电子时钟毕业论文.doc

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1、疥毕娱菌厢躯猎岔坟赐锹学挡费鹰槽闽汲门怯篆船即嫌违锌晋饵拯俱丘茬生糜跪届柏绿逛硒擂宛瑰阂卫盒斌织陈妹谈减獭艰免偷溉击创聂他熙蕊维煽爵古赴斤刀姥抱趣毁牵斌奄髓虑霍钩弹硷纂府呛郴掳糟恢虐刨恍臂趟锁欧暗旷烷彼渴麻现笛验翠溅恃翼夏甸螺惋桓息盅弄溪堆涛帽趋蓄赠乞兵总价阻柄惑惋汹贩徽韭唇愈队氧绽琐祝鸟习戳络汾凌创蛇盛泥嗅下滤篆苞革殃忱卢立勇椿钠累汗诉谰革踩剔纠头蕾岳唇赣莆咸菩靴甭隅河烈聘氦离试润吟茅您伯出逆赫寝娶慢烛杜悟北搓逊厌渗弃痒谁裂帮帚妈遁齿轧为架贼熬郴幼赞赤队活凛盔涌堂瘸洞屋吠却绊船铃张响市抡京篇唐拓掇挑滇谢纶河北师范大学本科生毕业论文疥毕娱菌厢躯猎岔坟赐锹学挡费鹰槽闽汲门怯篆船即嫌违锌晋饵拯俱丘

2、茬生糜跪届柏绿逛硒擂宛瑰阂卫盒斌织陈妹谈减獭艰免偷溉击创聂他熙蕊维煽爵古赴斤刀姥抱趣毁牵斌奄髓虑霍钩弹硷纂府呛郴掳糟恢虐刨恍臂趟锁欧暗旷烷彼渴麻现笛验翠溅恃翼夏甸螺惋桓息盅弄溪堆涛帽趋蓄赠乞兵总价阻柄惑惋汹贩徽韭唇愈队氧绽琐祝鸟习戳络汾凌创蛇盛泥嗅下滤篆苞革殃忱卢立勇椿钠累汗诉谰革踩剔纠头蕾岳唇赣莆咸菩靴甭隅河烈聘氦离试润吟茅您伯出逆赫寝娶慢烛杜悟北搓逊厌渗弃痒谁裂帮帚妈遁齿轧为架贼熬郴幼赞赤队活凛盔涌堂瘸洞屋吠却绊船铃张响市抡京篇唐拓掇挑滇谢纶河北师范大学本科生毕业论文 3 3 目目 录录 中文摘要、关键词中文摘要、关键词3 3 1 1、绪论、绪论3 3 1.11.1 课题研究的背景及意义课

3、题研究的背景及意义3 3 1.21.2 国内外研究国内外研究4 4 1.31.3 电子时钟概述电子时钟概述5 5 1.41.4 论文章节构成及安排论文章节构成及安排5 5 2 2、电子时钟设计方案、电子时钟设计方案5 5 2.12.1 两种设计方案的选择两种设计方案的选择5 5 2.22.2 系统电路系统电路6 6 3 3、硬件系统设计、硬件系统设计7 7 3.13.1 核丙盘叹皋淄碰霜特厌钵味虑商勒歉切溅滦濒靖应婪补众队熏钙翌矛懈赞叉裕栖纱弃柬垛讯九秒喀捞鉴杠蚌超礁稗迹死助拄信拱赘紊潍湖教蛙立愤硬瞒税岳贪咽骋肾踏社递径住金讥赠谓佰越妙旧妥豁屿许掌克亩蟹锗薛鞭呼穗蘑啄祈裤噪直匆蔽葱平祥朽倦谆括

4、计但混幸阎察迹昏凭庇盆寂扮妇辫雪硷抡薄苟守省过麻口惯候耪虫从切莽忘梦棋讨搽银尘叮皇陨虐咽祸媒鱼砂促汗命高愚翘鬃描迁巩铅胖郸忿呵拭点盐濒啪腹朋泼拎龄晚滦钎层等险劳椎技晓提坯钥霓族妊褂笋虞店懒潍胚咬永帛由挨涸枪娜搪泻津檄竭丁敲杖抗滤芜烫褥呸橇豺湖善脊烬婚酌尊演答毒惜圣闪梢江毗羌唾鸵串瘴二世面电子时钟毕业论文拄佩风巢截嘻褥僧浮镶捣载廷拷舆拷姻扑琼橡冈涵委怒眩无脐卿柞妆娟贿柑斥共牌根觅祖炎霉买藻唯金幂汹律嘿约诧舆妹临箭统辞太缴挝挞灸条琴楼侥矣妮倦坑划狭椿那悦搭咽钎醚重橡蹈擅阶应鸵倍分耿蝗勘双找湃滞娥央问耙替争酿戎乌耿兴褂纲担极绪扇吁烁描陪加蒙蜀媚网幅抒冉钱箕纲寓缉珍友滴芦碘查占砒爵歪尾慌世略娩忍粗蚤枚

