1、与硬件接口等的配置，包括电源、单片机最小系统、时钟产生电路、温度传感器模块、键盘控制模块、显示模块。 3、了解利用Protel 99绘制整个系统的电路原理图的绘制和对应的PCB板的布线设计。4、 绘制整个系统的结构框图。5、撰写毕业设计说明书，外文资料及相应的中文翻译。学 生 （签 字）： 系主任（签字）：指导教师（签字）： 院 长 （签字）：摘要本文介绍了多功能数字钟的系统设计。系统具有时间设置及显示、温度显示等功能。系统以 AT89C51为核心，主要进行基于AT89C51低功耗MCU的字符型电子时钟及其系统的研究。整个系统利用51系列单片机AT89C51为控制核心，结合高精度计时的时钟日历
2、芯片DS1302和数字温度传感器DS18B20，用看门狗芯片MAX813L作为上电复位电路及死机自动复位电路，用四个按键复合使用来对其进行时钟校时、周数设置显示部分用CD4511驱动进行译码驱动，用片选扫描的方式对其进行扫描，从而使数码管得以高亮度显示。计算机软件编程主要实现参数设置、串行口数据接收、指令发送以及数据的显示和存储，采用Visual Basic语言编程。单片机软件编程主要实现键盘、数码管显示、温度检测等各模块的功能，采用C语言编程。本次设计针对大学校园的普遍需求，设计了功能齐全实用、周数可显示的多功能电子时钟。本多功能电子校历性能可靠，走时误差每月小于一秒，具有可靠性和推广应用价
3、值。关键词：单片机；数字钟；温度检测；DS1302；DS18B20AbstractThis paper describes the design of a multi-functiond digital clock system.It as displaying and setting time for clock and alarm,this system has other special features such as temperature measurement and data protection at power faillure.The core part of the s
4、ystem is based on a king of advanced MCU,AT89C51,this system mainly carries on low power consume MCU the character list type the research of the digital clock and its system according to the AT89C51. The entire system uses 51 SCM AT89C51 for the control of the core, the combination of high-precision
5、 clock time and calendar chip DS1302 digital temperature sensor DS18B20, with chip MAX813L as a watchdog on power-on reset circuit and crashes automatically reset circuit, with only three buttons To the use of their school clock, set up a few weeks show that part of a drive by decoding CD4511 driven
6、 by election-scan scan them the way, so that the digital display to high-brightnessThe system software design includes a single slice a plait distance with two parts of machine calculator.The calculator software plait distance mainly carries out a parameter constitution,string to go a peoples data t
7、o receive,the instruction send out and data of manifestation with saving, the adoption VisualBasic language plait distance. Single slice machine software plait distance,LED manifestation,temperature examination each mold of etc. Piece, adoption the C language plait distance.This design aims at the g
8、eneral needs of university campus.its a multi-functional electronic clock of fully functional and practical and can show the weeks. This multi-functional performance of the electronic school calendar is very reliable, walking error of less than one second per month, high reliability and promote the
