单片机的电子数字钟的设计
单片机控制系统指的是以单片机芯片作为控制器并结合其他必要功能模块的角色而实现的一种能够实现测量、闹钟、显示等功能的自动控制系统，它的出现和普及大大改变了人们的生活方式，因此本次毕业设计将以单片机控制系统作为研究对象，设计了一款能够实现时间显示、农历计时、温度测量以及闹钟设置等功能的电子系统。在硬件系统上使用了目前在大学教学和市场上最受欢迎的51单片机作为控制器芯片，在其片外配置了RTC时钟以及温度传感器等模块；在软件上通过C语言编写了程序代码，并通过Keil软件环境进行了程序代码的优化和编译。在硬件系统和软件系统都设计完毕后，对这款控制系统进行了大量的测试和优化，在测试过程中系统表现出了非常高的稳定性和使用价值，非常适合进行大量生产并逐步取代相关产品。
目录
引言 1
一、 电子数字钟的工作原理及功能 2
二、 设计方案及元器件的选择 2
（一）常用单片机的比较与选择 2
（二）AT89C51单片机 3
（三）DS1302实时时钟芯片 3
（四）温度传感器 4
（五）LCD1602液晶显示器 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 硬件结构框图设计 7
（二） 最小系统设计 7
（三） DS1302实时时钟芯片电路的设计 9
（四） 温度传感器电路设计 9
（五） 液晶显示器电路设计 10
（六） 闹钟电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 软件工作流程设计 12
（二） DS1302实时时钟芯片的驱动流程设计 13
（三） 温度传感器工作流程设计 15
（四） 液晶显示器工作流程设计 17
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 元件列表 22
附录三 程序 23
引言
本课题将要设计一款以AT89C51单片机作为中央处理器的数字钟控制系统，这款系统与目前市面上绝大多数产品相比将具有更高的处理速度、更优秀的计时误差性能以及
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大幅度降低的功耗，下面对数字钟系统的发展背景做简要介绍。
数字钟最早是以一种计时工具出现在人们的生活中的，古代中国农业发达，时间、气候以及温度的计量称为了辅助农业发展的一项重要工具，通过谚语或者纸质的日历等有形或者无形的时间日期参考方式，能够帮助古代人们很好的进行农业活动，随着社会的不断发展，当造纸技术不断发展发达后，纸质的日历或者台历出现在人们的生活中，这是数字钟最早的雏形。随着时间的不断推移并且人们对于数字钟所要实现的功能不断扩展，时间日期计量、温湿度检测、音乐播放等基本功能以及不能满足人们日益提高的生活标准，这些不断扩充的功能在单片机技术发展成熟后得到了实现，随着近几年来传感器技术发展成熟后实现了传感器外形不断缩小并且传感精度不断提升，以单片机等微处理器芯片作为核心芯片的电子数字钟系统以各种外形外观涌现在市场上，几乎所有普通数字钟甚至智能型数字钟都采用这种微处理器架构来设计其内部硬件框架，其性能主要受微处理器以及传感器的影响，采用高端性能处理器如32位的ARM芯片是设计高端数字钟的首选，本课题所要设计的这款数字钟控制系统以单片机的强大处理功能作为核心技术，配合其他功能模块来实现课题预期制定的各项指标。
纵观近五年的电子数字钟市场，可以得出一个明显的现象：中端层次的电子数字钟市场几乎出现饱和状态，消费者对于中低端产品的需求不断下降，近几年来智能家居概念的不断深入人心带动了智能家居产品的发展，数字钟作为家庭生活中重要的一个电器，实现与其它家用电器的相互兼容以及共同控制，实现家居的联网是电子数字钟的主要发展前景，目前国内外性能最高的电子数字钟内部处理器采用的是由英国ARM公司设计的CortexM3架构设计的，这款32位数据处理性能的架构使得这款数字钟不但能够实现计时、室温测量等常见功能，更增添了语音和画质的处理。
电子数字钟的工作原理及功能
配置DS1302时钟电路，能够实现时间日期的显示；通过单片机对DS1302时钟芯片的驱动，使得系统具有农历显示功能；设计DS18B20温度传感器电路，使得系统具有对室温的检测功能；能够实现闹钟功能；计时误差每24小时不得高于0.5秒；采用+5V直流电压进行供电。
设计方案及元器件的选择
（一）常用单片机的比较与选择
本文结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
第二个方案时选用ATMEL公司的AVR单片机，所谓的AVR单片机指的是一种经过技术改进的并且采用RISC指令结构的单片机，其名称AVR的由来——该单片机是由ATMEL公司的A和V两位员工（A和V是他们名字的首字母）共同设计出来的，在51单片机的基础上，去除51单片机的复杂指令结构，而采用RISC指令结构，因此去RISC的首字母R，将A、V和R三个字母相连，这就是AVR单片机名称的由来。AVR单片机在一定意义上来讲，是51单片机的一种改进品，因为随着单片机技术的飞速发展，一开始设计人员威乐增强51单片机的稳定性，因此将外部输入的时钟频率经过多次分频，使得51单片机的主频变得非常小，通过牺牲主频的方式来保证单片机的稳定性。而AVR单片机经过了内部结构的改进，使得单片机不用经过大幅度分频，就可在较高速的主频频率下就能够稳定的工作，因此AVR单片机的运行速度相对来说比51单片机要高。AVR单片机的管脚封装形式与51单片机相同，同样能够大大有利于系统电路以及PCB布局的设计。
