51單片機(jī)+DS1302設(shè)計(jì)一個(gè)電子鐘(LCD1602顯示時(shí)間)

一、前言

電子鐘是一種能夠準(zhǔn)確顯示時(shí)間的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于家庭、辦公場(chǎng)所和公共場(chǎng)所，為人們提供了方便和準(zhǔn)確的時(shí)間信息。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一個(gè)基于51單片機(jī)的電子鐘，使用DS1302作為RTC時(shí)鐘芯片，LCD1602作為顯示屏，并通過串口方式連接上位機(jī)進(jìn)行時(shí)間設(shè)置和鬧鐘設(shè)置。

STC89C52作為主控芯片，具有較高的性能和穩(wěn)定性，可完成對(duì)外設(shè)的控制和數(shù)據(jù)處理。DS1302是一款低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，能夠提供準(zhǔn)確的時(shí)間計(jì)數(shù)和日期功能。LCD1602是一款常用的字符型液晶顯示屏，具有兩行16列的顯示區(qū)域，能夠清晰顯示時(shí)間和其他相關(guān)信息。

通過串口連接上位機(jī)，用戶可以方便地設(shè)置電子鐘的時(shí)間和鬧鐘時(shí)間，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化需求。此外，電子鐘還帶有一個(gè)蜂鳴器，可以根據(jù)設(shè)置的鬧鐘時(shí)間進(jìn)行響鈴，提醒用戶。

電子鐘具有以下功能：

（1）顯示當(dāng)前時(shí)間和日期：LCD1602顯示屏將實(shí)時(shí)更新并顯示當(dāng)前的時(shí)間和日期信息。

（2）時(shí)間設(shè)置：通過串口連接上位機(jī)，用戶可以進(jìn)行時(shí)間的設(shè)置，包括小時(shí)、分鐘和秒。

（3）日期設(shè)置：用戶可以通過上位機(jī)設(shè)置當(dāng)前的年、月和日。

（4）鬧鐘設(shè)置：用戶可以設(shè)置鬧鐘的時(shí)間，包括小時(shí)和分鐘。到達(dá)設(shè)定時(shí)間時(shí)，蜂鳴器將響鈴提醒用戶。

（5）整點(diǎn)報(bào)時(shí)：每到整點(diǎn)，蜂鳴器將發(fā)出短促的提示音，提醒用戶當(dāng)前時(shí)間。

（6）鬧鐘響鈴：當(dāng)鬧鐘時(shí)間到達(dá)時(shí)，蜂鳴器將持續(xù)響鈴，直到用戶停止。

（7）該項(xiàng)目將借助STC89C52單片機(jī)的控制能力和串口通信功能，結(jié)合DS1302時(shí)鐘芯片和LCD1602顯示屏，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單而實(shí)用的電子鐘。用戶可以根據(jù)自己的

（8）需求進(jìn)行時(shí)間設(shè)置和鬧鐘設(shè)置，方便實(shí)用，并且具有較高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

二、項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路

項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。

2.1 硬件設(shè)計(jì)思路

（1）主控芯片選擇：選擇STC89C52作為主控芯片，由于其較高的性能和穩(wěn)定性，適合用于控制和數(shù)據(jù)處理。

（2）RTC時(shí)鐘芯片選擇：選擇DS1302作為RTC時(shí)鐘芯片，具有低功耗、精確計(jì)時(shí)和日期功能。

（3）顯示屏選擇：選擇LCD1602作為顯示屏，它具有兩行16列的字符顯示區(qū)域，能夠清晰顯示時(shí)間和其他相關(guān)信息。

（4）串口連接：設(shè)計(jì)串口連接電路，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，用于時(shí)間設(shè)置和鬧鐘設(shè)置。

