1、 洛阳师范学院 单片机原理及应用课程设计报告 基于 AT89S52 单片机万年历的设计 院系 信息技术学院 专业 计算机科学与技术 学生姓名 杨烁琪 班级 11 级计科班 学号 111114013 指导教师 赵秀英 完成日期 2015 年 1 月 20 日 1 摘 要 电子万年历是一种非常广泛日常计时工具。它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，对于数字电子万年历采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、时、分、秒和温度等信息，还具有时间 校准 等 功能 。该电路采用 AT89S52 单片机作为核心，功耗小，能在 3V 的低压工作，电压可选用 3-5V电压供电。 此
2、次是基于 52 系列的单片机进行的电子万年历设计，相比传统的万年历来说，精确度更高。可以 显示温度、年、月、日、时、分、秒及周信息，具有可调整日期和时间功能。 对单片机的理论基础和外围扩展知识进行了比较全面准备。在硬件与软件方面进行同步设计。硬件部分主要由单片机， LED 显示电路，以及调时按键电路等组成。在单片机的选择上使用了 AT89S52 单片机，该单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。显示器使用共阴极的数码管。使用 MAX7219 来驱动显示， 然后并行输出。 软件方面主要包括日历程序、时间调整程序、温度程序、显示程序等。程序采用汇编语言编写，以便更简单地实现调整时间及阴历显示功能。所
3、有程序编写完成后，在 keil软件中进行调试，确定没有问题后，在 Proteus 软件中嵌入单片机内进行仿真。 关键词 ： 时钟芯片、 MAX7219、 DS18B20、动态扫描、单片机。 2 目 录 摘 要 .1 1 绪论 .4 1.1 设计背景 . 4 1.2 设计思想 . 4 1.3 设计框图 . 5 2 系统硬件设计 .6 2.1 最小化电路设计 . 6 2.1.1 主控芯片简介 . 6 2.1.2 复位电路、晶振电路设计 . 7 2.2 显示电路设计 . 9 2.2.1 显示器简介 . 9 2.2.2 驱动芯片简介 . 11 2.2.3 显示电路 . 16 2.3 温度采集电路设计
4、. 17 2.3.1 温度 采集芯片简介 . 17 2.3.2 温度采集电路 . 21 2.4 实时时钟电路设计 . 21 2.4.1 时钟芯片简介 . 22 2.4.2 时钟电路 . 22 3 系统软件设计 .25 3.1 主程序流程图 . 25 3.2 系统子程序的设计 . 26 3.2.1 送显示流程图 . 26 3.2.2 时钟流程图 . 27 3.2.3 温度采集流程图 . 29 4 系统仿真 .29 4.1 仿真软件简介 . 29 4.2 软件仿真过程 . 33 4.3 仿真结果 . 35 致谢 .37 3 参考文献 .37 附 录 一 .38 附 录 二 .39 4 1 绪论 1
5、.1 设计背景 随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，对时间的要求越来越高，精准数字计时的消费需求也是越来越多。二十一 世纪的今天，最具代表性的计时产品就是电子万年历，它是近代世界钟表业界的第三次革命。第一次是摆和摆轮游丝的发明，相对稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小到秒级，代表性的产品就是带有摆或摆轮游丝的机械钟或表。第二次革命是石英晶体振荡器的应用，发明了走时精度更高的石英电子钟表，使钟表的走时月差从分级缩小到秒级。第三次革命就是单片机数码计时技术的应用（电子万年历），使计时产品的走时日差从分级缩小到 1/600 万秒，从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显
6、示方式，直观明了，并增加了全自动日期、 星期、温度以及其他日常附属信息的显示功能，它更符合消费者的生活需求！因此，电子万年历的出现带来了钟表计时业界跨跃性的进步。 目前流行的计算机日历程序，比较典型的是 Windows 各版本中的日历程序以及基础于该程序所开发的各种应用程序中的日历程序。然而，这些程序都千篇一律的局限在一个很短的时间范围内。 (Windows 各个版本一般都局限在 1980 年至 2099 年这一范围内 )，但是，在很多情况下，一个时间跨度较大的日历程序是很有参考价值的，本程序在这种背景下开始编辑，其中集成了国际通用日历和中国农历，此外还可以显示星 期和加载了部分节日，显示本机
7、准确日期等功能。 1.2 设计思想 众所周知，地球绕太阳公转，公转一周历时 365 天 5 小时 48 分 46 秒。现代国际上普遍采用罗马历法，在罗马历法中人为地规定一年 365 天，也就是我们所说的平年，为了弥补每一年多出的 5 小时 48 分 46 秒，同时又规定 4 年中有一年是闰年，闰年为366 天（平年的 2 月份为 28天，而闰年的 2 月份为 29 天），这样 4 年有 365*3+366=1461天，而地球绕太阳公转 4 周历时 1460 天 23 小时 15 分 4 秒，这样，每 4 年又产生了44 分 56 秒的误差，为了减小影响，历法上又规定，每 400 年中只存在 9
8、7 个闰年，这样 400 年中共 有 365*400+97=146097 天， 而地球绕太阳公转 400 周历时 146096 天 21 小时 6 分 40 秒，较好的弥补了这一缺陷，这样几乎 3300 年才产生一天的误差。 5 1.3 设计框图 本电路是由 AT89S52 单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在 3V超低压工作；它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V 5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。晶振电路是给主控模块提供脉冲信号；温度的采集由 DS18B20 构
9、成；显示部分由 8 个数码管， MAX7219 译码器构成。使用动态扫描显示方式对数字的显示。本设计系统框图如图 1.1 所示 。 图 1.1 基于 AT89S52 单片机的电子万年历系统框图 复位电路 晶振电路 电源电路 主控模块 ATS8952 按键扫描模块 驱动电路 LED 显示模块 18B20 温度检测模块 1302 时钟芯片模块 6 2 系统硬件设计 2.1 最小化电路设计 在单片机使用中有必须的最小化电路，它是单片机工作的前提。其中包括电源电路、晶振电路、复位电路。下面就简单介绍最小化电路。 2.1.1 主控芯片简介 （ 1）主要功能的简介 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编