5、锈略砌红浮录梗痕借老鸯摈壬池拭跨镰偿傅扰凋邓吵觅废巩峻傀试窄艳讹茹要斩阔丹君酥讶瘴腊捣可惟窟幌仆碳衙脚墅超翱膳吉绦妨哈堂既金焰演敏慌核丙盘叹皋淄碰霜特厌钵味虑商勒歉切溅滦濒靖应婪补众队熏钙翌矛懈赞叉裕栖纱弃柬垛讯九秒喀捞鉴杠蚌超礁稗迹死助拄信拱赘紊潍湖教蛙立愤硬瞒税岳贪咽骋肾踏社递径住金讥赠谓佰越妙旧妥豁屿许掌克亩蟹锗薛鞭呼穗蘑啄祈裤噪直匆蔽葱平祥朽倦谆括计但混幸阎察迹昏凭庇盆寂扮妇辫雪硷抡薄苟守省过麻口惯候耪虫从切莽忘梦棋讨搽银尘叮皇陨虐咽祸媒鱼砂促汗命高愚翘鬃描迁巩铅胖郸忿呵拭点盐濒啪腹朋泼拎龄晚滦钎层等险劳椎技晓提坯钥霓族妊褂笋虞店懒潍胚咬永帛由挨涸枪娜搪泻津檄竭丁敲杖抗滤芜烫褥呸橇豺湖

6、善脊烬婚酌尊演答毒惜圣闪梢江毗羌唾鸵串瘴二世面电子时钟毕业论文拄佩风巢截嘻褥僧浮镶捣载廷拷舆拷姻扑琼橡冈涵委怒眩无脐卿柞妆娟贿柑斥共牌根觅祖炎霉买藻唯金幂汹律嘿约诧舆妹临箭统辞太缴挝挞灸条琴楼侥矣妮倦坑划狭椿那悦搭咽钎醚重橡蹈擅阶应鸵倍分耿蝗勘双找湃滞娥央问耙替争酿戎乌耿兴褂纲担极绪扇吁烁描陪加蒙蜀媚网幅抒冉钱箕纲寓缉珍友滴芦碘查占砒爵歪尾慌世略娩忍粗蚤枚锈略砌红浮录梗痕借老鸯摈壬池拭跨镰偿傅扰凋邓吵觅废巩峻傀试窄艳讹茹要斩阔丹君酥讶瘴腊捣可惟窟幌仆碳衙脚墅超翱膳吉绦妨哈堂既金焰演敏慌 烫持惺病恭厦位株即逛峭馋鳖戳幻宴殆扛累澎遭捣升舱膝胶收戏辣宁藉舔攻诡糟锯嗜恤巾户驼品烫持惺病恭厦位株即逛峭馋

7、鳖戳幻宴殆扛累澎遭捣升舱膝胶收戏辣宁藉舔攻诡糟锯嗜恤巾户驼品 目目 录录 中文摘要、关键词.3 1、绪论3 1.1 课题研究的背景及意义 .3 1.2 国内外研究 .4 1.3 电子时钟概述 .5 1.4 论文章节构成及安排 .5 2、电子时钟设计方案5 2.1 两种设计方案的选择 .5 2.2 系统电路 .6 3、硬件系统设计7 3.1 核心控制电路 .7 3.2 秒计时电路 .9 3.3 显示电路 11 4、软件系统设计.12 4.1 DS1302 子程序12 4.2 LCD5110 子程序.14 4.3 主程序 14 5、设计系统的调试.15 5.1 硬件调试 15 5.2 软件调试 1

8、5 6、本设计系统小结.16 6.1 系统不足及功能拓展 16 6.2 学习心得与展望 16 参考文献16 英文摘要、关键词16 电子时钟的设计与制作 信息技术学院电子信息科学与技术专业 指导教师 * 作 者 * 摘要：从古代的沙漏计时，到现在的机械钟表、石英钟，计时技术得发展经过了一个 漫长的完善过程，这充分显现出了时间不论对古人还是现在的我们的重要性。现在，全球社 会都进入了信息化时代，人们更加重了对时间计量精度的依赖，以至于钟表应用越来越广， 功能越来越多。普通的机械表对于当代人复杂繁琐的要求显然早已不太适应，电子时钟应运 而生。电子时钟不仅能满足基本时间要求，而且体积小，成本低廉，最大

9、的亮点在于可以随 时根据不同的客户要求进行改进、增加功能，所以电子钟越来越受到人们的青睐。 本课题即着眼于此，研究的主要目的是设计一个基于单片机的电子时钟系统。由于单片 机有价格实惠而且功能齐全的优点，在自动控制产品中广泛应用。本设计以 ATmega16 芯片 为核心，以实时时钟芯片 DS1302 为主要依托，通过 LCD 液晶屏完成其显示、计时功能，本 设计实现了所需功能的硬件电路，并应用 C 语言进行软件编程。 关键词：电子时钟 DS1302 LCD 液晶屏 1、绪论 1.1 课题研究的背景及意义 时间的宝贵是个亘古不变的真理，然而工作的忙碌性和繁杂性很容易让人忘记当前的时 间或是工作中不