（5）蜂鳴器：添加蜂鳴器模塊，用于整點(diǎn)報(bào)時(shí)和鬧鐘響鈴功能。

（6）按鍵輸入：添加按鍵輸入模塊，用于用戶操作，如切換設(shè)置模式、調(diào)整時(shí)間和設(shè)置鬧鐘。

2.2 軟件設(shè)計(jì)思路

（1）初始化設(shè)置：在程序啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)行硬件初始化，包括配置主控芯片的引腳、初始化DS1302時(shí)鐘芯片和LCD1602顯示屏。

（2）時(shí)間獲取與顯示：通過DS1302時(shí)鐘芯片獲取當(dāng)前的時(shí)間和日期，并將其顯示在LCD1602顯示屏上。

（3）串口通信：通過串口與上位機(jī)進(jìn)行通信，接收上位機(jī)發(fā)送的時(shí)間設(shè)置和鬧鐘設(shè)置指令，并進(jìn)行相應(yīng)的處理

（4）時(shí)間設(shè)置：根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的時(shí)間設(shè)置指令，更新DS1302時(shí)鐘芯片的時(shí)間計(jì)數(shù)器。

（5）日期設(shè)置：根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的日期設(shè)置指令，更新DS1302時(shí)鐘芯片的日期計(jì)數(shù)器。

（6）鬧鐘設(shè)置：根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的鬧鐘設(shè)置指令，設(shè)置鬧鐘時(shí)間，并將其保存在主控芯片的內(nèi)部存儲(chǔ)器中。

（7）整點(diǎn)報(bào)時(shí)：通過檢測(cè)DS1302時(shí)鐘芯片的小時(shí)計(jì)數(shù)器，當(dāng)小時(shí)值變化時(shí)，觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出短促的提示音。

（8）鬧鐘響鈴：通過比較當(dāng)前時(shí)間和保存的鬧鐘時(shí)間，當(dāng)達(dá)到鬧鐘時(shí)間時(shí)，觸發(fā)蜂鳴器持續(xù)響鈴，直到用戶停止或設(shè)定的時(shí)間段結(jié)束。

三、項(xiàng)目硬件接線

（1）STC89C52與DS1302：

STC89C52的P2.0口連接到DS1302的SCLK（時(shí)鐘）引腳，用于提供時(shí)鐘信號(hào)。

STC89C52的P2.1口連接到DS1302的IO（數(shù)據(jù)）引腳，用于數(shù)據(jù)傳輸。

STC89C52的P2.2口連接到DS1302的RST（復(fù)位）引腳，用于對(duì)DS1302進(jìn)行復(fù)位操作。

（2）STC89C52與LCD1602：

STC89C52的P0口連接到LCD1602的D0-D7引腳，用于傳輸字符數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。

STC89C52的P2.3口連接到LCD1602的RS（寄存器選擇）引腳，用于選擇數(shù)據(jù)或命令寄存器。

STC89C52的P2.4口連接到LCD1602的RW（讀寫選擇）引腳，用于選擇讀或?qū)懖僮鳌?/p>

STC89C52的P2.5口連接到LCD1602的E（使能）引腳，用于啟動(dòng)傳輸。

（3）STC89C52與蜂鳴器模塊：

STC89C52的P3.7口連接到蜂鳴器模塊的信號(hào)引腳，用于觸發(fā)蜂鳴器響鈴。

（4）串口通信接口。在STC89C52單片機(jī)上，串口引腳如下：

UART接收線（RXD）：連接至外部設(shè)備的發(fā)送線。

STC89C52的P3.0口（RXD）用于接收串口數(shù)據(jù)。

UART發(fā)送線（TXD）：連接至外部設(shè)備的接收線。

STC89C52的P3.1口（TXD）用于發(fā)送串口數(shù)據(jù)。

四、項(xiàng)目代碼

4.1 DS1302時(shí)鐘讀取、設(shè)置

下面代碼實(shí)現(xiàn)了，STC89C52讀取DS1302時(shí)鐘信息打印到串口，以及設(shè)置鬧鐘、時(shí)間讀取、打印到串口的功能。其中，采用了UART通信進(jìn)行與上位機(jī)交互，可以接收上位機(jī)發(fā)送過來的時(shí)間字符串，并據(jù)此設(shè)置鬧鐘和時(shí)間。