9、use of valueKey words: Single slice machine；digital clock；temperature displaying； DS18B20摘要 IAbstract II1 绪论 11.1 课程研究意义 11.2 课程的内容和目的 12 单片机的简介 2 2.1 单片机的发展阶段 22.2 单片机的六大部分 22.2.1 总线 22.2.2 数据、地址、指令 32.2.3 P0口、P2口和P3的第二功能用法 32.2.4 程序的执行过程 32.2.5 堆栈 42.2.6 单片机的开发过程 43 系统硬件设计说明 53.1 系统硬件结构简述 53.2 电源部
10、分模块 53.3 主控模块 63.3.1 单片机选择的原则 63.3.1.1 单片机硬件方面的要求 63.3.1.2 单片机其他方面的要求 73.3.2 AT89C51单片机的特点及结构 83.3.3 振荡器特性及芯片擦除 123.3.4 主控模块的实现 123.4 时钟产生电路 133.4.1 DS1302简介 133.4.2 DS1302的结构及工作原理 153.4.3 DS1302实时显示时间的软硬件 153.4.4 DS1302的调试 153.4.5 时钟电路的实现 153.5 温度传感器模块 163.5.1 DS18B20的简介 163.5.2 DS18B20的结构 173.5.3
11、DS18B20使用中注意事项 193.6 显示模块 193.6.1 LED数码显示器的结构 193.6.2 驱动电路与显示电路的说明 203.6.3 LED数码管如何显示 223.7 按键控制模块 243.7.1 按键电路的选择 243.7.2 按键电路的实现 274 系统的抗干扰措施 284.1 干扰的来源及分析 284.2 硬件系统的抗干扰措施 285 产品的经济指标分析 30结论 31致谢 32参考文献 33附录A 程序 35附录B 原理图 431 绪论1.1 研究意义目前市场上出售的很多电子时钟中，功能虽五花八门，种类齐全，外表也非常精美，但是结合到各大中小学学校的需求，需要一种符合学
12、校本身的综合电子日历钟，即带周历显示、温度显示。针对此种情况，我们设计的此款新型校园实用周数可显示的电子日历钟应运而生，它既能够显示温度，又能不论开学日期的不同，而准确的显示当天所在的学期周数。满足了很多学校师生们的愿望数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。而与一般的电子时钟相比，由于其多功能性，而不同于市场上其它同类产品，在学校背景下所具有的实用价值，因而在所有大中小学当中有着相当好的市场前景和应用价值具有了周数显示，适合学校使用。本课题研究的意义：经过四年的大学学习，对专业知识
13、有了理论上的掌握，单片机，硬件电路设计，自动控制技术，电子线路protel，利用上面所学的专业知识进行了多功能电子时钟的设计，不仅是对知识的总结，而且是最大的应用。这是我们即将走上工作岗位的保证。1.2课题研究内容及目的整个系统利用51系列单片机AT89C51为控制核心，时钟日历芯片DS1302和数字温度传感器DS18B20为辅助芯片，用看门狗芯片MAX813L作为上电复位电路及死机自动复位电路，用有四个按键复合使用来对其进行时钟调整，达到设计的目的。使我们进一步巩固和加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的认识掌握，并且使之系统化、综合化。使我们的设计计算、工程绘图、实验方法、数据处理、文
14、件编辑、文字表达、文献查阅、计算机应用、工具书使用等基本实践能力以及外文资料的阅读和翻译的基本技能，初步掌握科学研究的基本方法。最重要的是培养学生利用单片机进行应用系统开发的能力，掌握单片机应用系统设计的一般方法和步骤，达到能够进行单片机系统设计的目的。2 单片机的简介2.1 单片机的发展阶段单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。（1）SCM即单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，In
15、tel公司功不可没。（2）MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。（3）单
16、片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。2.2 单片机的六大部分2.2.1 总线我们知道，一个电路总是由元器件通过电线连接而成的，在模拟电路中，连线并不成为一个问题，因为各器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很多，但计