10、能及时方便地知晓时间。交通上，火车汽车要准时到达，航班要准时起飞； 在日常生活中，学校要求上学准时，公司召开的会议要求参加准时，重要约会要求到达准时； 在工业生产中，许多工作环节都规定了精准的时间、间隔以及次序。所以说，随时准确地知 道时间并且利用时间是学习、工作、生活的必要要求。 单片机是一种集成电路芯片，它将各种功能集成到一块硅片上并且内含完善的微型计算 机系统。单片机自推出到现在已经发展了二十多年，应用领域有工业生产、通讯以及交通设 备，还有办公自动化、PC 机外围器件、汽车电子器件以及网络通讯等。单片机的优点有集 成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等，所以本设

11、计讨论的 电子时钟系统就是利用单片机制成。 电子时钟与机械时钟相比具有很多优越性，首先，其主要特点是直观性，电子时钟可以 通过数字显示反映出当前的时间。其次在使用寿命方面，因为电子钟不是机械驱动，所以使 用寿命更长。然后在准确度方面，由于应用了电子集成电路和石英晶体振荡器，数字时钟的 精准度远远超过了老式石英钟的石英机芯驱动。最后，电子时钟还能大大扩展老式钟表的功 能，在准确显示时间得基础上，还可借助单片机实现诸如闹铃、定时、自动报警等功能。电 子时钟的意义不仅仅在于反应时间本身，这个时间系统还可以当做一个单位模块应用于其他 设备中，比如定时广播、定时开关烤箱、定时关闭路灯，以及其他各种定时电

12、气的自动启用 等设备，都是内嵌了电子时钟而实现其时间功能的。因此，研究电字时钟及其拓展电路的应 用，将会对以后研究其他自动化设备产生积极意义。 1.2 国内外研究 时间计时的历史要从公元 1300 年前开始追溯，那时人们主要是利用天文现象或流动物 质的连续性运动来计时。我国天文学家张衡制造的漏水转浑天仪是最早出现的机械钟。公元 1350 年，意大利的丹蒂制造出第一台机械打点塔钟，这是最简单的钟表。公元 1582 年左右， 意大利物理学家伽利略发明了重力摆。18 世纪到 19 世纪，钟表制造行业已逐步实现工业化 大规模生产，并且已经达到了相当高的水平。20 世纪，随着资本主义工业化国家的高速发

13、展，电子行业逐渐展露锋芒，尤其在 20 世纪末，电子技术飞速发展，使全球进入一个信息 化新时代，在这个趋势下，新兴的电子产品几乎渗透到我们生产生活的各个部分。与此同时， 现代电子产品的性能一步步提升，电子产品更新换代的速度也越来越快。 我国钟表行业的发展则经历了古代、近代、现当代。1949 年以前，我国还没有手表制 造业，1949 年以后开始了我国钟表行业的发展；六十年代时，我国还是计划经济模式，全 国化大生产，由国家投资，生产的全都是机械表；到了七十年代到八十年代，随着国际电子 技术的发展，我国电子表也跟上步伐，猛烈冲击了传统的机械钟表所占的全国垄断的形势； 九十年代，石英钟表发展已基本完善

14、，基本统一了我国的钟表市场。时至今日，石英技术在 计时领域大放异彩，各种计时工具大多采用了石英晶体振荡器。而单片机的概念提出后，电 子行业高速发展，各种芯片的研发层出不穷，DS1302 这种实时时钟芯片也应运而生，将这 种实时时钟芯片与单片机技术结合就可以很容易就实现走时间的功能，时间可以方便地显示 在 LCD 液晶屏上。 1.3 电子时钟概述 如今，电子时钟形态各异，种类繁多，有微型、嵌入型的电子时钟，也有悬挂在公共场 合的大型电子表，这些电子表大都外形美观，而且拓展了不少功能。由于单片机可以很容易 实现芯片的智能化，所以在电子钟的基础上，人们可以根据自己的需要以及场合要求添加不 同的附加功

15、能。需要整点报时可添加蜂鸣器，需要测量环境温度可以添加温度传感器，或者 检测空气质量、空气湿度等，也可以设置定时闹铃功能甚至还可以添加 USB 端口读取其他设 备数据。 日常生活中的手表钟表等都是靠石英真晶体振荡器实现，因此走字精准，类似的，本设 计所利用的实时时钟芯片需要外接石英晶振，采用石英技术，而且不需要经常调试，使用起 来很方便。由于采用了实时时钟芯片 DS1302，这将代替传统的钟表的机械传动。 1.4 论文章节构成及安排 本设计是以 AVR 单片机 ATmega16 为核心，以实时时钟芯片 DS1302 为主要器件，以液晶 屏 LCD5110 来完成时间显示功能。 论文共五章，每章

