【51单片机仿真】基于51单片机设计的钟表定时闹钟系统仿真&源码&设计文档&演示视频——完整资料下载

Archie_IT2024-08-06 9:56

演示视频

设计内容

（1）使用 DS1302 结合字符型 LCD12864 显示器设计一个简易的定时闹钟 LCD 时钟。程序执行后 LCD 显示"00：00：00"

（2）K1---设置现在的时间，年闪烁，再按 K1 键月闪烁，依次日，星期，时，分， 秒。

（3）K2---正常显示时间模式下按下 K2 键显示闹钟设置的时间，再按 K1 键依次 年，月，日，时，分，秒闪烁。

（4）K3---在设置现在时间或闹铃时间模式下，K3 负责增加功能，例如日闪烁时， 每按一次 K3 键日期加 1，加到 31 再从 1 开始。

（5）K4---在正常时间显示模式下，K4 为闹铃 ON/OFF 的状态切换，设置为 ON 时 连续三次发出"哗"的一声，并在屏幕上显示闹铃图案，设置为 OFF 发出"哗" 的一声，闹铃图案消失。在设置时间或闹铃模式下按下 K4 键设置完成，恢复 到正常显示时间模式。闹铃时间到时，发出一阵声响，按下本键可以停止声响。

摘要

在现代生活中，时钟和闹钟是必不可少的工具。本文介绍了一种基于DS1302实时时钟芯片和LCD12864显示模块的简易定时闹钟设计。通过对DS1302的时间读取和LCD12864的字符显示技术，结合按键控制，本文实现了一种可以显示时间、设置时间、设置闹钟并控制闹钟开关的系统。本文详细阐述了系统的硬件设计、软件设计以及具体的实现过程，并通过调试与测试验证了系统的功能。此设计不仅适用于个人学习和项目开发，也为嵌入式系统应用提供了重要的参考。

目录

摘要

[1. 引言](#1. 引言)

[2. 系统设计原理](#2. 系统设计原理)

[2.1 硬件设计](#2.1 硬件设计)

[2.1.1 DS1302实时时钟芯片](#2.1.1 DS1302实时时钟芯片)

DS1302的引脚功能

DS1302的连接方式

DS1302的基本操作

[2.1.2 LCD12864字符显示模块](#2.1.2 LCD12864字符显示模块)

LCD12864的引脚功能

LCD12864的连接方式

LCD12864的基本操作

[2.1.3 按键模块](#2.1.3 按键模块)

按键连接方式

按键功能描述

[2.1.4 蜂鸣器模块](#2.1.4 蜂鸣器模块)

蜂鸣器连接方式

蜂鸣器工作原理

[2.1.5 电源管理](#2.1.5 电源管理)

[2.2 软件设计](#2.2 软件设计)

[2.2.1 系统初始化](#2.2.1 系统初始化)

[2.2.2 时间读取与显示](#2.2.2 时间读取与显示)

[2.2.3 时间设置功能](#2.2.3 时间设置功能)

[2.2.4 闹钟设置功能](#2.2.4 闹钟设置功能)

[2.2.5 闹钟开关控制](#2.2.5 闹钟开关控制)

[2.2.6 按键处理及消抖](#2.2.6 按键处理及消抖)

[3. 关键技术实现](#3. 关键技术实现)

[3.1 DS1302的接口与通信](#3.1 DS1302的接口与通信)

DS1302通信过程

[3.2 LCD12864的显示控制](#3.2 LCD12864的显示控制)

LCD12864初始化

LCD12864字符显示

[3.3 按键多功能实现](#3.3 按键多功能实现)

按键功能切换

[3.4 闹钟响铃与停止](#3.4 闹钟响铃与停止)

[4. 系统调试与测试](#4. 系统调试与测试)

[4.1 硬件电路调试](#4.1 硬件电路调试)

[4.2 软件功能测试](#4.2 软件功能测试)

[4.3 综合性能验证](#4.3 综合性能验证)

[5. 结论](#5. 结论)

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1. 引言

随着嵌入式技术的快速发展，越来越多的电子设备被应用于日常生活中。时钟和闹钟是人们生活中必不可少的工具，它们帮助人们合理安排时间，提高生活和工作的效率。虽然市场上已有多种形式的时钟和闹钟，但为了更好地理解嵌入式系统的设计原理和实现方法，设计并实现一个简易的定时闹钟具有重要的实践意义。

