器 的 发 声 。系 统 硬 件 设 计 主 要 利 用 微 机 实 验 平 台 上 的 电 路 模 块 。 硬 件 电 路 主 要 由 键 盘 电 路 、单 脉 冲 产 生 单 元 、 8253 定 时 计 数 器 、 8255 并 行 接 口 单 元 、 8259 中 断 控 制 器 、 LED显 示 电 路 和 蜂 鸣 器 电 路 等 等 。 系 统 的 硬 件 电 路 设 计 框 图 如 图 1 所 示 。长江师范学院本科毕业设计·多功能数字时钟的设计第 3 页 共 42 页图 1.1 基于微机系统的数字时钟设计框图二、基于 VHDL 的数字时钟设计基 于 VHDL 语 言 ， 用 Top_Down 的 思 想 进 行 设 计 。用 CN6 无 进 位 六 进 制 计 数 器 选 择 数 码 管 的 亮 灭 以 及 对 应 的 数 ， 循 环 扫 描 显 示 ，用 SEL61 六 选 一 选 择 器 选 择 给 定 的 信 号 输 出 对 应 的 数 送 到 七 段 码 译 码 器 。 K4 模 块进 行 复 位 ， 设 置 小 时 和 分 ， 输 出 整 点 报 时 信 号 和 时 ， 分 ， 秒 信 号 。单 元 模 块 设 计 部 分对应的数模块 CN6信号选择模块 SEL61七段码译码器模块 DISP图 1.2 基 于 VHDL 数 字 时 钟 的 设 计 模 块单 元 模 块 设 计 部 分 分 三 个 部 分 ， 介 绍 数 字 钟 选 择 显 示 数 码 管 和 对 应 的 数 模 块CN6,信 号 选 择 模 块 SEL61,七 段 码 译 码 器 模 块 DISP 和 复 位 ， 秒 ， 分 ， 时 显 示 ， 设 置模 块 。三 、 基 于 单 片 机 数 字 时 钟 设 计长江师范学院本科毕业设计·多功能数字时钟的设计第 4 页 共 42 页基 于 单 片 机 的 数 字 时 钟 设 计 是 模 块 化 设 计 ， 以 单 片 机 做 主 控 制 模 块 ， 控 制 时 钟芯 片 、 温 度 传 感 器 芯 片 等 ， 又 将 数 据 控 制 输 出 到 显 示 模 块 。基 于 MCS-51 单 片 机 的 数 字 时 钟 系 统 具 有 显 示 准 确 、 直 观 、 易 于 调 整 等 特 点 。 单片 机 自 诞 生 以 来 给 全 世 界 人 类 的 生 活 和 工 作 起 到 了 剧 烈 的 变 化 ， 而 MCS-51 单 片 机是 我 国 使 用 最 早 、 最 易 掌 握 和 应 用 的 一 款 单 片 机 。 通 过 该 系 统 的 设 计 ， 对 单 片 机 的原 理 和 功 能 有 个 比 较 系 统 和 全 面 的 掌 握 ， 初 步 学 习 到 有 关 工 程 设 计 的 方 法 和 思 路 。这 样 以 后 的 就 业 面 会 更 加 宽 广 ， 也 可 以 满 足 当 今 社 会 对 单 片 机 开 发 人 才 的 大 量 需 求]5[。目 前 单 片 机 渗 透 到 我 们 生 活 的 各 个 领 域 ， 几 乎 很 难 找 到 哪 个 领 域 没 有 单 片 机 的踪 迹 。 导 弹 的 导 航 装 置 ， 飞 机 上 各 种 仪 表 的 控 制 ， 计 算 机 的 网 络 通 讯 与 数 据 传 输 ，工 业 自 动 化 过 程 的 实 时 控 制 和 数 据 处 理 ， 广 泛 使 用 的 各 种 智 能 IC 卡 ， 录 象 机 、 摄象 机 ， 以 及 程 控 玩 具 、 电 子 宠 物 等 等 ， 这 些 都 离 不 开 单 片 机 。 更 不 用 说 自 动 控 制 领域 的 机 器 人 、 智 能 仪 表 、 医 疗 器 械 了 。 因 此 ， 单 片 机 的 学 习 、 开 发 与 应 用 将 造 就 一批 计 算 机 应 用 与 智 能 化 控 制 的 科 学 家 、 工 程 师 。 单 片 机 在 多 功 能 数 字 钟 中 的 应 用 已是 非 常 普 遍 的 ， 人 们 对 数 字 钟 的 功 能 及 工 作 顺 序 都 非 常 熟 悉 。 