基于单片机及DS1302的LED电子钟设计——软件部分

基于单片机及DS1302的LED电子钟设计——软件部分

摘要现代社会的快节奏生活要求人们对时间的掌握越来越精确，随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在逐步地深入，电子钟也逐渐取代传统钟表被广泛应用于生活和工作中。电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时间精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点。

本设计以AT89C52芯片作为核心，8位LED数码管显示和DS1302时钟芯片主要组成来实现电子钟的基本功能，并分析了相应软件的设计要点，包括软件设计流程、仿真与调试。

关键词电子钟；单片机；DS1302

ABSTRACT Nowadays people need more accurate time to keep up with the high pace of life. With computers in the infiltration and the development of large-scale integrated circuits，SCM application is steadily deepening, while electronic clock is widely used in our life and work taking place of traditional one. the electronic clock mainly uses the electronic technology to make the clock computerized and digitized, with features of accurate time、small size、a friendly user interface and strong expansibility.

This design mainly consists of the core chip of AT89S52, 8 light emitting diodes and the clock chip DS1302 to achieve the basic function of the electronic clock, and also analyses the key designing of the corresponding software including software design flow, emulation and debugging

KEY WORDS Electronic clock; Single Chip Microcomputer; DS1302

目录

1.前言 (1)

2.系统核心芯片介绍 (2)

2.1 单片机AT89S2简介 (2)

2.1.1 芯片主要性能 (2)

2.1.2 芯片引脚功能 (2)

2.2 时钟芯片DS1302简介 (5)

2.2.1 主要功能 (5)

2.2.2 内部结构及引脚功能 (5)

2.2.3 工作原理 (6)

2.2.4 控制字节及寄存器 (7)

2.2.5 数据的传送 (8)

3.电子钟软件设计 (9)

3.1 系统结构图及总流程图 (9)

3.2 主程序模块 (10)

3.2.1 初始化模块 (10)

3.2.2 DS1302读写模块 (12)

3.2.3 显示模块 (14)

3.2.4 蜂鸣模块 (15)

3.2.5 主程序流程图 (16)

3.3 中断调整模块 (17)

3.3.1 时间中断模块 (17)

3.3.2 闹钟调整模块 (20)

4．调试结果分析及解决方案 (21)

5．总结 ................................................................................................. 错误!未定义书签。致谢 ....................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献 . (23)

附录一硬件仿真原理图 (24)

附录二软件汇编程序 (25)

1.前言

电子钟已成为人们日常生活中的必需品，广泛应用于家庭、车站、办公室等场所。钟表数字化给人们生产生活带来了极大地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、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用，因此研究数字钟及扩大其应用有着非常现实的意义。

数字电子钟设计与制作可采用数字电路实现，也可以采用单片机来完成。若用数字电路完成，所设计的电路相当复杂，大概需要十几片数字集成块，其功能也主要依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现，焊接的过程比较复杂，成本也非常高。若用单片机来设计制作完成，由于其功能的实现主要通过软件编程来完成，那么就降低了硬件电路的复杂性，而且其成本也有所降低。截止今日，单片机应用技术飞速发展，纵观现在各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。单片机即单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer ）,是集CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。

同时，若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些测控系统可能不允许。但是，如果在系统中采用时钟芯片，则能很好地解决这个问题。现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。美国Dallas公司生产的串行实时时钟芯片DS1302是一种具有涓细电流充电能力的实时时钟芯片,采用普通32.768KHZ晶振，具有实时时钟和31 字节的静态RAM。主要特点是采用串行数据传输，可方便地与单片机接口，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能,并且可以关闭充电功能。

本设计要求利用51单片机和DS1302设计制作一个LED电子钟，用8个LED 显示时间，当按下相应按键时，修改当前时间或闹铃时间，若当前时间与闹铃时间相同，蜂鸣器发音1分钟。

2.系统核心芯片介绍

2.1 单片机AT89S2简介

2.1.1 芯片主要性能

AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

2.1.2 芯片引脚功能

AT89S52芯片DIP双列直插式封装引脚如图2-1所示。

图2-1 AT89S52引脚排列

P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

引脚口第二功能如下：

P1.0/T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

P1.1/T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

P1.5/MOSI（在系统编程用）

P1.6/MISO（在系统编程用）

P1.7/SCK（在系统编程用）

P2 口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发

送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。

引脚口第二功能如下：

P3.0/RXD(串行输入口)

P3.1/TXD(串行输出口)

P3.2/INTO(外中断0)

P3.3/INT1(外中断1)

P3.4/TO(定时/计数器0)

P3.5/T1(定时/计数器1)

P3.6/WR(外部数据存储器写选通)

P3.7/RD(外部数据存储器读选通)

此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

RST——复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编

程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

2.2 时钟芯片DS1302简介

2.2.1 主要功能

DS1302芯片是美国DALLAS公司推出的低功耗实时时钟芯片，它工作电压为2.5V～5.5V，采用串行通信方式，只需3条线便可以和单片机进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。可增加系统的RAM。DS1302的时钟校准比较容易，若采用专用的晶体振荡器，几乎无须调整即可以达到国家要求的时钟误差标准。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力，这样避免了由于突然停电而造成时钟停止，因此它非常适合于长时间无人职守的监测控制系统或需经常记录某些具有特殊意义的数据及对应时间的场合。DS1302提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，并可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式。

2.2.2 内部结构及引脚功能

DS1302内部主要包括实时时钟（real time clock）、输入移位寄存器（input shift registers）、31字节静态RAM、电源控制部分（power control）、命令控制逻辑（command and control logic）、振荡器和分频器（oscillator and divider）等部分。DS1302内部结构如图2-2所示。

图2-2 DS1302内部结构

DS1302具有8脚DIP引脚排列如图2-3所示。

图2-3 DS1302引脚排列

Vcc1：后备电源，在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行；当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电。

Vcc2：主电源，当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。

X1、X2：振荡源，外接32.768kHz晶振。

GND：接地端

SCLK：串行时钟输入端

I/O：串行数据输入输出端(双向)。

RST：复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST 输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。

2.2.3 工作原理

DS1302工作时为了对任何数据传送进行初始化，需要将复位脚（RST）置为高电平且将8位地址和命令信息装入移位寄存器。数据在时钟（SCLK）的上升沿串行