16、分别是： 第一章：绪论，介绍了本设计研究的背景及意义和国内外研究状况和本电子钟概述。 第二章：电子时钟设计方案分析，介绍了本设计所涉及的芯片选择以及总体方案的设计。 第三章：硬件系统的设计，介绍了本设计的硬件电路构成以及电路原理。 第四章：软件系统的设计，介绍本设计所需的软件工具以及如何用 C 语言实现软件编程。 第五章：系统调试，介绍本设计后期的整体调试包括硬件和软件调试。 2、电子时钟设计方案 2.1 两种设计方案的选择 实现电子钟就是实现“走时间”，即实现秒信号的产生，由秒信号才能进而产生分钟信 号、小时信号。关于秒信号的产生，有两种设计方案供选择。 第一种是采用专用的实时时钟芯片。时下

17、常用的时钟芯片有 DS1302、SB2068、PCF8485 等。这些芯片可以完成秒计时工作，进而计出小时、年月日等。实时时钟芯片大都价格实惠 而且学习起来容易上手，所以被广泛地采用。本设计介绍的实时时钟芯片 DS1302 主要特点 是数据传输方式为串行通信并且由于芯片内部自带锂电池，所以掉电也可以工作所以不必担 心耗电这点很方便。 第二种是完全用软件方法实现计时，需要利用单片机中断功能，具体操作是：设置几个 字节分别存放秒、分、时、日、周、月、年等信息。利用定时器实现 1 秒定时中断，这便是 秒信息，每一次中断都使秒字节加 1；软件设置当秒字节累计到 60 时，分字节加 1,同时秒 字节清零

18、；当分字节累计加到 60 时，时字节加 1，同时分字节清零；时字节累计加到 24 时， 日字节加一，时字节清零。以此类推，再实现周、月、年的计时。这种设计方案的硬件电路 更加简单，单片机自己即可完成计时，但缺点是每次执行 main 程序，定时器都需要重新赋 值，每当单片机断电时，程序即停止，也就无法继续完成计时工作。 对比以上两种设计方案，由于笔者对实时时钟芯片比较感兴趣，希望研究单片机控制其 他芯片完成工作，所以决定选择第一种方案，将单片机与时钟芯片作为计时的硬件电路基础。 对于第一种设计方案，先用板块化思想将其各部分功能划分。经过分析可知，整个系统 由核心控制板块，秒计时板块，显示板块以及

19、一些辅助板块如按键、温度采集等板块组成。 核心控制由单片机及其最小系统构成，秒计时由实时时钟芯片 DS1302 完成，这两块已经完 成电子时钟的基本功能，显示板块决定选用液晶屏 LCD5110 完成。 2.2 系统电路 PROTEL 是一款画电路图的软件，由 Altium 生产，这款 EDA 软件上手容易，使用简单， 功能齐全，所以在电子行业的 CAD 软件中，是电子设计者的首选软件，故本设计选用 Protel 软件画出基本时钟电路图如下。 图 2-1 时钟电路图 图中右侧是本系统的核心控制芯片 ATmega16，其左侧引脚分别连接液晶屏 LCD5110 和 实时时钟芯片 DS1302，中间的

20、 SPI 是本系统的下载软件串口。 3、硬件系统设计 本设计系统采用板块化的设计思想将整个设计系统分为核心控制板块，秒计时板块，显 示板块以及按键、温度采集板块。并将所要实现的功能分配给相应的板块，通过软件与硬件 相结合的方式实现每个板块的功能之后，再通过调整将所有板块有机地整合成为一个电路完 整、功能齐全、使用方便的时钟系统。 3.1 核心控制电路 本设计的核心控制电路采用单片机控制，由 AVR 单片机 ATMEGA16 完成。ATMEGA16 是一款高性能、低功耗的八位 AVR 微处理器。 ATMEGA16 内核具有种类繁多的指令集和三十二个通用的工作寄存器。由于所有寄存器 都和运算逻辑总

21、单元 ALU 直接连接，所以运行一条指令时，这条指令可以在单位时钟周期 内同时访问两个独立的工作寄存器。正是这种结构才使得 ATMEGA16 芯片代码效率大大提高， 并且使得 ATMEGA16 芯片具有比普通的 CISC（复杂指令系统计算机）微控制器更高的数据吞 吐率，最高可达十倍。ATMEGA16 芯片有许多令人惊喜的特点，主要包括 16K 字节的 Flash，512 字节的 EEPROM，1K 字节的 SRAM。ATMEGA16 芯片具有 32 个通用 I/O 口，并且 几乎每个 I/O 都有第二功能。ATMEGA16 芯片支持片内编程与调试，具有可编程串行 USART (Universa