10、程 Flash 晶片内部具有时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz） 内部 (ROM)程序存储）为 8KB 内部（ RAM）数据存储器为 256 字节 32 个可编程 I/O 口线 8 个中断向量源 三个 16 位定时器 /计数器 三级加密程序存储器 全双工 UART 串行通道 （ 2）引脚功能简介 图 2.1 AT89S52 单片机的引脚图 VCC：电源正端输入，接 +5V。 7 VSS：电源地端。 XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两
11、引脚与地之间 加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。 RESET：重置引脚，高电平动作。 EA/Vpp： “EA“表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部 EPROM 中）来执行程序。 ALE/PROG： ALE 是表示地址锁存器启用信号。 PSEN：此为 “Program Store Enable“的缩写，其意为程序储存启用。 PORT0（ P0.0 P0.7）：端口 0 是一个 8 位宽的开路汲极（ Open Drain）双向输出入端口，共有 8 个位， P0.0 表示位 0， P0.1 表示位 1，依
12、此类推。其他三个 I/O 端口（ P1、P2、 P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路， P0 在当做 I/O 用时可以推动 8 个 LS 的 TTL 负载。 PORT1（ P1.0 P1.7）：端口 1 也是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 LS TTL 负载，同样地若将端口 1 的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。 PORT3（ P3.0 P3.7）：端口 3 也具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 TTL 负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信 、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读
13、取或写入控制等功能。其引脚分配如下： P3.0： RXD，串行通信输入。 P3.1： TXD，串行通信输出。 P3.2： INT0，外部中断 0 输入。 P3.3： INT1，外部中断 1 输入。 P3.4： T0，计时计数器 0 输入。 P3.5： T1，计时计数器 1 输入。 P3.6： WR， 外部数据存储器的写入信号。 P3.7： RD，外部数据存储器的读取信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG： 当访问外部存储器时， 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 8 /EA/VPP： 当 /EA 保持低电平时，在
14、此期间外部程序存器（ 0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。 .2.1.2 复位电路、晶振电路的设计 单片机工作需要 3 个基本条件：接电源、接石英晶体振荡器和复位电路。如图2.2 所示。 图 2.2 单片机的基本电路 （ 1）接电源 将单片机第 40 脚 Vcc 接电源 +5V，第 20 脚 Vss 接地（电源负极），为单片机工作提供电源。由于 AT89S52 片内带有程序存储器，当使用片内程序存储器时要将 EA（ 31脚 ）接高电平，即接到电源 +5V。 （ 2）接石英晶体振荡器 将单片机第 19 脚（ XTAL1）与 18 脚（ XTAL2）分别接外部晶体的两个引脚，由石英
15、晶体组成振荡器，保证单片机内部各部分有序工作。 图 2.3 晶振电路 单片机运行程序的速度与振荡器的频率有关。单片机在读、写操作时都需要消耗一定的时间。机器周期是指单片机完成一个基本操作所用的时间，当外接石英晶体为12MHz 时， 1 个机器周期为 1ms；当外接石英晶体为 6MHz 时， 1 个机器周期为 1ms。 9 （ 3）复位电路 在实际应用中，复位电路有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位 如 图 2.4 所示 。 上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。常用的上电复位电路如图2-4（ a）所示。上电瞬间 RST 引脚获得高电平，随着电容 C1 的充电
16、， RST 引脚的高电平将逐渐下降。 RST 引脚的高电平只要能保持足够的时间（ 2 个机器周期），单片机就可以进行复位操作。该电路典型的电阻和电容参数为：晶振为 12MHz 时， C1 为10uF， R1 为 8.2K；晶振为 6MHz 时，电容 C1 为 22uF， R1 为 1K。 上电与按键均有效的复位电路如图 2.4（ b）所示。上电与按键均有效的复位电路原理与上电复位原理相同，不同的是上电与按键均有效的复位电路在单片机运行期间，能用按键来控制复位操作晶振为 6MHz 时，电容 C1 为 22uF， R2 为 200 图 2.4（ a）上电复位电路 图 2.4（ b） 上电与按键均有
17、效复位电路 本设计中使用后者电路复位，就是可以在单片机运行期间可以人工的复位。这样是比较方便。 2.2 显示电路设 计 .2.2.1 显示器的简介 发光二极管 LED 是简单常用的输出设备，通常用来指示机器的状态或其它信息。它的优点是价格低，寿命长，对电压电流的要求低及容易实现多路等，因而在测量控制仪器中获得了广泛的应用。 LED是近似于恒压的元器件，到导电时（发光）的正向压降一般约为 1.6V或 2.4V，反向击穿电压一般 5V。工作电流通常在 10-20mA，故电路中需要串联适当的限流电阻。发光强度基本上与正向电流成正比。发光效率和颜色取决于制造的材料，一般常用红色，偶尔也用于黄色或绿色。