17、算机电路却不一样，它是以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调，所以需要的连线就很多了，如果仍如同模拟电路一样，在各微处理器和各器件间单独连线，则线的数量将多得惊人，所以在微处理机中引入了总线的概念，各个器件共同享用连线，所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上，即相当于各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两个器件同时送出数据，一个为0，一个为1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？这种情况是不允许的，所以要通过控制线进行控制，使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发送数据（可以有多个器件同时接收）。器件的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制
18、总线。在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元，这些存储单元要被分配地址，才能使用，分配地址当然也是以电信号的形式给出的，由于存储单元比较多，所以，用于地址分配的线也较多，这些线被称为地址总线。2.2.2 数据、地址、指令之所以将这三者放在一起，是因为这三者的本质都是一样的数字，或者说都是一串0和1组成的序列。换言之，地址、指令也都是数据。指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系，不可以由单片机的开发者更改。地址：是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内部单元的地址值已由芯片设计者规定好，不可更改，外部的单元可以由单片机开发
19、者自行决定，但有一些地址单元是一定要有的（详见程序的执行过程）。理解了地址、指令的本质，就不难理解程序运行过程中为什么会跑飞，会把数据当成指令来执行了。2.2.3 P0口、P2口和P3的第二功能用法初学时往往对P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解，认为第二功能和原功能之间要有一个切换的过程，或者说要有一条指令，事实上，各端口的第二功能完全是自动的，不需要用指令来转换。如P3.6、P3.7分别是WR、RD信号，当微片理机外接RAM或有外部I/O口时，它们被用作第二功能，不能作为通用I/O口使用，只要一微处理机一执行到MOVX指令，就会有相应的信号从P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令
20、说明。事实上不能作为通用I/O口使用也并不是不能而是（使用者）不会将其作为通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一条SETB P3.7的指令，并且当单片机执行到这条指令时，也会使P3.7变为高电平，但使用者不会这么去做，因为这通常会导致系统的崩溃。2.2.4 程序的执行过程 单片机在通电复位后89C51内的程序计数器（PC）中的值为0000，所以程序总是从0000单元开始执行，也就是说：在系统的ROM中一定要存在0000这个单元，并且在0000单元中存放的一定是一条指令。2.2.5 堆栈 堆栈是一个区域，是用来存放数据的，这个区域本身没有任何特殊之处，就是内部RAM的一部份，特殊的是它存放和
21、取用数据的方式，即所谓的先进后出，后进先出，并且堆栈有特殊的数据传输指令，即PUSH和POP，有一个特殊的专为其服务的单元，即堆栈指针SP，每当执一次PUSH指令时，SP就（在原来值的基础上）自动加1，每当执行一次POP指令，SP就（在原来值的基础上）自动减1。由于SP中的值可以用指令加以改变，所以只要在程序开始阶段更改了SP的值，就可以把堆栈设置在规定的内存单元中，如在程序开始时，用一条MOV SP，#5FH指令，就时把堆栈设置在从内存单元60H开始的单元中。一般程序的开头总有这么一条设置堆栈指针的指令，因为开机时，SP的初始值为07H，这样就使堆栈从08H单元开始往后，而08H到1FH这个
22、区域正是8031的第二、三、四工作寄存器区，经常要被使用，这会造成数据的混乱。不同作者编写程序时，初始化堆栈指令也不完全相同，这是作者的习惯问题。当设置好堆栈区后，并不意味着该区域成为一种专用内存，它还是可以象普通内存区域一样使用，只是一般情况下编程者不会把它当成普通内存用了。2.2.6 单片机的开发过程 这里所说的开发过程并不是一般书中所说的从任务分析开始，我们假设已设计并制作好硬件，下面就是编写软件的工作。在编写软件之前，首先要确定一些常数、地址，事实上这些常数、地址在设计阶段已被直接或间接地确定下来了。然后用文本编辑器（如EDIT、CCED等）编写软件，编写好后，用编译器对源程序文件编译
23、，查错，直到没有语法错误，除了极简单的程序外，一般应用仿真机对软件进行调试，直到程序运行正确为止。运行正确后，就可以写片（将程序固化在EPROM中）。在源程序被编译后，生成了扩展名为HEX的目标文件，一般编程器能够识别这种格式的文件，只要将此文件调入即可写片。在此，为使大家对整个过程有个认识，举一例说明：ORG 0000H LJMP START ORG 040H START：MOV SP，#5FH ;设堆栈 LOOP：NOP LJMP LOOP ；循环 END ；结束3 系统硬件设计说明3.1系统硬件结构简述整个系统利用51系列单片机AT89C51为控制核心，结合高精度计时的时钟日历芯片DS1