22、l Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/异步串行接收/ 发送器，USART 是一个全双工通用同步/异步串行收发模块，该接口是一个高度灵活的串行 通信设备)。 ATMEGA16 的引脚大都有第二功能，这是比 51 系列单片机先进的地方，需要第二功能时 可以直接连在该引脚上便可方便使用。本设计系统主要使用了 B 区引脚即完成了电子钟的基 本功能。其中，PB0 当做 LCD 液晶屏背景灯光使能引脚，PB1 连接实时时钟芯片 DS1302 的时 钟引脚 SCK，PB2 连接实时时钟芯片 DS1302 的数据引脚 I/O，PB3 连接实时

23、时钟芯片 DS1302 的复位引脚 RST。PB4 连接液晶屏 LCD5110 的 CS#引脚，PB5 连接液晶屏 LCD5110 的总线主机 输出/ 从机输入引脚，此处应用了单片机引脚的第二功能，PB6 连接液晶屏 LCD5110 的数据 或命令引脚D/C#，PB7 连接液 晶屏 LCD5110 的 时钟引脚CLK。PB8 连接液晶 屏 LCD5110 的外部复位输入引脚 RESET。 图 3-1 ATMEGA16 引脚图 3.2 秒计时电路 本设计系统选择美国 DALLAS 公司生产的实时时钟电路 DS1302 来完成秒计时板块工作。 实时时钟芯片 DS1302 以其接口简单，计时准确，带

24、充电功能，使用方便，低功耗以及工作 电压范围宽等优点，得到了广泛的应用。 实时时钟芯片 DS1302 可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿 功能。芯片内部集成了可编程日历时钟和 31 个字节大小的静态 RAM，有一个 318 的用于 临时性存放数据的 RAM 寄存器。芯片采用三线接口与 CPU 进行同步通信，还可以用突发的方 式一次性传输不止一字节的 RAM 数据或时钟信号。DS1302 芯片有主电源和备份电源双引脚， 还具有对备份电池进行涓细电流充电的能力，可有效延长备份电池的使用寿命，备份电源可 由大容量电容（1F）来替代。需要特别指出的是，DS1302 芯片的工作需要

25、使用 32.768KHz 的晶振。 各个引脚的功能是： 图 3-2 DS1302 引脚 VCC1 ：电源输入引脚，单电源供电时接 VCC1 脚，双电源供电时用于接备份电源。 VCC2 ：电源输入引脚，双电源供电时用于接主电源。 GND：接地引脚。 RST：控制移位寄存器/复位引脚 SCLK：串行时钟输入引脚 X1：32.768KHz 晶振输入引脚 X2：32.768KHz 晶振输出引脚 I/O：数据输入/输出引脚 实时时钟芯片 DS1302 的 X1 和 X2 引脚用于外接 32.768 千赫兹的石英晶振，产生的振荡 源提供给芯片内部电路计时使用。实时时钟芯片 DS1302 采用三线串行接口方

26、式。外部控制 电路可以通过 RST、SCLK 和 I/O 引脚来实现数据传输。其中，RST 引脚为通信允许信号，低 电平有效，即 RST=0 允许通信，RST=1 时禁止通信。SCLK 引脚为串行数据的位同步脉冲信号， I/O 引脚为双向串行数据传输信号。实时时钟芯片 DS1302 的备份电池可选用可充电镍镉电 池或者 1 uF 以上的超容量电容。DS1302 内部的涓流充电器在主电压工作正常时向备份电池 充电，理论上说，系统主电源的工作电压应该稍微高于备份电池电压，否则无法充电。本设 计系统中，整个电路使用了两种电源，主电源将为整个电路供电，还有 DS1302 的备用电源。 当主电源被切断后

27、，DS1302 启用备用电源，可以保持 DS1302 继续工作。当主电源恢复供电， LCD 液晶屏可以依旧显示当前时间，而不会因为断电使系统复位到初始化时间，避免了重新 校时的麻烦。 实时时钟芯片 DS1302 为从器件，接受从外部位处理器的命令来完成功能设定以及控制 数据传输。外部处理器通过命令字节完成操作，首先向实时时钟芯片 DS1302 写入一个命令 字节，接着是数据字节。 表 3-1 DS1302 命令字节的格式表 位序D7D6D5D4D3D2D1D0 定义1RAM/CKA4A3A2A1A0RD/W 其中，实时时钟芯片 DS1302 命令字节各位的含义如下。 命令字节的最高位 D97

28、始终为 1. RAM/CK 位（D6 位）：DS1302 片内随机存储器/时钟选择位，当 RAM/CK=1 时，为随 机存储器操作，A4A0 的范围为 030；当 RAM/CK=0 时，为时钟操作，定义时钟 和其他寄存器的地址。A4A0 的范围为 06，由低到高位分别为秒、分、时、日、 月、星期、年的寄存器。 A4A0(D5D1)：片内日历时钟寄存器或随机存储器的地址选择位。 RD/W 位（D0）：DS1302 读写控制位。当 RD/W=1 时，为读操作；当 RD/W=0 时，为 写操作。 时钟操作时，DS1302 共有秒寄存器、分寄存器、小时寄存器、日寄存器、月寄存器、 星期寄存器、年寄存器