#include <reg52.h>
#include <stdio.h>

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

// 定義DS1302時(shí)鐘寄存器地址
#define DS1302_SEC_REG 0x80
#define DS1302_MIN_REG 0x82
#define DS1302_HR_REG 0x84
#define DS1302_DAY_REG 0x86
#define DS1302_MONTH_REG 0x88
#define DS1302_YEAR_REG 0x8C

// 定義DS1302控制寄存器命令
#define DS1302_CMD_WRITE 0x80
#define DS1302_CMD_READ 0x81

// 定義串口波特率為9600
#define BAUDRATE 9600
#define FOSC 11059200L
#define TIMER_INTERVAL (65536 - FOSC / 12 / BAUDRATE)

// 聲明全局變量
uchar time_buffer[20]; // 存放時(shí)間字符串
uchar alarm_buffer[20]; // 存放鬧鐘時(shí)間字符串
uint i;
bit flag; // 標(biāo)記是否接收到上位機(jī)的時(shí)間字符串

// 初始化UART模塊
void InitUart() {
    TMOD &= 0x0F;
    TMOD |= 0x20;
    TH1 = TIMER_INTERVAL / 256;
    TL1 = TIMER_INTERVAL % 256;
    PCON |= 0x80;
    SCON = 0x50;
    ES = 1;
    TR1 = 1;
    EA = 1;
}

// 將單個(gè)字節(jié)發(fā)送到串口
void SendData(uchar dat) {
    SBUF = dat;
    while (!TI);
    TI = 0;
}

// 將字符串發(fā)送到串口
void SendString(uchar *s) {
    while (*s != '?') {
        SendData(*s++);
    }
}

// 初始化DS1302時(shí)鐘芯片
void InitDS1302() {
    uchar i;

    // 使能DS1302寫保護(hù)功能
    DS1302_CE = 0;
    DS1302_SCL = 0;
    DS1302_CE = 1;
    Write_DS1302(DS1302_CMD_WRITE | 0x8e, 0x80);

    // 關(guān)閉時(shí)鐘允許，準(zhǔn)備寫入數(shù)據(jù)
    Write_DS1302(DS1302_CMD_WRITE | 0x90, 0x00);

    // 寫入年月日時(shí)分秒周
    Write_DS1302(DS1302_SEC_REG, 0x00);
    Write_DS1302(DS1302_MIN_REG, 0x30);
    Write_DS1302(DS1302_HR_REG, 0x11);
    Write_DS1302(DS1302_DAY_REG, 0x08);
    Write_DS1302(DS1302_MONTH_REG, 0x09);
    Write_DS1302(DS1302_YEAR_REG, 0x21);
    Write_DS1302(0x8e, 0x00);

    // 初始化鬧鐘時(shí)間
    for (i = 0; i < 20; i++) {
        alarm_buffer[i] = 0;
    }
}

// 向DS1302寫入數(shù)據(jù)
void Write_DS1302(uchar addr, uchar dat) {
    uchar i;

    DS1302_CE = 0;
    DS1302_SCL = 0;

    // 發(fā)送起始信號(hào)
    DS1302_CE = 1;
    DS1302_SCL = 1;
    DS1302_CE = 0;

    // 發(fā)送命令字節(jié)地址
    DS1302_WriteByte(addr);
    // 發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)
    DS1302_WriteByte(dat);

    // 停止信號(hào)
    DS1302_SCL = 0;
    DS1302_CE = 1;

    // 延時(shí)至少1us
    for (i = 0; i < 10; i++);
}

// 向DS1302讀取數(shù)據(jù)
uchar Read_DS1302(uchar addr) {
    uchar dat;
    uchar i;

    DS1302_CE = 0;
    DS1302_SCL = 0;

