基于单片机电子钟设计
基于单片机电子钟设计
摘要
本电子钟由单片机、定时、显示、按键、定时提醒、ISP在线编程6部分组成。产品以AT89S52单片机、DS1302时钟芯片为核心，显示部分采用两个4位8段LED(数码管)，使用4个按键和1蜂鸣器，加上ISP在线编程模块。DS1302产生时钟信号和存放闹铃数据，其精度和可靠性高，在单片机掉电状态下能正确走时、保存闹铃数据长达10年，故能实现停电重起后定时设计不变的关键设计指标。AT89S52单片机实时获取DS1302的时间和闹铃数据，驱动LED和蜂鸣器。显示部分的LED有高亮度，低成本等诸多优点。蜂鸣器作闹铃提示切合实际、直观。按键方面采用软件消抖，减少硬件电路的同时增加了可靠性。本产品完全达到设计要求，辅助的ISP在线编程让产品具有强大的扩展功能，使其不仅仅是一个电子钟，更是一个单片机试验平台。
关键字：电子钟、AT89S52、DS1302、ISP在线编程
前言
学校为了提高学生的动手能力，给2009年的“索尼杯”全国大学生电子设计大赛选拔人才，于2008年11月举行了校内电子设计大赛，我们小队选择了电子时钟设计这一题目。基于单片机的定时与控制装置在诸多行业都有着广泛的应用，也是全国电子设计大赛每届必考的题型。电子时钟的设计，涵盖了单片机最小系统和最常用的外围电路。
通过电子时钟的设计，我们能达到以下的目标：
（1）能够理解单片机最小系统的概念，知道怎么才能让单片机系统运行起来，对单片机的理解不仅仅局限在理论上。
（2）通过键盘和显示模块的设计，了解单片机控制的基本理念，使用DS1302时钟芯片，能了解单片机和外围IC的接口模型。
（3）通过对单片机最重要两个功能（中断、定时）的使用，可以熟悉单片机的基本结构与工作原理。
（4）熟悉硬件制作的流程和实现软件功能的过程，提高动手能力。
二 总体方案设计
2.1 设计要求与目标
根据设计要求和使用需要，设计的电子钟应达到如下目标：
（1）显示时间、日期、三组闹铃。
（2）4个按键实现显示状态切换，时间、日期、闹铃的设置。
（3）闹铃时间到蜂鸣器以1HZ的频率响三次。
（4）单片机停电重启后定时设计不变、时间准确。
（5）ISP在线编程。
2.2 总体方案
本电子钟由单片机、定时、显示、按键、定时提醒、ISP在线编程6部分组成。
总体方案方框图如图1.1所示： 2.3 方案论证与选择
（1）单片机
根据实际学习情况和设计要求，采用ATMEL公司生产的低电压、高性能COMS 8位单片机AT89S52，它有128Byte RAM、8KByte可编程FLASH ROM，指令系统与MCS-51系列兼容。采用KEILC51编译软件，PROTUES仿真平台，能方便实现程序的仿真。ISP在线编程，能方便的更新程序。
（2）时钟电路
方案一：软时间，通过AT89S52片内集成的可编程定时/计数器，采用软件编程实现时钟计数。它的处理过程如下：首先设定单片机内部的一个定时器/计数器工作方式于定时方式，对机器周期计数形成基准时间（如10ms），然后用另一个定时器/计数器或软件计数的方法队基准时间计数形成秒（对10ms计数100次），秒计60次形成分，分计60次形成小时，小时计24次则计满一天。优点：硬件电路简单，成本低，系统功能全部与软件设定有关。缺点：1、精度有限，利用定时器/计数器，在执行其中断程序时会占用时间，产生误差，而且误差累加。2、软件设计复杂，要实现显示日期的功能，需要编写万年历的程序段，其程序复杂度大大提高。3、不能保存时间，单片机掉电重启后时间会被初始化。
方案二：硬时间，采用时钟芯片，其功能强大，功能部件集成在芯片内部，有自动产生时钟等相关功能。单片机实时采样时钟芯片的数据，然后驱动显示电路便可实现要求。优点：1、功能强大，能方便的获取时间、日期等信息。2、单片机掉电后，时钟芯片仍能正常走时，保存在时钟芯片内部RAM里的数据不会丢失。3、编程相对简单，把时钟芯片操作的程序模块化，可方便以后调用。4、精度高，功耗低，一般的电池做辅助电源都能用10年以上。
为了实现单片机停电重启后定时设计不变的指标，采用方案二。
（3）显示电路
显示部分有LED和LCD两种方式可以选择。LCD功耗低，显示内容丰富，但其成本高。LED亮度高，驱动简单，成本低。
根据实际情况，采用两个4位8段共阳极数码管作为显示输出。
（4）定时提醒
定时提醒可以用发光二极管、蜂鸣器、音乐芯片。发光二极管不够直观，音乐芯片供电不方便，而且包装困难，蜂鸣器简单易用。
综合比较，采用蜂鸣器。
（5）在线编程
Easy 51Pro串行编程器，采用长沙理工大学 聂忠强老师编写的Easy51Pro上位软件，自制一根下载线。
（6）电源
整个系统功耗较低，采用9V DC电源经7805稳压输出5V电压580