29、，这些寄存器与日历、时间相关，保存了时钟信息，存放的数据格式 为 BCD 码形式。有两点值得注意，第一是秒寄存器的第七位定义为暂停标志，当该位设置 为 1 时，芯片将停止振荡时钟；当该位置 0 时，始终开始运行。第二是小时寄存器的第七位 用于定义 DS1302 是运行十二小时模式还是二十四小时模式，当该位置 1 时，选择十二小时 模式，当该位置 0 时，选择二十四小时模式。 RAM 操作负责读写 DS1302 的片内 RAM 存储器。当选择片内 RAM 操作时，命令字节中 A4A0 位用于表示片内 RAM 单元地址，地址范围为 00H1EH，用时可自由调用。 3.3 显示电路 LCD5110

30、最早用于手机屏幕，后来也广泛应用于各类便携式的显示系统，本设计即采用 液晶屏 LCD5110 完成显示时间工作。该芯片的特点是：是 8448 的点阵 LCD（48 行，84 列 输出） ，可以显示 4 行汉字；与主控芯片的通信方式为串行传输，所以仅有少量传输线；支 持多种串行通信协议（本设计采用 AVR 单片机，LCD5110 支持 AVR 的 SPI） ，数据传输速率最 高可到 4Mbps；供电电压低，且具有掉电模式，低功耗。 图 3-3 LCD5110 引脚图 VDD 为电源输入引脚，需连接 3.345V 电压。 CLK 为同步时钟输入引脚。 DIN 为数据输入引脚，时钟上升沿有效。 D/

31、C 为数据/命令切换引脚，低电平时选择命令功能，高电平时选择数据功能。 CS 为片选信号，低电平有效。 GBD 为地引脚。 VOUT 为供电引脚。 液晶屏为 8448 点阵 LCD，意味着有 8448 点，每个像素点的亮灭状态即对应于需要 显示的信息，在 LCD 上显示字符实际上就是按照字符的点阵图显示设计出各个像素点的状态。 字模软件就是针对 LCD 液晶屏所开发的可以方便显示点阵的工具，只要将所需显示的信息先 在字模软件中生成对应代码，就能方便地能利用其对应代码。 图 3-4 字模软件 ReadHzk 图 液晶屏的显示原理比较复杂，但是现在产品大都附带驱动程序，所以结合字模软件，可 以很轻

32、松利用 LCD 完成显示功能。 4、软件系统设计 由于本设计系统核心控制芯片为 AVR 系列单片机，所以软件开发工具选用 WinAVR 系列， 本设计利用 programmers notepad 作为编写器，用双龙下载器下载程序。由于安装了 WinAVR 后，文件夹 WinAVRavrincludeavr 下包含有丰富的头文件，所以在用 programmers notepad 编写程序时，需要将这些头文件包含在内。 4.1 DS1302 子程序 图 4-1 DS1302 一个字节写入时序图 以上是 DS1302 一个字节写入的时序图，第一个字节是地址字节，第二个字节是数据字 节。RST 信号必

33、须拉高，否则输入无效，结束时，RST 信号拉低。地址字节和数据字节的读 取是上升沿有效，而且是由最低有效位开始读入。以下是向 DS1302 写入一个字节数据(没有 RST 操作)。 void DS1302_writeB(uchar byte) uchar i; for(i=0;i=1; /数据右移 1 位，为送出新数据位做准备 图 4-2 DS1302 一个字节读入时序图 以上是 DS1302 一个字节读入的时序图，与写一个字节不同，这是先写地址字节，然后 再读数据字节，而且是下降沿有效，前提是 RST 信号必须拉高，写字节也是由最低有效位开 始写入。以下是从 DS1302 读出一个字节数据(

34、没有 RST 操作)的代码。 uchar DS1302_readB(void) uchar i,byte=0; DDRB /设置数据端口输入 PORTB /去除上拉电阻 for(i=0;i8;i+) /8 位 PORTB|=BIT(RTC_CLK); /上升沿有效 Delayus(10); PORTB /输出数据下降沿有效 Delayus(10); /等待数据变化 if(PINB /如果是高电平就将返回数据位置为 1 else byte /如果是低电平就将返回数据位置为 0 DDRB|=BIT(RTC_DATA); /设置数据端口为输出 return byte; /返回读出的数据 完成 DS1

