數(shù)字電子時鐘設(shè)計畢業(yè)論文

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1、 湖南信息科學(xué)職業(yè)學(xué)院 畢 業(yè) 論 文 數(shù)字電子時鐘設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 1001010331 年級專業(yè)： 2010級應(yīng)用電子技術(shù) 指導(dǎo)老師： 系 別： 電子信息學(xué)院 湖南長沙 提交日期： 2013年3月 目 錄 摘要 1 關(guān)鍵詞 1 前言 2 一、數(shù)字電子時鐘產(chǎn)品的功能、特點、結(jié)構(gòu)及工作原理類 8 1、產(chǎn)品的功能 3 2、產(chǎn)品的特點 3 3、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及工作原理 4 4、DS1302實時顯示時間的軟硬件 8 二、硬件電路設(shè)計 9 1、電路設(shè)計的圖紙 8 2、電路設(shè)計的原理 9 三、用Protel繪制出

2、電路原理圖... 9 四、繪制出電路圖的PCB板 10 五、調(diào)試使之正常工作 11 總結(jié) 12 致謝 13 參考文獻 14 數(shù)字電子時鐘設(shè)計 作 者： 段和芳 指導(dǎo)老師： 吳振江 （湖南信息科學(xué)職業(yè)學(xué)院電子信息學(xué)院10級應(yīng)用電子技術(shù)，長沙） 摘要 20世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域。那些對時間要求非常嚴格和準確的人來說，時間的不準確會帶來非常大的麻煩，數(shù)碼管顯示的時間簡單明了而且讀數(shù)快、時間準確顯示到秒。而機械時鐘依賴于晶體整蕩器，可能會導(dǎo)致誤差。所以以數(shù)碼管為顯示器的時鐘比指針式

3、的時鐘表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢。 多功能數(shù)字電子鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時”，“分”，“秒”數(shù)字顯示的計時裝置。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠遠超過老式機械鐘。在這次設(shè)計中，分別設(shè)計了24進制和60進制計數(shù)器，根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進行顯示。 通過multism軟件對設(shè)計的系統(tǒng)進行仿真分析，仿真結(jié)果正確。該系統(tǒng)具有時間顯示、時間調(diào)整、整點報時等功能。 關(guān)鍵詞：時鐘電路、實時時鐘、單片機、應(yīng)用 - 14 - 前言 加入世貿(mào)組織以后，中國會面臨激烈的競爭。這種競爭將是一場科技實力、管理水平和人才素質(zhì)的較量，風險和機遇共存，同時電子產(chǎn)品的研發(fā)日新月異，不僅是在通信技術(shù)方面

4、數(shù)字化取代于模擬信號，就連我們的日常生活也進于讓數(shù)字化取締。說明數(shù)字時代已經(jīng)到來，而且滲透于我們生活的方方面面。 就拿我們生活的實例來說明一下“數(shù)字”給我們帶來的便捷。下面我們就以數(shù)字鐘為例簡單介紹一下。數(shù)字鐘我們聽到這幾個字，第一反應(yīng)就是我們所說的數(shù)字，不錯數(shù)字鐘就是以數(shù)字顯示取代模擬表盤的鐘表，在顯示上它用數(shù)字反應(yīng)出此時的時間，相比模擬鐘能給人一種一目了然的感覺，不僅如此它還能同時顯示時、分、秒。而且能對時、分、秒準確校時，這是普通鐘所不及的。與此同時數(shù)字鐘還能準確定時，在你所規(guī)定的時間里準確無誤的想你發(fā)出報時聲音，提醒你在此時所需要去做的事。與舊式鐘表相比它更適用于現(xiàn)代人的生活。 現(xiàn)

5、在流行的串行時鐘電路很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485等。這些電路的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛地采用。本文介紹的實時時鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細電流充電能力的電路，主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振。 一、數(shù)字電子時鐘產(chǎn)品的功能、特點、結(jié)構(gòu)及工作原理 1、功能 ：電路具備時、分、秒顯示功能，且時、分、秒可自動關(guān)聯(lián)進位，具有24小時制、12小時制的切換功能，具有手動調(diào)節(jié)功能 2、特點 ：DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高

