湖南信息科學(xué)職業(yè)學(xué)院畢 業(yè) 論 文數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 1001010331年級(jí)專業(yè)： 2010級(jí)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(zhǎng)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(shí)鐘產(chǎn)品的功能、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及工作原理類81、產(chǎn)品的功能32、產(chǎn)品的特點(diǎn)33、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及工作原理44、DS1302實(shí)時(shí)顯示時(shí)間的軟硬件8二、硬件電路設(shè)計(jì)91、電路設(shè)計(jì)的圖紙82、電路設(shè)計(jì)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(diào)試使之正常工作11總結(jié)12致謝13參考文獻(xiàn)14數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)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(jí)應(yīng)用電子技術(shù)，長(zhǎng)沙）摘要20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。那些對(duì)時(shí)間要求非常嚴(yán)格和準(zhǔn)確的人來說，時(shí)間的不準(zhǔn)確會(huì)帶來非常大的麻煩，數(shù)碼管顯示的時(shí)間簡(jiǎn)單明了而且讀數(shù)快、時(shí)間準(zhǔn)確顯示到秒。而機(jī)械時(shí)鐘依賴于晶體整蕩器，可能會(huì)導(dǎo)致誤差。所以以數(shù)碼管為顯示器的時(shí)鐘比指針式的時(shí)鐘表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢(shì)。多功能數(shù)字電子鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”，“分”，“秒”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式機(jī)械鐘。在這次設(shè)計(jì)中，分別設(shè)計(jì)了24進(jìn)制和60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，根據(jù)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理來進(jìn)行顯示。通過multism軟件對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果正確。該系統(tǒng)具有時(shí)間顯示、時(shí)間調(diào)整、整點(diǎn)報(bào)時(shí)等功能。關(guān)鍵詞：時(shí)鐘電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、單片機(jī)、應(yīng)用- 14 -前言加入世貿(mào)組織以后，中國(guó)會(huì)面臨激烈的競(jìng)爭(zhēng)。這種競(jìng)爭(zhēng)將是一場(chǎng)科技實(shí)力、管理水平和人才素質(zhì)的較量，風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)遇共存，同時(shí)電子產(chǎn)品的研發(fā)日新月異，不僅是在通信技術(shù)方面數(shù)字化取代于模擬信號(hào)，就連我們的日常生活也進(jìn)于讓數(shù)字化取締。說明數(shù)字時(shí)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(shí)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(jiǎn)單介紹一下。數(shù)字鐘我們聽到這幾個(gè)字，第一反應(yīng)就是我們所說的數(shù)字，不錯(cuò)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(shí)的時(shí)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(shí)顯示時(shí)、分、秒。而且能對(duì)時(shí)、分、秒準(zhǔn)確校時(shí)，這是普通鐘所不及的。與此同時(shí)數(shù)字鐘還能準(zhǔn)確定時(shí)，在你所規(guī)定的時(shí)間里準(zhǔn)確無誤的想你發(fā)出報(bào)時(shí)聲音，提醒你在此時(shí)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)在流行的串行時(shí)鐘電路很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485等。這些電路的接口簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛地采用。本文介紹的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)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(shí)鐘產(chǎn)品的功能、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及工作原理1、功能 ：電路具備時(shí)、分、秒顯示功能，且時(shí)、分、秒可自動(dòng)關(guān)聯(lián)進(jìn)位，具有24小時(shí)制、12小時(shí)制的切換功能，具有手動(dòng)調(diào)節(jié)功能2、特點(diǎn) ：DS1302 是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)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(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)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(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc10.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，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(dòng)置高電平來啟動(dòng)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(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，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(xì)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(shí)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(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)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(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，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(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。 3.4 DS1302的寄存器 DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時(shí)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(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)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(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)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(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。 4、DS1302實(shí)時(shí)顯示時(shí)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(shí)鐘的顯示用LCD。 