    // 發(fā)送起始信號(hào)
    DS1302_CE = 1;
    DS1302_SCL = 1;
    DS1302_CE = 0;

    // 發(fā)送命令字節(jié)地址
    DS1302_WriteByte(addr | 0x01);
    // 讀取數(shù)據(jù)字節(jié)
    dat = DS1302_ReadByte();

    // 停止信號(hào)
    DS1302_SCL = 0;
    DS1302_CE = 1;

    // 延時(shí)至少1us
    for (i = 0; i < 10; i++);
    return dat;
}

// 讀取DS1302時(shí)間并打印到串口
void ReadTime() {
    uchar sec, min, hour, day, month, year;
    sprintf(time_buffer, "Time: ");
    sec = Read_DS1302(DS1302_SEC_REG);
    min = Read_DS1302(DS1302_MIN_REG);
    hour = Read_DS1302(DS1302_HR_REG);
    day = Read_DS1302(DS1302_DAY_REG);
    month = Read_DS1302(DS1302_MONTH_REG);
    year = Read_DS1302(DS1302_YEAR_REG);
    sprintf(time_buffer + 6, "%02d:%02d:%02d %02d/%02d/%02drn", hour, min, sec, day, month, year);
    SendString(time_buffer);
}

// 向DS1302寫入鬧鐘時(shí)間
void SetAlarm(uchar *str) {
    uint i = 0;

    // 將字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)字
    while (str[i] != '?') {
        alarm_buffer[i] = str[i] - '0';
        i++;
        if (i > 19) // 防止溢出
            break;
    }

    // 寫入鬧鐘時(shí)間
    Write_DS1302(DS1302_CMD_WRITE | 0x81, alarm_buffer[10] << 4 | alarm_buffer[11]);
    Write_DS1302(DS1302_CMD_WRITE | 0x83, alarm_buffer[8] << 4 | alarm_buffer[9]);
    Write_DS1302(DS1302_CMD_WRITE | 0x85, alarm_buffer[6] << 4 | alarm_buffer[7]);
}

// 從串口接收數(shù)據(jù)中解析出時(shí)間信息
void ParseTime() {
    uchar i, j;
    uchar temp;
    for (i = 0; i < 20; i++) {
        time_buffer[i] = 0;
    }

    // 接收字符串格式為：hh:mm:ss dd/mm/yy
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        temp = 0;
        for (j = 0; j < 2; j++) {
            temp *= 10;
            temp += (SBUF - '0');
            while (!RI); // 等待接收完成
            RI = 0;
        }
        time_buffer[i] = temp;
        if (i == 2 || i == 4) {
            while (SBUF != ' '); // 跳過空格字符
            while (!RI); // 等待接收完成
            RI = 0;
        }
    }
    flag = 1; // 標(biāo)記已經(jīng)接收到字符串
}

// 主函數(shù)
void main() {
    InitUart();
    InitDS1302();
    flag = 0;
    while (1) {
        if (flag) { // 接收到時(shí)間字符串，設(shè)置鬧鐘和時(shí)間
            SetAlarm(time_buffer);
            Write_DS1302(DS1302_CMD_WRITE | 0x80, time_buffer[6] << 4 | time_buffer[7]);
            Write_DS1302(DS1302_CMD_WRITE | 0x82, time_buffer[3] << 4 | time_buffer[4]);
            Write_DS1302(DS1302_CMD_WRITE | 0x84, time_buffer[0] << 4 | time_buffer[1]);
            flag = 0;
        }
        ReadTime(); // 讀取當(dāng)前時(shí)間并發(fā)送到串口
    }
}

// UART接收中斷函數(shù)
void UartIsr() interrupt 4 {
    if (RI) { // 接收到數(shù)據(jù)
        ParseTime(); // 解析時(shí)間字符串
    }
    RI = 0;
}