本文设计了一种基于DS1302实时时钟芯片和LCD12864显示模块的简易定时闹钟系统。DS1302芯片是一种低功耗的实时时钟芯片，能够提供年、月、日、时、分、秒的时间信息，并支持电池备份功能。LCD12864是一个常用的字符显示模块，具有良好的显示效果和较低的功耗。通过使用这些模块，结合按键控制，实现了一种功能丰富、使用便捷的定时闹钟系统。

本文的设计不仅适用于个人学习和项目开发，还可以为嵌入式系统的应用提供有益的参考。

2. 系统设计原理

2.1 硬件设计

硬件设计是实现系统功能的基础。本设计的硬件部分包括DS1302实时时钟芯片、LCD12864显示模块、按键模块、蜂鸣器模块和电源管理模块。以下是各个模块的详细介绍。

2.1.1 DS1302实时时钟芯片

DS1302是美国达拉斯半导体公司推出的一款低功耗实时时钟芯片，广泛应用于各种需要计时功能的设备中。其主要特点包括：

  • 低功耗：工作电流小于1µA，非常适合电池供电设备。
  • 电池备份：支持外接电池，在掉电情况下仍能维持计时。
  • 串行接口：采用简单的三线串行接口，便于与单片机连接。
  • 支持BCD码：时间数据以BCD码格式存储，便于处理和显示。
  • 计时功能：支持年、月、日、星期、时、分、秒的计时。
DS1302的引脚功能
  • VCC1/VCC2：主电源和备用电源引脚。
  • GND：接地。
  • RST：复位信号输入，用于启动和结束数据传输。
  • SCLK：串行时钟信号输入，控制数据传输速度。
  • DSIO：串行数据输入/输出，用于传输时间和控制信息。
DS1302的连接方式

DS1302与单片机之间通过三根线连接：RST、SCLK和DSIO。如下图所示：

单片机端口   DS1302引脚
-----------  ---------
P1.0        -> RST
P1.1        -> SCLK
P1.2        -> DSIO
DS1302的基本操作
  • 读取时间：通过发送读命令，从DS1302的寄存器中读取当前时间信息。
  • 设置时间：通过发送写命令，将新的时间信息写入DS1302的寄存器中。
  • 启动/停止时钟：通过控制寄存器中的特定位，启动或停止时钟的计时功能。

2.1.2 LCD12864字符显示模块

LCD12864是一个128x64分辨率的液晶显示模块，支持字符和简单图形的显示。其特点包括：

  • 高分辨率：支持128x64像素的显示，适合显示多行字符和简单图形。
  • 低功耗：在显示状态下功耗较低，适合电池供电的设备。
  • 多种接口：支持并行和串行接口，便于与各种微控制器连接。
  • 灵活显示：支持多种显示模式和字符字体，可根据需要进行配置。
LCD12864的引脚功能
  • VCC/GND：电源和接地引脚。
  • RS：寄存器选择引脚，控制命令或数据输入。
  • RW：读/写选择引脚，控制数据读入或写出。
  • E：使能信号引脚，控制数据传输时序。
  • DB0-DB7：数据总线引脚，用于数据传输。
LCD12864的连接方式

LCD12864通过8位并行数据总线与单片机连接，具体连接如下：

单片机端口   LCD12864引脚
-----------  ----------
P2.0-P2.7   -> DB0-DB7
P3.0        -> RS
P3.1        -> RW
P3.2        -> E
LCD12864的基本操作
  • 初始化：配置显示模式、光标位置、字符大小等。
  • 显示字符：通过指定地址和数据，显示字符信息。
  • 清屏：清除屏幕上的所有显示内容。
  • 设定光标：设置光标位置，便于字符的显示和更新。