6、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2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)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 3、結(jié)構(gòu)及工作原理 ： 3.1引腳功能及結(jié)構(gòu) 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(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的

7、連續(xù)運行。DS1302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32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)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(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vc

8、c≥2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。SCLK始終是輸入端。 3.2 DS1302的控制字節(jié) DS1302 的控制字如圖2所示。控制字節(jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 3.3數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O) 在控制指令字輸入后的下一個SCLK時

9、鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7。 3.4 DS1302的寄存器 DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時間寄存器及其控制字見表1。 此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每

10、個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。 4、DS1302實時顯示時間的軟硬件 DS1302與CPU的連接需要三條線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。圖3示出DS1302與89C2051的連接圖，其中，時鐘的顯示用LCD。 4.1 DS1302與CPU的連接 實際上，在調(diào)試程序時可以不加電容器，只加一個32.768kHz 的晶振即可。只是選擇晶振時，不同的晶振，誤差也較大。另外，還可以在上

11、面的電路中加入DS18B20，同時顯示實時溫度。只要占用CPU一個口線即可。 LCD還可以換成LED，還可以使用北京衛(wèi)信杰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的10位多功能8段液晶顯示模塊LCM101，內(nèi)含看門狗(WDT)/時鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅(qū)動電路，并有內(nèi)置顯示RAM，可顯示任意字段筆劃，具有3－4線串行接口，可與任何單片機、IC接口。功耗低，顯示狀態(tài)時電流為2μA (典型值)，省電模式時小于1μA，工作電壓為2.4V～3.3V，顯示清晰。 DS1302與CPU連接的電路原理圖 4.2 DS1302實時時間流程 圖4示出DS1302的實時時間流程。根據(jù)此流程框圖，不難采集實時

12、時間。下面結(jié)合流程圖對DS1302的基本操作進行編程： #include “Intrins.h” sbit t_clk=P3^3 sbit t_io=P3^4 sbit t_rst=P3^5 sbit BIT7=ACC^7 sbit BIT0=ACC^0 void inputbyte(unsigned char ucda)//8位數(shù)據(jù)寫入函數(shù) {unsigned char I; ACC=ucda;將要寫入的數(shù)放入ACC t_rst=1;啟動數(shù)據(jù)傳送 for(i=8;i>0;i--);循環(huán)8次，寫入8位數(shù)據(jù)， ；從低位到高位

13、 {t_io=BIT0;將ACC^0的值賦給時鐘數(shù)據(jù)線 t_clk=0 t_clk=1;在時鐘線的上升沿寫入1位數(shù)據(jù) ACC=ACC》1;將高1位數(shù)據(jù)移至ACC^0 } } unsigned char outputbyte(void)//8位數(shù)據(jù)讀出函數(shù) {unsigned char i； t_rst=1;啟動數(shù)據(jù)傳送 for（i=8;i>0;i--）;讀出8位數(shù)據(jù)，從低到高 {ACC= ACC》1;將前一下降沿讀出的數(shù)據(jù)右移1位 ;從而該次讀出的數(shù)放入ACC^7 t_io=1;P1口輸入之前置1 t_clk=0;時鐘線下降沿讀出1位數(shù)據(jù) BIT7=t_io;ca

14、n not use P1^7=t_io for P1^7 not ;a varient } return(ACC) } void wr_1302(unsigned char add,unsigned char ucda)//將指令或數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)寄存器 {t_rst=0 t_clk=0 t_rst=1 inputbyte(add)//delay15(1) inputbyte(ucda) t_rst=0 t_io=1 } unsigned char re_1302(unsigned char add)//讀出對應(yīng)寄存器內(nèi)容 {unsigned

15、char ucda trst=0 t_clk=0 t_rst=1 inputbyte(add)//delay15(1) ucde=outputbyte() t_rst=0 return(ucda) } void set1302(unsigned char*pda)//設(shè)置時間初值 {unsigned char i unsigned char add=ox80 wr_1302(ox8e,ox00);將控制寄存器值設(shè)為零， ；最高位WP=0允許寫 for(i=7;i>0;i--);將七個時間初值寫入對應(yīng)寄存器 {wr_1302(add

