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1、湖南信息科學職業(yè)學院畢 業(yè) 論 文數(shù)字電子時鐘設計學生姓名： 學 號： 1001010331年級專業(yè)： 2010級應用電子技術指導老師： 系 別： 電子信息學院湖南長沙提交日期： 2013年3月目 錄摘要1關鍵詞1前言2一、數(shù)字電子時鐘產品的功能、特點、結構及工作原理類81、產品的功能32、產品的特點33、產品的結構及工作原理44、DS1302實時顯示時間的軟硬件8二、硬件電路設計91、電路設計的圖紙82、電路設計的原理9三、用Protel繪制出電路原理圖.9四、繪制出電路圖的PCB板10五、調試使之正常工作11總結12致謝13參考文獻14數(shù)字電子時鐘設計作 者： 段和芳 指導老師： 吳振江

2、（湖南信息科學職業(yè)學院電子信息學院10級應用電子技術，長沙）摘要20世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產品幾乎滲透了社會的各個領域。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，可能會導致誤差。所以以數(shù)碼管為顯示器的時鐘比指針式的時鐘表現(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。在這次設計中，分別設計了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

3、軟件對設計的系統(tǒng)進行仿真分析，仿真結果正確。該系統(tǒng)具有時間顯示、時間調整、整點報時等功能。關鍵詞：時鐘電路、實時時鐘、單片機、應用- 14 -前言加入世貿組織以后，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的較量，風險和機遇共存，同時電子產品的研發(fā)日新月異，不僅是在通信技術方面數(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，

4、在顯示上它用數(shù)字反應出此時的時間，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?，F(xiàn)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，并且可以關閉充電功能。采

5、用普通32.768kHz晶振。 一、數(shù)字電子時鐘產品的功能、特點、結構及工作原理1、功能 ：電路具備時、分、秒顯示功能，且時、分、秒可自動關聯(lián)進位，具有24小時制、12小時制的切換功能，具有手動調節(jié)功能2、特點 ：DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、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(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的升級產品，與DS1202兼

6、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、結構及工作原理 ： 3.1引腳功能及結構 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(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc10.2V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是復位/片選線，通過把RST輸入驅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

7、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Vcc2.5V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?？刂谱止?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

8、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，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、

9、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關的寄存器等。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容。 DS1302與RAM相關的寄存器分為兩類：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C0HFDH，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 DS1

10、302與CPU的連接 實際上，在調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)展有限公司生產的10位多功能8段液晶顯示模塊LCM101，內含看門狗(WDT)/時鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅動電路，并有內置顯示RAM，可顯示任意字段筆劃，具有34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2A (典型值)，省電模式時小于1A，工作電壓為2.4V3.3V，顯示清晰。 DS1302

11、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，不難采集實時時間。下面結合流程圖對DS1302的基本操作進行編程： #include “Intrins.h”sbit t_clk=P33sbit t_io=P34sbit t_rst=P35sbit BIT7=ACC7sbit BIT0=ACC0void 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ACCt_rst=1;啟動數(shù)據(jù)傳送for(i=8;i0;i-);循環(huán)8次，寫入8位數(shù)據(jù)， ；

12、從低位到高位t_io=BIT0;將ACC0的值賦給時鐘數(shù)據(jù)線t_clk=0t_clk=1;在時鐘線的上升沿寫入1位數(shù)據(jù)ACC=ACC1;將高1位數(shù)據(jù)移至ACC0unsigned 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;i0;i-）;讀出8位數(shù)據(jù)，從低到高ACC= ACC1;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ACC7t_io=1;P1口輸入之前置1t_clk=0;時鐘線下降沿讀出1位數(shù)據(jù)BIT7=t_io;can not use P17=t_io for P17 not ;a var

13、ientreturn(ACC) void wr_1302(unsigned char add,unsigned char ucda)/將指令或數(shù)據(jù)寫入對應寄存器t_rst=0t_clk=0t_rst=1inputbyte(add)/delay15(1)inputbyte(ucda)t_rst=0t_io=1unsigned char re_1302(unsigned char add)/讀出對應寄存器內容unsigned char ucdatrst=0t_clk=0t_rst=1inputbyte(add)/delay15(1)ucde=outputbyte()t_rst=0return(uc

14、da)void set1302(unsigned char*pda)/設置時間初值unsigned char iunsigned char add=ox80wr_1302(ox8e,ox00);將控制寄存器值設為零， ；最高位WP=0允許寫for(i=7;i0;i-);將七個時間初值寫入對應寄存器wr_1302(add,*pda);寫對應時鐘寄存器的值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,junsigned char add=o

15、x81bdata unsigned char secfor(i=0;i7;i+)curtime i=re_1302(add);讀對應時鐘寄存器的值sec=curtimeij=sec4;將BCD碼轉化成對應十進制數(shù)j*=10sec=sec&oxofsec+=jcurtimei=secadd+=2二、硬件電路設計1、電路設計的圖紙2、電路設計的原理 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

16、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

17、點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產生脈沖信號，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)字進行校對調整。三、用Protel繪制出電路原理圖四、繪制出電路圖的PCB板五、調試使之正常工作根據(jù)本人在調試中遇到的問題，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)；D5D1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DS

18、1302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)傳送結束之后，在下2個SCLK周期的上升沿輸入數(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C0HFDH，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

19、，最好選用小型充電電池?？梢杂美鲜诫娔X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。100 F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整時間。 總結通過本次畢業(yè)設計，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，所以電路較為復雜，但容易理解。通過這次設計，我掌握了Protel軟件中的一系列步驟，我?guī)讉€月的時間里，我把本設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，本設計還存在不完善的地方，希望能在今后的不斷學習與應用中把它做的更加豐富和完整。這次設計的數(shù)字電子時鐘對我來說是一個將所學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下完成的。非常感謝吳老師的悉心指導，也非常的感謝各位同學的熱情幫助，在做此次論文中讓我明白了很多。參考文獻1Protel硬制電路板設計使用教程 人民郵電出版社2單片機應用項目教程 北京理工大學出版社3電子整機設計與制作 西南交通出版4數(shù)字電子技術 北京理工大學出版社