电子时钟毕业设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,天津滨海职业学院,基于DS1302数字时钟设计,系 别：机电系,专 业：07电气自动化2班,姓 名：于怀赓,指导教师：辛春霞,1.1 DS1302简介,DS13021是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达。时钟可工作在24小时格式或12小时（AM/PM）格式。 DS1302与单片机的接口使用同步串行通信，仅用3条线与之相连接。可采用一次传送一个字节或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318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。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。,管脚图及内部结构图,引脚号,引脚名称,功能,1,VCC2,主电源,2、3,X1、X2,振荡源，外接32768Hz晶振,4,GND,地线,5,RST,复位/片选线,6,I/O,串行数据输入/输出端（双向）,7,SCLK,串行时钟输入端,8,VCC1,后备电源,1.3 DS1302的数据输入输出,在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位至高位7,1.4 DS1302的寄存器,寄存器名,命令字,取值范围,各位内容,写操作,读操作,7,6,5,4,3,2,1,0,秒寄存器,80H,81H,00-59,CH,10SEC,SEC,分寄存器,82H,83H,00-59,0,10MIN,MIN,时寄存器,84H,85H,01-12或00-23,12/24,0,10,HR,HR,日寄存器,86H,87H,01-28,29,30,31,0,0,10DATE,DATE,月寄存器,88H,89H,01-12,0,0,0,10M,MONTH,周寄存器,8AH,8BH,01-07,0,0,0,0,0,DAY,年寄存器,8CH,8DH,00-99,10YEAR,YEAR,2.1 AT89S51,（1）功能特性概括,（2）晶体振荡器特性,（1）功能特性概括:,AT89S51提供以下标准功能：40个引脚、4K Bytes Flash片内程序存储器、128 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个数据指针、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、片内振荡器及时钟电路。此外，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM、定时/计数器、串行通信口、外中断系统可继续工作。掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。,（2）晶体振荡器特性,AT89S51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为该反向放大器的输入端和输出端。这个反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。,外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性。如果使用石英晶体,电容应该使用30pF10pF。,还可以使用外部时钟。这种情况下,外部时钟脉冲接XTAL1端,即内部时钟发生器的输入端, XTAL2应悬空。,由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的,所以外部时钟信号的占空比没有特殊要求,但最小高电平持续时间和最大低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。,3 方案设计与论证,DS12887与CPU接口电路,DS1302与CPU接口,方案1,解析,方案2,解析,方案1：,使用并行接口时钟芯片DS12887设计时钟电路。该设计方案用AT89S51主控，利用并行时钟芯片DS12887为核心计时芯片，组成数字时钟电路。该电路能够准确计时，还附加许多其它功能，在掉电时能保存用户设置参数和故障状态参数等重要参数。,方案2：,使用串行接口时钟芯片DS1302设计时钟电路。该设计方案以单片机AT89S51为主控芯片，以串行时钟芯片DS1302为核心计时芯片，组成数字时钟电路。该电路不但能准确地计时、附加其它功能，而且，其三线接口可以节省接口资源，在断电后不丢失时间和数据信息。,4.1 单片机AT89S51外围电路设计,单片机复位电路图,单片机AT89S51作为主控芯片，控制整个电路的运行。单片机外围需要一个复位电路，复位电路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。该设计采用含有二极管的复位电路，复位电路可以有效的解决电源毛刺和电源缓慢下降（电池电压不足）等引起的问题，在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。,AT89S51外围电路图,4.2 DS1302与单片机的接口设计,时钟芯片DS1302与单片机AT89S51的接口是由3条线来完成的，单片机AT89S51的与时钟芯片的数据传输端相连，用来作为DS1302输入时钟SCLK控制端控制DS1302的复位输入端。DS1302接标准石英晶振。,4.3 电源设计,时钟芯片DS1302有很宽的工作电压范围，其工作电压为。单片机AT89S51的工作电压范围相对较窄，为，所以本设计中，给电路接入三端稳压器7805，利用它的稳压功能给电路提供稳定的+5V电压，使电路的工作保持很高的可靠性。在电路中接入一个发光二极管作为指示灯，可以很方便地指示电源与电路是否接通。,启动,写数据字节一位,复位端变高启动一次数据传送工作,结束,SCLK发脉冲,复位端变低,SCLK发脉冲,写命令字节一位,够8次吗？,够8次吗？,N,Y,Y,N,启动,写数据字节一位,复位端变高启动一次数据传送,工作,结束,SCLK发脉冲,复位端变低,SCLK发脉冲,写命令字节一位,够8次吗？,够8次吗？,N,Y,Y,N,启动,读数据字节一位,复位端变高启动一次数据传送,工作,结束,SCLK发脉冲,复位端变低,SCLK发脉冲,写命令字节一位,够8次吗？,够8次吗？,N,Y,Y,N,DS1302时间流程图,写DS1302流程图,读DS1302流程图,5.结论,本设计利用单片机AT89S51控制串行实时时钟芯片DS1302构成数字时钟电路，实现计时功能。该电路使用简单的三线接口，为单片机节省大量的接口资源，时钟芯片DS1302带有后备电池，具备对后背电源进行涓细电流充电的能力，保证电路断电后仍保存时间和数据信息，这些优点解决了目前常用实时时钟占用单片机资源多以及计时不可靠等缺点。该时钟功能强大，性能优越，能为很多领域，特别是对时钟工作的精确性和可靠性有较高要求的场合，提供较好的实时时钟。但是，由于DS1302易受环境影响，会使该电路出现时钟精度不高、时钟混乱5等问题，还有待继续研究和改进。,