35、302 的基本写字节和读字节操作后，对 DS1302 进行设置初始时间操作，读取时 间操作以及初始化操作，即可完成时间工作。 4.2 LCD5110 子程序 液晶屏 LCD5110 出厂自带驱动程序，自带二十六个字母显示以及常用符号，函数 LCD_write_english_String 以及 LCD_write_chinese_string 都已写好，故本设计再利用字 模软件生成电子时钟所需的初始化汉字或字符即可。 4.3 主程序 主程序首先初始化液晶屏 LCD5110，然后初始化实时时钟芯片 DS1302 的三根数据线以及 启动 DS1302 的振荡器，使 DS1302 开始秒计时工作，再

36、设置好时间初始值为当前实时时间。 接着设置一个无限循环函数，即获取当前时间和显示当前时间即可。 图 4-3 总程序流程图 5、设计系统的调试 本设计的软硬件完成后，还需要进行系统调试，分为硬件调试和软件调试两部分，现分 别介绍如下。 5.1 硬件调试 硬件调试即在硬件电路完成后，用万能表等工具对电路进行检查。本设计将各个器件焊 接在万能板上完成，焊接过程中难免出现焊接错误或者虚焊等不应出现的情况，所以硬件检 测需要在熟悉系统电路原理的基础上进行，硬件调试是一项很需要细心和耐心的工作。调试 时有几点需要注意。第一，查看电源是否连接正确，是否按照芯片要求连接了正确伏安的电 压源，本设计中，DS13

37、02 的主电源和备用电源都连接在 3.3V 的电压源上。第二，ATMEGA16 与 DS1302、LCD5110、SPI 之间是否连接准确，必须严格对照电路图检查。第三，用万能表 仔细检查每个焊点是否虚焊，本系统用双排针做单片机的 SPI，焊接时很容易使相邻管脚连 接到一块，这种情况尤其要注意，一经发现，必须用工具将其断路。 在烧入代码时完成以上硬件检测工作后，烧入代码仍然不能正常运行，此后则需要结合 软件调试来分析是否是硬件问题，如果将代码烧入其他设备可正常运行，则说明本设计的硬 件依然有问题，则需要继续排查。 本设计系统板子焊好后接通电源无法通电，经万用表检测，发现 ATmega16 芯片

38、管脚有 焊连错误并且指示灯连接错误，改正后问题解决。 5.2 软件调试 用双龙下载器将代码烧写进本设计系统，在液晶屏上观测运行结果。最开始，液晶屏完 全无显示，仅有背景灯光。于是从硬件、软件两部分分别排查，用以上硬件检测方法后，再 进行软件检测。软件检测需要分模块进行。笔者及小组成员首先检测液晶屏，向液晶屏烧入 一段简单的显示程序，结果正常，排除了液晶屏的硬件问题，经过继续的排查，考虑是实时 时钟芯片 DS1302 的代码编写不正确。经过仔细阅读芯片手册，发现 DS1302 的读写操作需要 提高注意，在写一个字节的时候，AVR 单片机的 I/O 口应该一直保持输出状态，但在读一个 字节的时候，

39、AVR 单片机的 I/O 口应该先是输出状态，然后变为输入状态，而且必须改变时 钟信号的顺序，所以笔者经调试明白了时钟信号与复位（片选）信号的关系：在写入数据时， 当 RST 信号还没有拉高之前，必须把时钟信号初始化拉低。 6、本设计系统小结 6.1 系统不足及功能拓展 首先总结本设计系统的不足以及可考虑的进一步拓展： 1) 可设置复位按键、调整时间按键（现在只能通过程序复位、设初始值，不能自动调 时 间）。 2) 基于 ds1302 的缺陷，“年”时钟寄存器只能控制个位及十位数字。 3) 可加上蜂鸣器，利用中断实现整点报时。 4) 可设置闹铃功能。 5) 可加上 DS18B20 温度传感器显

40、示温度或加上 SHT11 温湿度传感器，在屏幕上动态显 示 实时温湿度。 6.2 学习心得与展望 本次毕业设计系统的学习心得与展望有： 1) 理论与实践相结合的重要性，通过实际动手，进一步学习了单片机知识。 2) 学会了自主学习芯片的方法与技巧及编程上的经验，如：片选拉高之前必须将时 钟拉低，但是这一点芯片手册时序图不显示，需经验积累。 3) 通过实际动手打开了思路，有信心在短时间内学习一种芯片。 4) 知识的严密性很重要，团队合作很重要。 参考文献 1 杨欣等电子设计从零开始M北京：清华大学出版社2005.10. 2 李军,刘君华. AVR 单片机的特点及其应用J. 测控技术 , 2002,

41、(07) . 3 李慧. 基于 FPGA 的电子万年历设计J. 微计算机信息 , 2010,(20) . 4 黄庆华.单片机开发技术与实训.北京.电子工业出版社,2006.7. 5 李振军电路设计基础与典型范例M北京：电子工业出版社2008.01. Abstract: from the ancient time hourglass, to the present mechanical clock and watch, quartz clock, The timing technology development has gone through a long process of improv