但 是 却 很 少 知 道 它 的内 部 结 构 以 及 工 作 原 理 。 由 单 片 机 作 为 数 字 钟 的 核 心 控 制 器 ， 可 以 通 过 它 的 时 钟 信号 进 行 时 实 现 计 时 功 能 ， 将 其 时 间 数 据 经 单 片 机 输 出 ， 利 用 显 示 器 显 示 出 来 。 通 过键 盘 可 以 进 行 定 时 、 校 时 功 能 。 输 出 设 备 显 示 器 可 以 用 液 晶 显 示 技 术 和 数 码 管 显 示技 术 。1.3 课题研究目的和研究内容1.3.1 课题研究目的日常生活中人们离不开时钟。本文介绍是基于单片机的多功能数字时钟，在传统的时钟基础上它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点。随着电子产业的发展，时钟的数字化、多功能化已经成为现在时钟生产研究的主导设计方向。1.3.2 课题研究内容采用模块设计法完成多功能数字时钟的设计。基本功能是时钟显示，能准确显示“时” 、 “分” 、 “秒” ，并具有快速校准时、分、秒的功能。时钟显示同时具有实时温度显示。扩展功能有具整点报时功能以及闹钟功能。长江师范学院本科毕业设计·多功能数字时钟的设计第 5 页 共 42 页2 多功能数字时钟硬件设计基 于 单 片 机 的 多 功 能 数 字 时 钟 的 设 计 ， 单 片 机 芯 片 作 为 控 制 系 统 的 核 心 部 件 ，它 除 了 具 备 微 机 CPU 的 数 值 计 算 功 能 外 ， 还 具 有 灵 活 强 大 的 控 制 功 能 ， 以 便 实 时 检测 系 统 的 输 入 量 、 控 制 系 统 的 输 出 量 ， 实 现 自 动 控 制 。 在 本 次 设 计 中 采 用 单 片 机 技术 来 实 现 数 字 钟 的 功 能 。 方 案 的 设 计 可 以 从 以 下 几 个 方 面 来 确 定 。 微 处 理 器 的 选 择 ，AT89S51 是 2003 年 ATMEL 推 出 的 新 型 品 种 ， 除 了 完 全 兼 容 8051 外 ， 还 多 了 ISP 编程 和 看 门 狗 功 能 。 显 示 电 路 的 设 计 ， 随 着 科 技 的 发 展 ， 液 晶 显 示 的 使 用 越 来 越 方 便 ，已 被 普 遍 的 使 用 。 由 于 液 晶 显 示 与 驱 动 都 集 成 在 一 个 芯 片 上 ， 因 此 使 用 起 来 很 方 便 。在 这 里 采 用 液 晶 显 示 ； 校 时 和 定 时 电 路 的 设 计 ； 实 时 控 制 电 路 是 时 钟 电 路 的 一 个 重要 组 成 部 分 ， 采 用 的 是 一 个 时 钟 芯 片 ， 单 片 机 从 中 读 取 数 据 送 到 显 示 器 上 显 示 ， 从而 实 现 数 字 钟 的 功 能 ； 还 有 一 些 其 他 控 制 电 路 如 复 位 电 路 、 时 钟 电 路 等 。 通 过 这 些控 制 电 路 的 连 接 构 成 了 完 整 的 电 路 .按 照 系 统 设 计 功 能 的 要 求 ， 初 步 确 定 设 计 系 统 由 电 源 转 换 模 块 、 主 控 制 模 块 、时 钟 及 温 度 模 块 、 显 示 模 块 、 键 盘 接 口 模 块 共 5 个 模 块 组 成 ， 电 路 系 统 构 成 框 图 如图 2.1 所 示 ：电源模块DS130289C51主控制模块键扫描电路显示电路DS18B20图 2.1 电 路 系 统 构 成 框 图长江师范学院本科毕业设计·多功能数字时钟的设计第 6 页 共 42 页2.1 主控制模块在 本 次 设 计 中 采 用 单 片 机 技 术 来 实 现 数 字 钟 的 功 能 。 方 案 的 设 计 可 以 从 以 下 几个 方 面 来 确 定 。 微 处 理 器 的 选 择 ， AT89S51 是 2003 年 ATMEL 推 出 的 新 型 品 种 ， 除 了完 全 兼 容 8051 外 ， 还 多 了 ISP 编 程 和 看 门 狗 功 能 。 