16、,*pda);寫對應(yīng)時鐘寄存器的值pda++ add+=2; } wr_1302(ox8e,ox00);寫保護，防止干擾影響時間值 } void get_1302(unsigned char cuntime[])//讀取當前時間值 {unsigned char i,j unsigned char add=ox81 bdata unsigned char sec for(i=0;i<7;i++) {curtime [i]=re_1302(add);讀對應(yīng)時鐘寄存器的值 sec=curtime[i] j=sec》4;將BCD碼轉(zhuǎn)化成對應(yīng)十進制數(shù) j*=10 sec=se

17、c&oxof sec+=j curtime[i]=sec add+=2 } 二、硬件電路設(shè)計 1、電路設(shè)計的圖紙 2、電路設(shè)計的原理 數(shù)字電子中是一個將“時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，另外應(yīng)有校時功能和報時功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。主電路系統(tǒng)有秒信號發(fā)生器、“時”，“分”，“秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路組成。 秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體整蕩器加分

18、頻器來實現(xiàn)。將標準秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。 譯碼顯示電路將“時”，“分”，“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)用七段顯示譯碼器譯碼，通過七段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生—脈沖信號，然后去觸發(fā)—音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路是用來對“時”，“分”，“秒”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整。 三、用Protel繪制出電路原理圖 四、

19、繪制出電路圖的PCB板 五、調(diào)試使之正常工作 根據(jù)本人在調(diào)試中遇到的問題，特作如下說明： DS1302 與微處理器進行數(shù)據(jù)交換時，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位MSB(D7)必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫DS1302，即寫保護；D6=0，指定時鐘數(shù)據(jù)，D6=1，指定RAM數(shù)據(jù)；D5～D1指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位LSB(D0)為邏輯0，指定寫操作(輸入)， D0=1，指定讀操作(輸出)。 在DS1302的時鐘日歷或RAM進行數(shù)據(jù)傳送時，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下2個SCLK周期的上升沿輸

20、入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類:一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的RAM的31個字節(jié)。 要特別說明的是備用電源B1，可以用電池或者超級電容器(0.1F以上)。雖然DS1302在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長時間保證時鐘正常，最好選用小型充電電池。可以用老式電腦主板上的3.6V充電電池。如果斷電時間較短(幾小時或幾天)時，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替

21、。100 μF就可以保證1小時的正常走時。DS1302在第一次加電后，必須進行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時間。

22、

23、

24、 總結(jié) 通過本次畢業(yè)設(shè)計，我明白了一個道理：無論做什么事情，都必須養(yǎng)成嚴謹，認真，善思的工作作風。這次畢業(yè)設(shè)計由于我采用的是數(shù)字電路來實現(xiàn)的，所以電路較為復(fù)雜，但容易理解。 通過這次設(shè)計，我掌握了Protel軟

25、件中的一系列步驟，我?guī)讉€月的時間里，我把本設(shè)計的整個電路圖畫好了，生成了PCB板圖。還利用Proteus7.5professional軟件對其設(shè)計進行了仿真。 這個實例還不是很完整，因為時間、條件和個人能力的限制，本設(shè)計還存在不完善的地方，希望能在今后的不斷學(xué)習(xí)與應(yīng)用中把它做的更加豐富和完整。這次設(shè)計的數(shù)字電子時鐘對我來說是一個將所學(xué)知識從書本運用到實際操作的初次體驗。相信這些知識將對我的工作帶來很好的幫助。 致謝 本論文是在吳振江老師的悉心指導(dǎo)下完成的。非常感謝吳老師的悉心指導(dǎo)，也非常的感謝各位同學(xué)的熱情幫助，在做此次論文中讓我明白了很多。 參考文獻 [1]Protel硬制電路板設(shè)計使用教程 人民郵電出版社 [2]單片機應(yīng)用項目教程 北京理工大學(xué)出版社 [3]電子整機設(shè)計與制作 西南交通出版 [4]數(shù)字電子技術(shù) 北京理工大學(xué)出版社