2.1.3 按键模块

按键模块用于接收用户输入，实现对时间和闹钟的设置。设计中使用四个按键：

  • K1：时间设置/切换键。
  • K2：闹钟设置/切换键。
  • K3：增加功能键。
  • K4：闹钟开关/确认键。
按键连接方式

按键通过电阻阵列连接到单片机I/O口，实现对按键状态的检测。具体连接如下：

单片机端口   按键
-----------  -----
P0.0        -> K1
P0.1        -> K2
P0.2        -> K3
P0.3        -> K4
按键功能描述
  • K1按键：在正常显示模式下，按下K1进入时间设置模式，切换需要设置的时间部分。
  • K2按键：在正常显示模式下，按下K2进入闹钟设置模式，切换需要设置的闹钟部分。
  • K3按键：在设置模式下，按下K3增加选定时间部分的数值。
  • K4按键：在正常显示模式下，按下K4切换闹钟开关状态。在设置模式下，按下K4确认设置并返回正常模式。

2.1.4 蜂鸣器模块

蜂鸣器用于闹钟响铃提示，提醒用户设定的闹钟时间已到。

蜂鸣器连接方式

蜂鸣器通过三极管驱动，连接到单片机的I/O口。具体连接如下：

单片机端口   蜂鸣器
-----------  -----
P0.4        -> BUZ1
蜂鸣器工作原理
  • 响铃控制：单片机通过输出高低电平，控制三极管导通与否，从而控制蜂鸣器响铃。
  • 停止响铃：按下K4按键，单片机停止输出控制信号，关闭蜂鸣器。

2.1.5 电源管理

系统需要稳定的电源供应以确保正常工作。

  • 电源输入：系统可以使用5V直流电源输入。
  • 稳压模块：使用LM7805稳压芯片，将输入电压稳定在5V。
  • 电池备份：DS1302支持电池备份功能，在主电源掉电时仍能维持时间计时。

2.2 软件设计

软件设计是实现系统功能的核心。本文采用C语言进行编程，利用单片机的I/O端口实现对DS1302、LCD12864和按键的控制。软件设计包括系统初始化、时间读取与显示、时间设置、闹钟设置、按键处理及消抖等模块。

2.2.1 系统初始化

系统初始化包括对DS1302、LCD12864和I/O端口的配置。通过初始化，设置系统的初始状态和参数，确保各模块正常工作。

void SystemInit()
{
    // 初始化DS1302
    Ds1302Init();
    
    // 初始化LCD12864
    LCDInit();

    // 初始化按键
    KeyInit();
}

2.2.2 时间读取与显示

通过DS1302的读命令，获取当前的时间信息，并在LCD12864上显示。

void DisplayTime()
{
    uchar time[7];
    Ds1302ReadTime(time); // 读取当前时间

    // 将时间转换为字符串
    char buffer[20];
    sprintf(buffer, "%02x:%02x:%02x", time[2], time[1], time[0]);

    // 在LCD12864上显示时间
    LCDSetCursor(0, 0);
    LCDPrint(buffer);
}

2.2.3 时间设置功能

通过按键K1进入时间设置模式，用户可依次设置年、月、日、时、分、秒。

void SetTime()
{
    uchar time[7];
    Ds1302ReadTime(time); // 读取当前时间

    uchar position = 0; // 设定位置
    while (1)
    {
        DisplayTime(); // 显示当前时间
        if (KeyScan(K1)) // 按下K1键，切换位置
        {
            position = (position + 1) % 6;
        }
        if (KeyScan(K3)) // 按下K3键，增加数值
        {
            time[position]++;
        }
        if (KeyScan(K4)) // 按下K4键，确认设置
        {
            Ds1302SetTime(time);
            break;
        }
    }
}

2.2.4 闹钟设置功能

通过按键K2进入闹钟设置模式，用户可设置闹钟的时间。

void SetAlarm()
{
    uchar alarm[3]; // 闹钟时间：时、分、秒
    uchar position = 0;
    while (1)
    {
        DisplayAlarm(alarm); // 显示当前闹钟时间
        if (KeyScan(K1)) // 按下K1键，切换位置
        {
            position = (position + 1) % 3;
        }
        if (KeyScan(K3)) // 按下K3键，增加数值
        {
            alarm[position]++;
        }
        if (KeyScan(K4)) // 按下K4键，确认设置
        {
            SetAlarmTime(alarm);
            break;
        }
    }
}