4.2 LCD1602顯示時(shí)鐘

基于STC89C52控制LCD1602顯示時(shí)間字符串的實(shí)現(xiàn)代碼。

#include <reg52.h>
#include <stdio.h>

// 定義Data和Command寄存器選擇端口
sbit LCD_RS = P2^0;  // RS引腳（寄存器選擇）
sbit LCD_RW = P2^1;  // RW引腳（讀寫選擇）
sbit LCD_EN = P2^2;  // EN引腳（使能）

// 定義數(shù)據(jù)總線端口
#define LCD_DATA P0    

void DelayMs(unsigned int ms) {
    unsigned int i, j;
    for (i = 0; i < ms; i++)
        for (j = 0; j < 120; j++);
}

void WriteCommand(unsigned char cmd) {
    LCD_RS = 0;  // 選擇指令寄存器
    LCD_RW = 0;  // 寫模式
    LCD_EN = 0;  // 低電平使能
    LCD_DATA = cmd;  // 發(fā)送指令
    DelayMs(1);  // 延時(shí)等待指令寫入
    LCD_EN = 1;  // 高電平使能
    DelayMs(1);  // 持續(xù)一段時(shí)間
    LCD_EN = 0;  // 結(jié)束使能
}

void WriteData(unsigned char dat) {
    LCD_RS = 1;  // 選擇數(shù)據(jù)寄存器
    LCD_RW = 0;  // 寫模式
    LCD_EN = 0;  // 低電平使能
    LCD_DATA = dat;  // 發(fā)送數(shù)據(jù)
    DelayMs(1);  // 延時(shí)等待數(shù)據(jù)寫入
    LCD_EN = 1;  // 高電平使能
    DelayMs(1);  // 持續(xù)一段時(shí)間
    LCD_EN = 0;  // 結(jié)束使能
}

void LCDInit() {
    WriteCommand(0x38);  // 設(shè)置顯示模式為2行、5x8點(diǎn)陣字符
    WriteCommand(0x0C);  // 顯示器開，光標(biāo)關(guān)閉
    WriteCommand(0x06);  // 光標(biāo)右移，整屏不移動(dòng)
    WriteCommand(0x01);  // 清除顯示并設(shè)置光標(biāo)回到初始位置
}

void LCDDisplayTime(char* time) {
    int i;
    WriteCommand(0x80);  // 設(shè)置光標(biāo)位置為第一行的起始位置

    for (i = 0; i < 16; i++) {
        WriteData(time[i]);  // 在第一行顯示時(shí)間字符串
    }

    WriteCommand(0xC0);  // 設(shè)置光標(biāo)位置為第二行的起始位置

    for (i = 0; i < 16; i++) {
        WriteData(time[16 + i]);  // 在第二行顯示時(shí)間字符串
    }
}

void main() {
    char time_buffer[32] = "Current Time: 00:00:00";  // 時(shí)間字符串
    unsigned char sec = 0, min = 0, hour = 0;  // 當(dāng)前時(shí)間變量

    LCDInit();  // 初始化LCD顯示器

    while (1) {
        // 更新時(shí)間變量
        sec++;
        if (sec >= 60) {
            sec = 0;
            min++;
            if (min >= 60) {
                min = 0;
                hour++;
                if (hour >= 24) {
                    hour = 0;
                }
            }
        }

        // 格式化時(shí)間字符串
        sprintf(time_buffer + 14, "%02d:%02d:%02d", hour, min, sec);

        // 顯示時(shí)間字符串
        LCDDisplayTime(time_buffer);

        DelayMs(1000);  // 延時(shí)1秒
    }
}

代碼使用LCD_RS、LCD_RW和LCD_EN分別表示LCD1602的RS、RW和EN引腳。數(shù)據(jù)總線通過LCD_DATA定義，連接到P0端口。先初始化LCD顯示器，在一個(gè)無限循環(huán)中更新時(shí)間變量并格式化時(shí)間字符串，最后在LCD上顯示時(shí)間字符串。