89C51 是 一 种 带 4K 字 节 闪 烁 可编 程 可 擦 除 只 读 存 储 器 （ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory） 的 低 电 压 ， 高 性 能 CMOS8 位 微 处 理 器 ， 俗 称 单 片 机 。 89C2051 是 一 种 带 2K字 节 闪 烁 可 编 程 可 擦 除 只 读 存 储 器 的 单 片 机 。 单 片 机 的 可 擦 除 只 读 存 储 器 可 以 反 复擦 除 100 次 。 该 器 件 采 用 ATMEL 高 密 度 非 易 失 存 储 器 制 造 技 术 制 造 ， 与 工 业 标 准 的MCS-51 指 令 集 和 输 出 管 脚 相 兼 容 。 由 于 将 多 功 能 8 位 CPU 和 闪 烁 存 储 器 组 合 在 单 个芯 片 中 ， ATMEL 的 89C51 是 一 种 高 效 微 控 制 器 ， 89C51 是 它 的 一 种 精 简 版 本 。 89C单 片 机 为 很 多 嵌 入 式 控 制 系 统 提 供 了 一 种 灵 活 性 高 且 价 廉 的 方 案 。2.1.1 AT89C51 单片机的特性概述主 要 特 性 ： 与 MCS-51 兼 容 4K 字 节 可 编 程 闪 烁 存 储 器 寿 命 ： 1000 写 /擦 循 环 数 据 保 留 时 间 ： 10 年 全 静 态 工 作 ： 0Hz-24Hz 三 级 程 序 存 储 器 锁 定 128*8 位 内 部 RAM 32 可 编 程 I/O 线 两 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 5 个 中 断 源 可 编 程 串 行 通 道 低 功 耗 的 闲 置 和 掉 电 模 式 片 内 振 荡 器 和 时 钟 电 路 长江师范学院本科毕业设计·多功能数字时钟的设计第 7 页 共 42 页图 2.2 AT89C51 引 脚 图2.1.2 AT89C51 管脚说明 VCC： 供 电 电 压 。 GND： 接 地 。 P0 口 ： P0 口 为 一 个 8 位 漏 级 开 路 双 向 I/O 口 ， 每 脚 可 吸 收 8TTL 门 电 流 。 当P1 口 的 管 脚 第 一 次 写 1 时 ， 被 定 义 为 高 阻 输 入 。 P0 能 够 用 于 外 部 程 序 数 据 存 储 器 ，它 可 以 被 定 义 为 数 据 /地 址 的 第 八 位 。 在 FIASH 编 程 时 ， P0 口 作 为 原 码 输 入 口 ， 当FIASH 进 行 校 验 时 ， P0 输 出 原 码 ， 此 时 P0 外 部 必 须 被 拉 高 。 P1 口 ： P1 口 是 一 个 内 部 提 供 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P1 口 缓 冲 器 能 接 收输 出 4TTL 门 电 流 。 P1 口 管 脚 写 入 1 后 ， 被 内 部 上 拉 为 高 ， 可 用 作 输 入 ， P1 口 被 外部 下 拉 为 低 电 平 时 ， 将 输 出 电 流 ， 这 是 由 于 内 部 上 拉 的 缘 故 。 在 FLASH 编 程 和 校 验时 ， P1 口 作 为 第 八 位 地 址 接 收 。 P2 口 ： P2 口 为 一 个 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P2 口 缓 冲 器 可 接 收 ， 输出 4 个 TTL 门 电 流 ， 当 P2 口 被 写 “1”时 ， 其 管 脚 被 内 部 上 拉 电 阻 拉 高 ， 且 作 为 输入 。 并 因 此 作 为 输 入 时 ， P2 口 的 管 脚 被 外 部 拉 低 ， 将 输 出 电 流 。 这 是 由 于 内 部 上 拉的 缘 故 。 