多功能数字电子表

一、设计任务与要求：

设计任务:多功能数字电子表

基本要求：计时功能：显示时、分、秒，定闹功能，秒表功能，倒计时功能。

提高要求：增加“语音报时”功能，增加“电子日历”功能。

二、方案比较

方案一：

按照系统设计的功能的要求，初步确定系统由主控模块、时钟模块、显示模块各键盘接口模块、功能指示模块共5 个模块组成，电路系统构成框图如图1所示。主控芯片使用52 系列STC89C52RC 单片机，时钟芯片使用美国DALLAS 公司推出的一款高性能、低功耗、带RAM 的实时时钟DS1302。采用DS1302 作为计时芯片，可以做到计时准确。更重要的是，DS1302 可以在很小电流的后备电源（2.5V--5.5V 电源，在2。5V 时耗电小于300nA）下继续计时，而且DS1302 可以编程选择多种充电电流来对后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本功不耗电。显示模块采用普通的共阳LED 数码管，键输入采用查询法实现功能调整。

方案二：

按照系统设计的要求和功能，将系统分为主控模块、时钟电路模块、按键扫

描模块，LCD 显示模块，电源电路、复位电路、晶振电路几个模块，系统框图如

图2 所示。主控模块采用STC89C52RC 单片机，按键模块用四个按键，用于调整

时间和设定闹钟，显示模块采用LCD1602，时钟电路模块采用DS1302 实时时钟

实现对时间，日期的操作。

方案三：

按照系统设计的要求和功能，将系统分为主控制器模块、显示模块、按键开

关模块、蜂鸣器电路模块。系统框图如图3 所示，主控制模块采用STC89C52RC

单片机为控制中心，显示模块采用液晶LCD1602 显示，计时使用STC89C52RC 单

片机自带的定时器功能，实现对时间、日期的操作，通过按键盘开关实现对时间、

日期的调整。

图3 基于STC89C52RC 单片机的数字钟总体设计框图

方案选择：

上面提到的三个方案中，在电路原理方面大致相同，都能够达到设计任务与要求，在方案一款方案二中使用外部的时钟芯片DS1302 来实现日期和时间的操作，方案三中则利用了单片机自身的定时器功能；方案二和方案三在显示模块上都使用液晶显示屏LCD1602 作为显示，方案一则使用LED 数码管作为显示，采用LED 数码管动态扫描，数码管的价格适中，对于显示数字较好，而且使用单片机的端口也较少；采用LCD1602 液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可以显示大量文字、图形，显示多样性，清晰可见，价格相对LED 数码管来说要昂贵些，但是基于本设计显示的东西较多，若采用LED 数码管的话，所需数码管较多，价格也相应的会提高，而且不利于控制，对于LCD1602，随着现在制造的发展，价格也在下降，同时它所使用的端口也不很多，能够清晰的显示，比较适合显示大量的数字，因此选择LCD1602 作为显示模块。DS1302 是一款高性能的实时时钟芯片，以计时准确、接口简单、使用方便、工作电压范围宽和低功耗等优点，得到广泛的应用，同时可以对秒、时、分、日、月、年以及润年补偿的年进行计数，而且在掉电时能够在外部纽扣电池的供电下继续工作，

不会因为掉电后，其时间就要重新设置，方案三中使用定时器的功能，当在掉电的时候就会使时间和日期回到原来设定的初始值，同时直接采用单片机定时计数提供秒信号，使用程序实现年时间和日期，采用此种方案，节约成本，但是实现的时间误差较大，所以不采用这种方案。

通过对上述方案的论证分析，本次设计选择方案一，采用STC89C52RC 作为主控制系统，DS1302 提供时钟，数码管作为显示模块

三、硬件单元电路设计

1.主控制系统

单片机中央处理系统的方案设计，我们选用具有STC 公司的STC89C52 单片机作为中央处理器，如图4 所示。该单片机除了拥有MCS-51 系列单片机的所有优点外，内部还具有8K 的在系统可编程FLASH 存储器，低功耗的空闲和掉电模式，极大的降低了电路的功耗，还包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。是比较合适的方案。

图4 STC89C52RC 主控制系统

2、时钟振荡电路

时钟振荡电路图5 所示，时钟振荡电路用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号，电路由两个30pF 的瓷片电容和一个20MHz 的晶振组成，并接入到单片机的XTAL1 和XTAL2 引脚处，使单片机工作于内部振荡模式。此电路在加电后延迟大约10ms 振荡器起振，在XTAL2 引脚产生幅度为3V 左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。电路中两个电容C1、C2 的作用使电路快速起振，提高电路的运行速度，对于STC89C52RC 其工作频率为0 至33MHz,在这个范围内单片机能够正常的工作。在实现倒计时与秒表时用到了单片机的定时器。若要计时1ms 则设定的初值应该为16666.

图5 STC89C52RC 时钟振荡电路

3、复位电路

复位电路由电阻和极性电容组成，如图6 所示，通过高电平使单片机复位，在时钟电路开始工作后，当高电平的时间超过大约2us 时，即可实现复位。此复位电路同时具备了上电复位和手动复位的功能，上电复位发生在开机加电时，由系统自动完成，手动复位通过一个按键来实现，在程序运行时，若遇到死机，死循环或程序“跑飞”等情况，通过手动复位就可以实现重新启动的操作。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST 上加入高电平。一般采用的办法是在RST 端和正电源Vcc 之间接一个按钮和一个电阻，如图所示，当人为按下按钮时，则Vcc 的+5V 电平就会直接加到RST 端，由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST 端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc 对电容的充电过程而逐渐回落，即RST 端的高电平持续时间取决于电容的充电时间，由图可知充电时间为：

T=2.3RC=2.3*10*10-6*5.1*103=0.1173s ，保证系统能够可靠地复位。

4、DS1302 时钟电路

时钟电路主要由时钟芯片DS1302、晶振等几部分组成，如图7 所示。DS1302采用3 线串行接口，占用引脚少，内部集成了可编程日历时钟，用户可以根据需要通过单片机的控制来自行设置，支持双电源供电，可以使用外部主电源和备用电源，备份电源能够使时钟芯片继续工作,但因为空间问题没有采用备用电源。