2.2.5 闹钟开关控制

在正常显示模式下，通过按键K4实现闹钟开关的控制。

void ToggleAlarm()
{
    static uchar alarmOn = 0;
    if (KeyScan(K4)) // 按下K4键，切换闹钟状态
    {
        alarmOn = !alarmOn;
        if (alarmOn)
        {
            LCDShowAlarmIcon();
        }
        else
        {
            LCDHideAlarmIcon();
        }
    }
}

2.2.6 按键处理及消抖

按键输入存在抖动现象，需要进行消抖处理以保证输入的准确性。

uchar KeyScan(uchar key)
{
    static uchar keyState = 0;
    if (KEY_PORT & key) // 检测按键状态
    {
        if (keyState == 0)
        {
            Delay(10); // 消抖延时
            if (KEY_PORT & key)
            {
                keyState = 1;
                return 1;
            }
        }
    }
    else
    {
        keyState = 0;
    }
    return 0;
}

3. 关键技术实现

3.1 DS1302的接口与通信

DS1302的通信通过三线接口实现，分别是RST、SCLK和DSIO。通信过程中，主设备通过RST启动数据传输，SCLK提供时钟信号，DSIO用于传输数据。DS1302内部寄存器以BCD码格式存储时间数据，用户可以通过读写寄存器来实现时间的设置和读取。

DS1302通信过程

  • 启动传输：将RST置高电平，开始数据传输。

  • 发送命令：通过SCLK的上升沿，逐位发送命令字节。

  • 数据传输：根据命令字节的类型，读写时间数据。

  • 结束传输：将RST置低电平，结束数据传输。

    void Ds1302Write(uchar addr, uchar dat)
    {
    uchar i;
    RST = 0;
    nop();
    SCLK = 0;
    nop();
    RST = 1;
    nop();

      // 发送地址
  for (i = 0; i < 8; i++)
  {
      DSIO = addr & 0x01;
      addr >>= 1;
      SCLK = 1;
      _nop_();
      SCLK = 0;
      _nop_();
  }

  // 发送数据
  for (i = 0; i < 8; i++)
  {
      DSIO = dat & 0x01;
      dat >>= 1;
      SCLK = 1;
      _nop_();
      SCLK = 0;
      _nop_();
  }

  RST = 0;
  _nop_();

    }

    uchar Ds1302Read(uchar addr)
    {
    uchar i, dat = 0;
    RST = 0;
    nop();
    SCLK = 0;
    nop();
    RST = 1;
    nop();

      // 发送地址
  for (i = 0; i < 8; i++)
  {
      DSIO = addr & 0x01;
      addr >>= 1;
      SCLK = 1;
      _nop_();
      SCLK = 0;
      _nop_();
  }

  // 读取数据
  for (i = 0; i < 8; i++)
  {
      dat >>= 1;
      if (DSIO)
          dat |= 0x80;
      SCLK = 1;
      _nop_();
      SCLK = 0;
      _nop_();
  }

  RST = 0;
  _nop_();
  return dat;

    }

3.2 LCD12864的显示控制

LCD12864的控制通过并行数据总线实现。单片机通过RS、RW和E引脚控制LCD12864的命令和数据传输。

LCD12864初始化

在使用LCD12864之前，需对其进行初始化，包括设置显示模式、清屏和设置光标位置等。

void LCDInit()
{
    LCDWriteCmd(0x30); // 基本指令集
    Delay(5);
    LCDWriteCmd(0x0C); // 显示开
    Delay(5);
    LCDWriteCmd(0x01); // 清屏
    Delay(5);
    LCDWriteCmd(0x06); // 光标右移
    Delay(5);
}

void LCDWriteCmd(uchar cmd)
{
    RS = 0; // 命令模式
    RW = 0; // 写模式
    LCD_DATA = cmd;
    E = 1;
    _nop_();
    E = 0;
    Delay(2);
}

void LCDWriteData(uchar data)
{
    RS = 1; // 数据模式
    RW = 0; // 写模式
    LCD_DATA = data;
    E = 1;
    _nop_();
    E = 0;
    Delay(2);
}
LCD12864字符显示

通过LCD12864的显示指令，可以在屏幕上显示字符信息。

void LCDPrint(char *str)
{
    while (*str)
    {
        LCDWriteData(*str++);
    }
}

void LCDSetCursor(uchar x, uchar y)
{
    uchar addr;
    switch (y)
    {
    case 0:
        addr = 0x80 + x;
        break;
    case 1:
        addr = 0x90 + x;
        break;
    case 2:
        addr = 0x88 + x;
        break;
    case 3:
        addr = 0x98 + x;
        break;
    default:
        return;
    }
    LCDWriteCmd(addr);
}

