基于单片机的多功能数字钟

课程设计说明书

题 目 基于单片机的多功能数字钟

课 程 电子线路综合分析与制作

班 级 09应电

学 号 093030405

学生姓名 陈晓霞

完成日期 2012月5月11日

宁波城市职业技术学院信息学院毕业综合实践说明书

摘 要

今年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点。

本文介绍了基于单片机的多功能数字钟的设计，它以AT89C52单片机和时钟日历芯片(PCF8563)为核心，采用I2C 总线技术，由单片机最小控制系统、时钟闹钟模块、电源电压模板等功能模块组成。基于所选题的要求，本系统对时间/日期的数字显示及设置、闹钟的时间设置及闹钟的开/关闭功能、闹钟起闹并允许非接触式止闹等功能进行了重点设计。本文着重地介绍了多功能数字钟的硬件制作，在整个设计在实现了题目中的所有要求的同时达到了较高的性能指标。

关键词：数字钟 STC89C52单片机 PCF8563时钟芯片

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目 录

引言 ................................................................ 1

1 设计目的 .......................................................... 1

2 方案初步设计 ...................................................... 2

3 产品详细设计 ...................................................... 2

3.1 系统总体设计方案 ................................................ 2

4 硬件设计 .......................................................... 3

4.1 单片机最小系统设计 .............................................. 3

4.2 时钟电路 ........................................................ 4

4.3 显示电路 ........................................................ 5

4.4 键盘电路 ........................................................ 6

5 系统性能测试与分析 ................................................ 7

5.1 测试仪器 ........................................................ 7

5.2 测试方法与数据 .................................................. 7

6 设计总结与评价 .................................................... 7

参考文献 ............................................................ 8

附录 ................................................................ 9

附录1：电路原理图 .................................................. 9

附录2：电路PCB图 ................................................. 10 宁波城市职业技术学院毕业综合实践说明书

第1页 共10页 引言

在单片机技术日趋成熟的今天，其灵活的硬件电路的设计和软件的设计，让单片机得到了广泛的应用，几乎是从小的电子产品，到大的工业控制，单片机都起到了举足轻重的作用。单片机小的系统结构几乎是所有具有可编程硬件的一个缩影，可谓是“麻雀虽小，肝胆俱全”，单片机的学习和研究是对微机系统学习和研究的简捷途径。

计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展，这三个方向就是：巨型化，单片化，网络化。单片机用以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用，故而，巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的。

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。

单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是采用数字电路实现对时，分，秒数字显示的计时装置，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。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表， 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

1 设计目的

对于单片机学习者而言，这个程序基本上是一道门槛，掌握了数字钟程序，基本上就可以说把51单片机掌握了80%。

我们需要完成以下学习任务：综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并完成制作，从而加深对单片机只是的理解，获得初步的应用经验；学校AT89C52定时/计数器的原理及基本应用；掌握LCD液晶显示器动态的显示方法；掌握Protel 2004具体操作：原理图文件的建立，绘制原理图、原件的标号操作及执行ERC（电器规则检查）。无误后，导出原理图各项目的参数值（标号，封装，大小），并创建网络表。接着新建一个PCB文件，在禁止布线层画电路板板框，导入网路表，检查是否有错误产生。对整个原理图产生的PCB图进行布局、布线、调整（建议大家用手动布线）。最后可覆铜；掌握PCB图，制PCB板，焊接，调试及测试报告。本次设计的基于单片机的多功能数字钟将实现如下功能：

（1）通过键盘预置时间，包括时、分、秒（采用增量键盘）；

（2）能调整本系统对时间/日期的数字显示及设置；

（3）闹钟的时间设置及闹钟的开/关闭功能、闹钟起闹并允许非接触式止闹；

（4）具有掉电保护功能。 宁波城市职业技术学院信息学院毕业综合实践说明书

第2页 共10页 2 方案初步设计

2.1 方案一

这是一种纯硬件电路系统。各功能采用分离的硬件电路模块实现。用时序逻辑电路实现时钟功能，用555定时器实现闹钟的设定，以及用热敏电阻作为温度传感器等。但这种实现方法可靠性差、控制精度低，灵活性小、线路复杂、安装调试不方便，而且不方便实现对系统的扩展。

2.2 方案二

这种方法用可编程逻辑器件（PLD）实现。这种方案与前一种相比，可靠性增加，同时可以很好的完成时钟的功能。但是对于温度和电压的测量，不具备对数据的处理功能，无法很好的完成扩展功能的要求。同时这种方案只能选用数码管显示，显示的效果不够理想。同时，系统的灵活性不够。

2.3 方案三

这种方案采用AT89C52单片机作为系统的控制核心。时钟功能采用单片集成的时钟芯片（PCF8563）实现，可以使用液晶显示（LCD）测量数据及提示信息，有着智能化的人机界面。由于使用了单片机，整个系统可编程，系统的灵活性大大增加了。另外，本方案可以方便的实现其他功能的扩展。

由于单片机具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制；液晶显示器具有体积小、外形薄、重量轻、耗能少、工作电压低、无辐射，特别是视域宽、显示信息量大等优点。所以，我们选用方案三来完成题目的要求。

3 产品详细设计

3.1 系统总体设计方案

由于这是多功能数字钟系统的一个设计，所以就要全面了解数字钟系统，画出设计的多功能数字钟控制系统的原理图。通过单片机AT89C52来控制外部相应的电路，达到其目的。核心部分AT89C52单片机与时钟芯片PCF8563，电源总线驱动器74LS245、4个按键等构成单片机的基本系统，并且可实现显示、键盘设定、闹钟等功能，提高并实现了系统的智能化，也大大提高了系统的检测精度。同时，以单片机为核心的控制系统，比较灵活，易于实现。如图1所示：

本系统设计由硬件和软件部分组成，我只完成了硬件部分。

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第3页 共10页

图1主机系统总设计结构图

4 硬件设计 4.1 单片机最小系统设计

基于单片机的多功能数字钟由AT89C52单片机、时钟电路、复位电路和闹钟电路四部分组成，如图2所示。在这个系统中，单片机AT89C52作为核心控制器控制着整个系统的工作，而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号，时钟电路可以简单定义就是产生像时钟一样准确的振荡电路任何工作都按时间顺序，用于产生这个时间的电路就是时钟电路。复位电路则使得单片机能够正常、有序、稳定可靠地工作。

图2 单片机的复位、晶振电路

键盘电路

电源供电 LCD显示电路

灯光电路

单片机

AT89C52 时钟电路