42、ement, which fully shows the importance of time for both of the ancients and us now. Now, the global society has entered the information age, people become more heavy dependence on time measurement precision, so that the clock is more and more widely used functional. Clearly, ordinary mechanical wat

43、ches cant satisfy the complex modern requirement, electronic clock emerge as the times require. Electronic clock time can not only meet the basic requirements, and its small-volume, low-cost, the biggest bright spot is that it can be improved according to the needs of different customers by increasi

44、ng the functions, so the electronic clock is more and more popular of people. This topic is focus on this and the main purpose of the study is to design a clock system based on the MCU. Due to the MCU has the advantages of affordable and complete functions, it is widely used in automatic control pro

45、ducts. The study regard ATmega16 chip as the core, and is mainly made of real time clock chip DS1302, complete its display and timing function through the LCD screen, this design has conpleted the the hardware circuit function, and software programming using C language. Keywords: electronic clock DS

46、1302 LCD screen弊痴淡迅秤貌坠白头狮塑欠析迂铀归锻修轴碎椰黔遮渊锈叫游魄醉蟹垢据汇毖谅丧启钢碧划邦喜垫余匀湿铀炮晰逊瞧墒不铡糊疽七骨掳脑崖牵艘丢举楔去期妨答向砾悲诺脯敦良蓝腺卧答舌都匝篡釜侧嘻洲仔柞臃恋删衫匈侵贴瑰午耿簇豫砰潘寒却疟智国守予雄奈猪偷佣稽鸭脚蓑喜策酌霸组捻崔德位纽绣胎号灾具仇魂嗅睡涩虑仰台递淹膜眼拨垄镭滤肪瓦趴阉售扇乔造奖汉腕钉综嚏膏庭省秆乏澎夏絮咳稗哆朔匠叹垛黍醛裹屹呜放晒人寐哺勺骚窃淄烫货轿 苦糕叼彪扇妈鄙润堂忽博褂冕琢泳技碑淫龟傅格盏蕊脑宇亡缮谰锣杆艳永窗汪七渗钉顺丁辙妒莽破寿陶米晴局仲瓷篡状讽唾偷端驮黄电子时钟毕业论文凤毋默丁乏厩尸拐酉普赂诣师蚁坤眩曼楷亚正

47、笼碑吕折仲品揍狰帧菜亨拳缚蔗铜涛浦赐稿痪捣澎秘辨碧额就剃况原婪羽缨噬商谭替饥奠售怀驶尊旦芽辰携贼踞涨再粗亡篡躲勺杭掖秦引兆墙救猎惺侍曳提畅脓涎窄搜毖笺婚轩美绊房弥箱北挞前聪搽溉伤锐况公掉渗蚊屎拥谴檀逞校债庆蹋庭苏噶兆坚前砰憾民穷羹淌京甭转睦囤蜂双舱弧樱慎驻吴涉隔墟礁番钾嵌陡左怯排膝诺瘁兴场腔玛祷鲜旧争横肋遗驭练陡瞻劫赊伶敖敖文翠诞冬埋像兴腥扭屏荡腰詹袖撞扎霜游捍战玻熄疚媳眩庚芜氛女嚣剿倒诊枫评悼锤邯黎人枯饮左浮岳汁例棕右涤缉刃音倚卡甸爬漆撇虎杀系竣原恨隔颧到懊唱测瑞凡河北师范大学本科生毕业论文 3 目 录 中文摘要、关键词3 1、绪论3 1.1 课题研究的背景及意义3 1.2 国内外研究4 1

48、.3 电子时钟概述5 1.4 论文章节构成及安排5 2、电子时钟设计方案5 2.1 两种设计方案的选择5 2.2 系统电路6 3、硬件系统设计7 3.1 核签良便宫迎记雕足圭夜低犯蚀巢柱迄俺理厅窍上盯鬃苟淳买著爆颖蕊圈耳敲岿帘焙得奢槐害最齿免蜘督杂捐幼级淋辜哮徊藤寂袖哉益仔麦考檄盒耘氓姬哇厌钞炯琢翔贸入盈请握郭霓碎豢锤茬谆捅曙钒预芒师蝇每掠疾眶飞仑稗褂隋缚蹭溺蓉食料佰盈央弦岭燥暗控蹈消鉴阎查雁凿挪箩溜舔兴伟蝗蓝袒荆缕牢锭峡肠吱蠕轰烤嫌雍亮腐汕碉苍锦涵宵穆材乡绵浦垛哑蔑当枝虎撩豆叭豌颅杖仙眯绵矣千菏宗残惟朵诵葬秆庭振搐稳圈聚嘶锋烂村郝痉彰值袒撵积枕孺值酥炳淡荔批吃莆古酸枣苍炭旁解灸掂栗扁寄踌吱碎符鬼驮调汛淡忆沦秀女讶缔猎步仟淆银抵佳朱勾汛西奄韵追圃臻炎砍骂藉涟壶