P2 口 当 用 于 外 部 程 序 存 储 器 或 16 位 地 址 外 部 数 据 存 储 器 进 行 存 取 时 ， P2口 输 出 地 址 的 高 八 位 。 在 给 出 地 址 “1”时 ， 它 利 用 内 部 上 拉 优 势 ， 当 对 外 部 八 位 地址 数 据 存 储 器 进 行 读 写 时 ， P2 口 输 出 其 特 殊 功 能 寄 存 器 的 内 容 。 P2 口 在 FLASH 编程 和 校 验 时 接 收 高 八 位 地 址 信 号 和 控 制 信 号 。 长江师范学院本科毕业设计·多功能数字时钟的设计第 8 页 共 42 页P3 口 ： P3 口 管 脚 是 8 个 带 内 部 上 拉 电 阻 的 双 向 I/O 口 ， 可 接 收 输 出 4 个 TTL门 电 流 。 当 P3 口 写 入 “1”后 ， 它 们 被 内 部 上 拉 为 高 电 平 ， 并 用 作 输 入 。 作 为 输 入 ，由 于 外 部 下 拉 为 低 电 平 ， P3 口 将 输 出 电 流 （ ILL） 这 是 由 于 上 拉 的 缘 故 。 P3 口 也 可 作 为 AT89C51 的 一 些 特 殊 功 能 口 ， 如 下 表 所 示 ： 管 脚 备 选 功 能 P3.0 RXD（ 串 行 输 入 口 ） P3.1 TXD（ 串 行 输 出 口 ） P3.2 /INT0（ 外 部 中 断 0） P3.3 /INT1（ 外 部 中 断 1） P3.4 T0（ 记 时 器 0 外 部 输 入 ） P3.5 T1（ 记 时 器 1 外 部 输 入 ） P3.6 /WR（ 外 部 数 据 存 储 器 写 选 通 ） P3.7 /RD（ 外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 ） P3 口 同 时 为 闪 烁 编 程 和 编 程 校 验 接 收 一 些 控 制 信 号 。 RST： 复 位 输 入 。 当 振 荡 器 复 位 器 件 时 ， 要 保 持 RST 脚 两 个 机 器 周 期 的 高 电 平时 间 。 ALE/PROG： 当 访 问 外 部 存 储 器 时 ， 地 址 锁 存 允 许 的 输 出 电 平 用 于 锁 存 地 址 的 地位 字 节 。 在 FLASH 编 程 期 间 ， 此 引 脚 用 于 输 入 编 程 脉 冲 。 在 平 时 ， ALE 端 以 不 变 的频 率 周 期 输 出 正 脉 冲 信 号 ， 此 频 率 为 振 荡 器 频 率 的 1/6。 因 此 它 可 用 作 对 外 部 输 出的 脉 冲 或 用 于 定 时 目 的 。 然 而 要 注 意 的 是 ： 每 当 用 作 外 部 数 据 存 储 器 时 ， 将 跳 过 一个 ALE 脉 冲 。 如 想 禁 止 ALE 的 输 出 可 在 SFR8EH 地 址 上 置 0。 此 时 ， ALE 只 有 在 执行 MOVX， MOVC 指 令 是 ALE 才 起 作 用 。 另 外 ， 该 引 脚 被 略 微 拉 高 。 如 果 微 处 理 器 在 外部 执 行 状 态 ALE 禁 止 ， 置 位 无 效 。 /PSEN： 外 部 程 序 存 储 器 的 选 通 信 号 。 在 由 外 部 程 序 存 储 器 取 指 期 间 ， 每 个 机 器周 期 两 次 /PSEN 有 效 。 但 在 访 问 外 部 数 据 存 储 器 时 ， 这 两 次 有 效 的 /PSEN 信 号 将 不出 现 。 /EA/VPP： 当 /EA 保 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 外 部 程 序 存 储 器 （ 0000H-FFFFH） ，不 管 是 否 有 内 部 程 序 存 储 器 。 注 意 加 密 方 式 1 时 ， /EA 将 内 部 锁 定 为 RESET； 当 /EA端 保 持 高 电 平 时 ， 此 间 内 部 程 序 存 储 器 。 