4.1 DS1302與CPU的連接 實(shí)際上，在調(diào)試程序時(shí)可以不加電容器，只加一個(gè)32.768kHz 的晶振即可。只是選擇晶振時(shí)，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(shí)顯示實(shí)時(shí)溫度。只要占用CPU一個(gè)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(shí)鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，并有內(nèi)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(jī)、IC接口。功耗低，顯示狀態(tài)時(shí)電流為2A (典型值)，省電模式時(shí)小于1A，工作電壓為2.4V3.3V，顯示清晰。 DS1302與CPU連接的電路原理圖4.2 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)間流程 圖4示出DS1302的實(shí)時(shí)時(shí)間流程。根據(jù)此流程框圖，不難采集實(shí)時(shí)時(shí)間。下面結(jié)合流程圖對(duì)DS1302的基本操作進(jìn)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(dòng)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t_io=BIT0;將ACC0的值賦給時(shí)鐘數(shù)據(jù)線t_clk=0t_clk=1;在時(shí)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(dòng)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= 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(shí)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 varientreturn(ACC) void wr_1302(unsigned char add,unsigned char ucda)/將指令或數(shù)據(jù)寫入對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)寄存器內(nèi)容unsigned char ucdatrst=0t_clk=0t_rst=1inputbyte(add)/delay15(1)ucde=outputbyte()t_rst=0return(ucda)void set1302(unsigned char*pda)/設(shè)置時(shí)間初值unsigned char iunsigned char add=ox80wr_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(gè)時(shí)間初值寫入對(duì)應(yīng)寄存器wr_1302(add,*pda);寫對(duì)應(yīng)時(shí)鐘寄存器的值pda+add+=2;wr_1302(ox8e,ox00);寫保護(hù)，防止干擾影響時(shí)間值void get_1302(unsigned char cuntime)/讀取當(dāng)前時(shí)間值unsigned char i,junsigned char add=ox81bdata unsigned char secfor(i=0;i<7;i+)curtime i=re_1302(add);讀對(duì)應(yīng)時(shí)鐘寄存器的值sec=curtimeij=sec4;將BCD碼轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)j*=10sec=sec&oxofsec+=jcurtimei=secadd+=2二、硬件電路設(shè)計(jì)1、電路設(shè)計(jì)的圖紙2、電路設(shè)計(jì)的原理 數(shù)字電子中是一個(gè)將“時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外應(yīng)有校時(shí)功能和報(bào)時(shí)功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。主電路系統(tǒng)有秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體整蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)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(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是用來對(duì)“時(shí)”，“分”，“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。三、用Protel繪制出電路原理圖四、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(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，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(hù)；D6=0，指定時(shí)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DS1302的時(shí)鐘日歷或RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進(jìn)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(gè)SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個(gè)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(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)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(gè)字節(jié)。 要特別說明的是備用電源B1，可以用電池或者超級(jí)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(zhǎng)時(shí)間保證時(shí)鐘正常，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(shí)間較短(幾小時(shí)或幾天)時(shí)，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(shí)的正常走時(shí)。DS1302在第一次加電后，必須進(jìn)行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間。 總結(jié)通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我明白了一個(gè)道理：無論做什么事情，都必須養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真，善思的工作作風(fēng)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)由于我采用的是數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)的，所以電路較為復(fù)雜，但容易理解。通過這次設(shè)計(jì)，我掌握了Protel軟件中的一系列步驟，我?guī)讉€(gè)月的時(shí)間里，我把本設(shè)計(jì)的整個(gè)電路圖畫好了，生成了PCB板圖。還利用Proteus7.5professional軟件對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真。這個(gè)實(shí)例還不是很完整，因?yàn)闀r(shí)間、條件和個(gè)人能力的限制，本設(shè)計(jì)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(jì)的數(shù)字電子時(shí)鐘對(duì)我來說是一個(gè)將所學(xué)知識(shí)從書本運(yùn)用到實(shí)際操作的初次體驗(yàn)。相信這些知識(shí)將對(duì)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(xiàn)1Protel硬制電路板設(shè)計(jì)使用教程 人民郵電出版社2單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目教程 北京理工大學(xué)出版社3電子整機(jī)設(shè)計(jì)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