3.3 按键多功能实现

通过检测按键的状态变化，实现不同的功能。在不同的操作模式下，按键有不同的功能。

按键功能切换

  • 正常显示模式：K1进入时间设置，K2进入闹钟设置，K4切换闹钟开关。

  • 时间设置模式：K1切换设定位置，K3增加数值，K4确认设置。

  • 闹钟设置模式：K1切换设定位置，K3增加数值，K4确认设置。

    void KeyProcess()
    {
    if (KeyScan(K1))
    {
    if (mode == NORMAL)
    {
    mode = SET_TIME;
    }
    else if (mode == SET_TIME)
    {
    position = (position + 1) % 6;
    }
    else if (mode == SET_ALARM)
    {
    position = (position + 1) % 3;
    }
    }
    if (KeyScan(K2))
    {
    if (mode == NORMAL)
    {
    mode = SET_ALARM;
    }
    }
    if (KeyScan(K3))
    {
    if (mode == SET_TIME || mode == SET_ALARM)
    {
    IncreaseValue(position);
    }
    }
    if (KeyScan(K4))
    {
    if (mode == NORMAL)
    {
    ToggleAlarm();
    }
    else if (mode == SET_TIME || mode == SET_ALARM)
    {
    mode = NORMAL;
    }
    }
    }

3.4 闹钟响铃与停止

当系统检测到当前时间与设定的闹钟时间一致时，控制蜂鸣器响铃。用户可以通过按下按键K4停止响铃。

void CheckAlarm()
{
    if (alarmOn && IsAlarmTime())
    {
        BuzzerOn();
    }
}

uchar IsAlarmTime()
{
    uchar time[3];
    Ds1302ReadTime(time);
    return (time[2] == alarm[0] && time[1] == alarm[1] && time[0] == alarm[2]);
}

void BuzzerOn()
{
    BUZ1 = 1;
}

void BuzzerOff()
{
    BUZ1 = 0;
}

4. 系统调试与测试

系统的调试与测试是确保设计成功的关键步骤。在硬件和软件设计完成后，需要对系统进行全面的调试和测试，以验证其功能和性能。

4.1 硬件电路调试

硬件电路调试包括对DS1302、LCD12864、按键和蜂鸣器模块的连接和功能测试。

  • DS1302调试：确保时钟芯片正确计时，在掉电情况下计时不丢失。
  • LCD12864调试：确保字符显示正常，清屏和光标设置功能正常。
  • 按键调试：确保按键输入准确，消抖处理有效。
  • 蜂鸣器调试：确保蜂鸣器能够正常响铃和停止。

4.2 软件功能测试

软件功能测试包括对系统各个功能模块的验证。

  • 时间读取与显示测试：确保显示的时间与实际时间一致。
  • 时间设置测试：确保能够正确设置年、月、日、时、分、秒。
  • 闹钟设置测试：确保能够正确设置闹钟时间。
  • 闹钟开关测试：确保闹钟能够正常开关。
  • 闹钟响铃测试：确保闹钟时间到时能够响铃，并能够通过按键停止响铃。

4.3 综合性能验证

对系统进行长时间的运行测试，验证系统的稳定性和可靠性。在不同的环境下运行，检查系统的性能，确保其能够满足设计要求。

5. 结论

本文设计了一种基于DS1302和LCD12864的简易定时闹钟系统。通过对硬件和软件的设计与实现，实现了时间显示、时间设置、闹钟设置和闹钟控制等功能。通过调试与测试验证了系统的功能和性能，设计满足预期要求。该系统设计简单、成本低廉，适合用于嵌入式系统学习和小型应用项目。

系统源码仿真演示视频等资料下载链接

基于51单片机设计的钟表定时闹钟系统仿真/源码/设计文档/演示视频（毕设/课设/竞赛/实训/项目开发）资源-CSDN文库https://download.csdn.net/download/m0_61712829/89615005

单片机项目大合集链接：

https://www.kdocs.cn/l/cmrxCxJN05YN

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