在 FLASH 编 程 期 间 ， 此 引 脚 也 用 于 施 加长江师范学院本科毕业设计·多功能数字时钟的设计第 9 页 共 42 页12V 编 程 电 源 （ VPP） 。 XTAL1： 反 向 振 荡 放 大 器 的 输 入 及 内 部 时 钟 工 作 电 路 的 输 入 。 XTAL2： 来 自 反 向 振 荡 器 的 输 出 ]8[。2.2 显示模块随着科技的发展，液晶显示的使用越来越方便，已被普遍的使用，所以本次设计采用液晶显示。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA 移动通信工具等众多领域。由于液晶显示与驱动都集成在一个芯片上，因此使用起来很方便。数字钟要显示现在的日历时间包括年、月、日、星期、时、分、秒，在这里采用 1602LCD 液晶显示。2.2.1 1602LCD 显示器的结构1 1602LCD 主 要 技 术 参 数显 示 容 量 为 16×2 个 字 符 ；芯 片 工 作 电 压 为 4.5～ 5.5V；工 作 电 流 为 2.0mA（ 5.0V） ；字 符 尺 寸 为 2.95×4.35（ W×H） mm。2 接 口 ， 信 号 说 明 1602LCD 采 用 标 准 的 16 引 脚 （ 带 背 光 ） 接 口编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明1 VSS 电源地 9 D2 Date I/O2 VDD 电源正极 10 D3 Date I/O3 VL 液晶显示偏压信号 11 D4 Date I/O4 RS 数据/命令选择端（V/L） 12 D5 Date I/O5 R/W 读/写选择端（H/L） 13 D6 Date I/O6 E 使能信号 14 D7 Date I/O7 D0 Date I/O 15 BLA 背光源正极8 D1 Date I/O 16 BLK 背光源负极长江师范学院本科毕业设计·多功能数字时钟的设计第 10 页 共 42 页图 2.3 1602 液晶接口引脚定义1、 2 组 电 源 一 组 是 模 块 的 电 源 一 组 是 背 光 板 的 电 源 均 为 5V 供 电 。2、 VL 是 调 节 对 比 度 的 引 脚 调 节 此 脚 上 的 电 压 可 以 改 变 黑 白 对 比 度3、 RS 是 很 多 液 晶 上 都 有 的 引 脚 是 命 令 /数 据 选 择 引 脚 该 脚 电 平 为 高 时 表 示将 进 行 数 据 操 作 ； 为 低 时 表 示 进 行 命 令 操 作 。4、 RW 也 是 很 多 液 晶 上 都 有 的 引 脚 是 读 写 选 择 端 该 脚 电 平 为 高 是 表 示 要 对 液晶 进 行 读 操 作 ； 为 低 时 表 示 要 进 行 写 操 作 。5、 E 同 样 很 多 液 晶 模 块 有 此 引 脚 通 常 在 总 线 上 信 号 稳 定 后 给 一 正 脉 冲 通 知 把数 据 读 走 ， 在 此 脚 为 高 电 平 的 时 候 总 线 不 允 许 变 化 。6、 D0—D7 8 位 双 向 并 行 总 线 ， 用 来 传 送 命 令 和 数 据 。7、 BLA 是 背 光 源 正 极 ， BLK 是 背 光 源 负 极 。]9[2.2.2 1602LCD 数据原理读状态 输入 RS=L，R/W=H，E=H 输出 D0～D7=状态字写指令 输入 RS=L，R/W=L，D0～D7=指令码，E=高脉冲输出 无读数据 输入 RS=H，R/W=H，E=H 输出 D0～D7=数据写数据 输入 RS=H，R/W=L，D0～D7=数据，E=高脉冲输出 无图 2.4 1602LCD 基本操作时序1602LCD 的 指 令 码 （ 命 令 码 ）此 液 晶 上 电 的 时 候 需 要 初 始 化 典 型 的 指 令 码 是 38H， 也 就 是 上 电 的 时 候 需 要 调 用 void write_cmd(unsigned char command)这 个 函 数 写 指 令 码 ， 用 法 是write_cmd(0x38);执 行 完 这 个 函 数 可 以 把 液 晶 初 始 化 成 16x2 显 示 5x7 的 点 阵 8 位 总 线 接 口 。 