从上面两个方案的分析来看，似乎AVR单片机比AT89C51单片机要好用的多，性能上的各方面要比51单片机强得多。这两款单片机师出同门，并且价格也相对一致，但是对于AVR单片机的学习经历较为浅显，不能够像想使用51单片机那样，能够灵活地配置器内部寄存器，而寄存器的灵活配置将是单片机系统成功的必要前提，因此本文最终将决定放弃使用AVR单片机来作为本系统的主控单片机，而采用该公司的AT89C51单片机。
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引言 1
一、 电子数字钟的工作原理及功能 2
二、 设计方案及元器件的选择 2
（一）常用单片机的比较与选择 2
（二）AT89C51单片机 3
（三）DS1302实时时钟芯片 3
（四）温度传感器 4
（五）LCD1602液晶显示器 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 硬件结构框图设计 7
（二） 最小系统设计 7
（三） DS1302实时时钟芯片电路的设计 9
（四） 温度传感器电路设计 9
（五） 液晶显示器电路设计 10
（六） 闹钟电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 软件工作流程设计 12
（二） DS1302实时时钟芯片的驱动流程设计 13
（三） 温度传感器工作流程设计 15
（四） 液晶显示器工作流程设计 17
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 元件列表 22
附录三 程序 23
引言
本课题将要设计一款以AT89C51单片机作为中央处理器的数字钟控制系统，这款系统与目前市面上绝大多数产品相比将具有更高的处理速度、更优秀的计时误差性能以及
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
大幅度降低的功耗，下面对数字钟系统的发展背景做简要介绍。
数字钟最早是以一种计时工具出现在人们的生活中的，古代中国农业发达，时间、气候以及温度的计量称为了辅助农业发展的一项重要工具，通过谚语或者纸质的日历等有形或者无形的时间日期参考方式，能够帮助古代人们很好的进行农业活动，随着社会的不断发展，当造纸技术不断发展发达后，纸质的日历或者台历出现在人们的生活中，这是数字钟最早的雏形。随着时间的不断推移并且人们对于数字钟所要实现的功能不断扩展，时间日期计量、温湿度检测、音乐播放等基本功能以及不能满足人们日益提高的生活标准，这些不断扩充的功能在单片机技术发展成熟后得到了实现，随着近几年来传感器技术发展成熟后实现了传感器外形不断缩小并且传感精度不断提升，以单片机等微处理器芯片作为核心芯片的电子数字钟系统以各种外形外观涌现在市场上，几乎所有普通数字钟甚至智能型数字钟都采用这种微处理器架构来设计其内部硬件框架，其性能主要受微处理器以及传感器的影响，采用高端性能处理器如32位的ARM芯片是设计高端数字钟的首选，本课题所要设计的这款数字钟控制系统以单片机的强大处理功能作为核心技术，配合其他功能模块来实现课题预期制定的各项指标。
纵观近五年的电子数字钟市场，可以得出一个明显的现象：中端层次的电子数字钟市场几乎出现饱和状态，消费者对于中低端产品的需求不断下降，近几年来智能家居概念的不断深入人心带动了智能家居产品的发展，数字钟作为家庭生活中重要的一个电器，实现与其它家用电器的相互兼容以及共同控制，实现家居的联网是电子数字钟的主要发展前景，目前国内外性能最高的电子数字钟内部处理器采用的是由英国ARM公司设计的CortexM3架构设计的，这款32位数据处理性能的架构使得这款数字钟不但能够实现计时、室温测量等常见功能，更增添了语音和画质的处理。
电子数字钟的工作原理及功能
配置DS1302时钟电路，能够实现时间日期的显示；通过单片机对DS1302时钟芯片的驱动，使得系统具有农历显示功能；设计DS18B20温度传感器电路，使得系统具有对室温的检测功能；能够实现闹钟功能；计时误差每24小时不得高于0.5秒；采用+5V直流电压进行供电。
设计方案及元器件的选择
（一）常用单片机的比较与选择
本文结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
第二个方案时选用ATMEL公司的AVR单片机，所谓的AVR单片机指的是一种经过技术改进的并且采用RISC指令结构的单片机，其名称AVR的由来——该单片机是由ATMEL公司的A和V两位员工（A和V是他们名字的首字母）共同设计出来的，在51单片机的基础上，去除51单片机的复杂指令结构，而采用RISC指令结构，因此去RISC的首字母R，将A、V和R三个字母相连，这就是AVR单片机名称的由来。AVR单片机在一定意义上来讲，是51单片机的一种改进品，因为随着单片机技术的飞速发展，一开始设计人员威乐增强51单片机的稳定性，因此将外部输入的时钟频率经过多次分频，使得51单片机的主频变得非常小，通过牺牲主频的方式来保证单片机的稳定性。而AVR单片机经过了内部结构的改进，使得单片机不用经过大幅度分频，就可在较高速的主频频率下就能够稳定的工作，因此AVR单片机的运行速度相对来说比51单片机要高。AVR单片机的管脚封装形式与51单片机相同，同样能够大大有利于系统电路以及PCB布局的设计。
从上面两个方案的分析来看，似乎AVR单片机比AT89C51单片机要好用的多，性能上的各方面要比51单片机强得多。这两款单片机师出同门，并且价格也相对一致，但是对于AVR单片机的学习经历较为浅显，不能够像想使用51单片机那样，能够灵活地配置器内部寄存器，而寄存器的灵活配置将是单片机系统成功的必要前提，因此本文最终将决定放弃使用AVR单片机来作为本系统的主控单片机，而采用该公司的AT89C51单片机。
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