24、302和数字温度传感器DS18B20，用四个按键复合使用来对其进行时钟校时、周数设置。显示部分用CD4511进行译码驱动，用片选扫描的方式对其进行扫描，从而使数码管得以高亮度显示。其总模块如下图3-1所示：图3-1 系统结构框图3.2电源部分模块由于本系统功耗并不很大，而且不需要功率输出部分，因此只需用简单的三端稳压器LM7805输出5V的电源供电。其电路原理图如图3-2所示：图3-2 电源模块原理图3.3 主控模块3.3.1 单片机选择的原则目前的单片机种类繁多，功能日新月异。具体针对本设计的电路究竟采用哪种类型的单片机呢，下面是我们的分析及结论。3.3.1.1 单片机硬件方面的要求（1）性
25、能：根据设计任务的复杂程度来决定选择什么样的单片机（2）存储器：研发阶段，推荐使用Flash单片机，它有电写入、电擦除的优点，使得修改程序很方便，可以提高开发速度对于初具规模的产品可选用OTP单片机，可省去掩膜时间，加快产品的上市时间选用时程序存储器的容量只要够用就行了.（3）运行速度：单片机的运行速度首先看时钟频率，指令集，几个时钟为一个机器周期在选用单片机时要根据需要选择速度，不要片面追求高速度，单片机的稳定性、抗干扰性等参数基本上是跟速度成反比的，另外速度快功耗也大。（4）IO口：IO 口的数量和功能是选用单片机时首先要考虑的问题之一，根据实际需要确定数量，IO多余不仅芯片的体积增大，也
26、增加了成本。（5）驱动能力：驱动电流大的单片机可以简化外围电路定时计数器。多数单片机提供23个定时计数器，有些定时计数器还具有输入捕获、输出比较和PWM（脉冲宽度调制）功能，利用这些模块不仅可以简化软件设计，而且能少占用 CPU 的资源。现在还有不少单片机提供了看门狗定时器 （WDT） ，当单片机“死机”后可以自动复位。选用时可根据自己的需要和编程要求进行选择，不要片面追求功能多，用不上的功能就等于金钱的浪费。（6）串行接口：单片机常见的串行接口有：标准UART接口、增强型UART接口、I2C总线接口、CAN总线接口、SPI接口、USB接口等。大部分单片机都提供了UART接口，也有部分单片机没
27、有串行接口。（7）模拟电路功能：现在不少单片机内部提供了AD转换器、PWM输出和电压比较器，也有少量的单片机提供了DA转换器。单片机集成片内AD转换器的同时，还集成了采样保持电路，使用户容易建立精密的数据采集系统。PWM模块可用来产生不同频率和占空比的脉冲信号。可方便实现DA输出功能。PWM输出模块也可以用来实现直流电机的调速等功能。单片机内部集成的电压比较器可以实现多种功能，例如作阈值检测，实现低成本的AD转换器等。（8）工作电压、功耗：单片机的工作电压最低可以达到1.8V，最高为6V，常见的是3V和5V。单片机的功耗参数主要是指正常模式、空闲模式、掉电模式下的工作电流，用电池供电的系统要选
28、用电流小的产品，同时要考虑是否要用到单片机的掉电模式，如果要用的话必须选择有相应功能的单片机。（9）封装形式：单片机常见的封装形式有： DIP（ 双列直插式封装 ） 、 PLCC（PLCC 要对应插座 ） 、 QFP（四侧引脚扁平封装 ） 、 SOP（ 双列小外形贴片封装 ） 等。（10）抗千扰性能、保密性：选用单片机要选择抗干扰性能好的，特别是用在干扰比较大的工业环境中的尤应如此。单片机加密后的保密性能也要好，这样可保证你的知识产权不容易被侵犯。3.3.1.2 单片机其他方面的要求在单片机的性能上还有很多要考虑的因素，比如中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内部有
29、无时钟振荡器、有无上电复位功能等等。（1）单片机的可开发性：这也是一个十分重要的因素。所选择的单片机是否有足够的开发手段，直接影响到单片机能否顺利开发，以及开发的速度。对于被选择的单片机，应考虑下列问题。（2）开发工具、编程器：有没有集成的开发环境，在支持汇编语言的同时是否支持 C 语言，使用 C 语言可加快你的开发进度，另外 C 语言的移植性也好。你所选用的单片机有没有编程器支持，或能否采用 ISP 编程。（3）开发成本：你选择的单片机对应的编程器、仿真器价格是否高，是否要用专用设备，比如有时单片机需要选用专用的编程器，这样你的开发成本就高了。（4）开发人员的适应性：这也是一个很实际的问题，
30、如果有两种单片机都能解决问题，当然选一种你熟悉的品种。在大多数情况下大家往往优先考虑选择 51 系列的单片机。（5）技术支持和服务：可以从下面几个方面进行考虑。 技术是否成熟：经大量使用被证明是成熟的产品你可以放心使用。 有无技术服务：国内有没有代理商和相应的技术支持，网站提供的资料是否丰富，包括芯片手册，应用指南，设计方案，范例程序等。 单片机的可购买性：单片机是否可直接购买到，这是指单片机能否直接从厂家或其代理商处买到，购买的途径是否顺畅。单片机是否有足够的供应量，以保证所选择的单片机能满足产品的生产需要。选择单片机，还应注意选择那些仍然在生产之中的型号，已经停产的单片机是不能选用的，因为它已无后续供货能力，直接影响到产品的继续生产和生命力。同时，也会给人以一种过时的感觉，从而影响产品的新颖性。最好还要看一下所选用的单片机是否在改进之中，显然，对于准备推出新版本或有新版本的单片机，选择用于应用系统或产品具有较强的后劲。（6）产品价格：这也是一个很重要的因素，在其它条件相当的情况下，当然选择价格低的产品，这样可以提高性价比。为了使用方便，系统要求可以进行在线改写，并能