以 下 指 令 码 用 法 相 同 。此 液 晶 支 持 的 指 令 码 有指令码 功能0 0 1 1 1 0 0 0 设置 16×2 显示，5×7 点陈，8 位数据接口长江师范学院本科毕业设计·多功能数字时钟的设计第 11 页 共 42 页第 一 行 指 令 主 要 能 完 成 的 功 能 是 控 制 液 晶 显 示 否 ， 光 标 显 示 否 ， 光 标 闪 烁 否 。共 有 以 下 8 种 指 令0 0 0 0 1 0 0 0 08H 关液晶显示 光标不闪烁 不显示光标位置0 0 0 0 1 0 0 1 09H 关液晶显示 光标不闪烁 显示光标位置0 0 0 0 1 0 1 0 0AH 关液晶显示 光标不闪烁 不显示光标位置0 0 0 0 1 0 1 1 0BH 关液晶显示 光标不闪烁 显示光标位置0 0 0 0 1 1 0 0 0CH 开液晶显示 光标不闪烁 不显示光标位置0 0 0 0 1 1 0 1 0DH 开液晶显示 光标不闪烁 显示光标位置0 0 0 0 1 1 1 0 0EH 开液晶显示 光标不闪烁 不显示光标位置0 0 0 0 1 1 1 1 0FH 开液晶显示 光标不闪烁 显示光标位置第 二 行 指 令 主 要 能 完 成 的 功 能 是 写 完 字 符 光 标 或 屏 幕 移 动 方 向指令码 功能80H+地址码（0-27H，40H-67H） 设置数据地址指针2.2.3 显 示 模 块 的 数 据 连 接1602LCD 的 D0—D7 的 八 位 数 据 线 分 别 接 单 片 机 89C51 的 P0.0—P0.7。 RS 复 位 端 接 P2.0,EN 使 能 端 接 P2.2,读 、 写 信 号 端 接 P2.1图 2.5 显示模块的数据连接图长江师范学院本科毕业设计·多功能数字时钟的设计第 12 页 共 42 页2.3 时钟模块单 片 机 控 制 时 钟 模 块 ， 定 时 时 间 ， 它 通 常 有 两 种 实 现 方 法 ： 一 是 用 软 件 实 现 ，即 用 单 片 机 内 部 的 可 编 程 定 时 /计 数 器 来 实 现 ， 但 误 差 很 大 ， 主 要 用 在 对 时 间 精 度 要求 不 高 的 场 合 ； 二 是 用 专 门 的 时 钟 芯 片 实 现 ， 在 对 时 间 精 度 要 求 很 高 的 情 况 下 ， 通常 采 用 这 种 方 法 ， 典 型 的 时 钟 芯 片 有 ： DS1302， DS12887， X1203 等 都 可 以 满 足 高 精度 的 要 求 。 本 次 设 计 采 用 DS1302 芯 片2.3.1 DS1302 的性能特性1． 实 时 时 钟 ， 可 对 秒 、 分 、 时 、 日 、 周 、 月 以 及 带 闰 年 补 偿 的 年 进 行 计 数 ；2． 用 于 高 速 数 据 暂 存 的 31×8 位 RAM3． 最 少 引 脚 的 串 行 I/O；4． 2.5～ 5.5V 电 压 工 作 范 围 ；5． 用 于 时 钟 或 RAM 数 据 读 /写 的 单 字 节 或 多 字 节 （ 脉 冲 方 式 ） 数 据 传 送 方 式 ；6． 简 单 的 3 线 接 口7． 可 选 的 慢 速 充 电 （ 至 Vcc1） 的 能 力DS1302 时 钟 芯 片 包 括 实 时 时 钟 /日 历 和 31 字 节 的 静 态 RAM。 它 经 过 一 个 简 单 的串 行 接 口 与 微 处 理 器 通 信 。 实 时 时 钟 /日 历 提 供 秒 、 分 、 时 、 日 、 周 、 月 和 年 等 信 息 。对 于 小 于 31 天 的 月 和 月 末 的 日 期 自 动 进 行 调 整 ， 还 包 括 闰 年 校 正 的 功 能 。 时 钟 的 运行 可 以 采 用 24h 或 带 AM（ 上 午 ） /PM（ 下 午 ） 的 12h 格 式 。 采 用 三 线 接 口 与 CPU