1、0摘 要单片机应用技术飞速发展，纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。单片机是集 CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而 51 系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。 本文通过对一个基于单片机的能实现万年历功能电子时钟的设计，从而达到学习、了解单片
2、机相关指令在各方面的应用。系统由主控制器 AT89C51、时钟电路 DS1302、显示电路、按键电路、和复位电路等部分构成，能实现时钟日历显示的功能，能进行时、分、秒的显示。关键词 : 单片机, 农历查询, 万年历 1目录第一章 引 言 3第二章 设计方案论证 .421 方案论证与设计 .42.1.1 控制部分的方案选择.42.1.2 显示部分的方案选择42.1.3 系统基本方案选择和论证.422 单片机原理 .523 LED 显示数码管 .5第三章 计算部分 .63.1 主要单元电路的器件 .63.1.1 单片机主控制模块 .63.1.2 时钟电路模块 . 73.2 其他模块器件 83.2.
3、1 74LS164 .83.2.2 CON8 . .93.2.3 其他元器件 .9第四章 结构设计部分 .104.1 显示部分设计 .104.1.1 万年历优化算法 .114.2 实现时钟，日历显示设计 124.2.1 DS1302 的寄存器 .124.2.2 DS1302 实时显示时间的软硬件 .124.2.3 DS1302 与 CPU 的连接 124.3 整体设计 134.4 系统软件设计 144.4.1 程序流程框图 .14第五章 实验测试部分 .185.1 硬件测试 .185.2 软件测试 185.3 测试结果分析与结论 185.3.1 测试结果分析 .185.3.2 测试结论 .19
4、第六章 结论 .20第七章 谢辞 .21参考文献 .22附录一：系统程序清单 .232第一章 引言随着微电子技术的高速发展，单片机在国民经济的个人领域得到了广泛的运用。单片机以体积小、功能全、性价比高等诸多优点，在工业控制、家用电器、通信设备、信息处理、尖端武器等各种测控领域的应用中独占鳌头，单片机开发技术已成为电子信息、电气、通信、自动化、机电一体化等专业技术人员必须掌握的技术。而电子万年历作为电子类小设计不仅是市场上的宠儿，也是是单片机实验中一个很常用的题目。因为它的有很好的开放性和可发挥性，因此对作者的要求比较高，不仅考察了对单片机的掌握能力更加强调了对单片机扩展的应用。而且在操作的设计
5、上要力求简洁，功能上尽量齐全，显示界面也要出色。数字显示的日历钟已经越来越流行，特别是适合在家庭居室、办公室、大厅、会议室、车站和广场等使用，壁挂式LED数码管显示的日历钟逐渐受到人们的欢迎。LED数字显示的日历钟显示清晰直观、走时准确、可以进行夜视，并且还可以扩展出多种功能。 所以，电子万年历无论作为比赛题目还是练习题目都是很有价值。3第二章 设计方案论证21 方案论证与设计2.1.1.控制部分的方案选择a)用可编程逻辑器件设计。可采用 ALTERA 公司的 FLEX10K 系列 PLD 器件。设计起来结构清晰，各个模块，从硬件上设计起来相对简单，控制与显示的模块间的连接也会比较方便。但是考
6、虑到本设计的特点，EDA 在功能扩展上比较受局限，而且 EDA 占用的资源也相对多一些。从成本上来讲，用可编程逻辑器件来设计也没有什么优势。b)用凌阳 16 位单片机设计。凌阳 16 位单片机有丰富的中断源和时基，方便本实验的设计。它的准确度相当高，并且 C 语言和汇编兼容的编程环境也很方便来实现一些递归调用。I/O 口功能也比较强大，方便使用。用凌阳 16 位单片机做控制器最有特色的就是它的可编程音频处理，可完成语音的录制播放和识别。这些都方便对设计进行扩展，使设计更加完善。成本也相对低一些。2.1.2 显示部分的方案选择a)液晶显示方式。液晶显示效果出众，可以运用菜单项来方便操作，但是在显
7、示时，特别是使用秒表功能时扫描速度跟不上，屏幕会有明显的闪烁。而且由于 61 板的存储空间有限，液晶显示就不能与语音播抱程序同时实现。这些大大影响了电子万年历的性能。b)相比液晶显示，采用 8 段数码管既经济实惠，在效果上也可以加入语音报时功能，操作比较液晶显示来说虽然略显繁琐，但总体也还可以做到比较人性化。所以，最后选择 LED 数码管显示方案。2.1.3 系统基本方案选择和论证1.单片机芯片的选择方案和论证：方案一: 采用 89C51 芯片作为硬件核心，采用 Flash ROM，内部具有 4KB ROM 存储空间,能于 3V的超低压工作,而且与 MCS-51 系列单片机完全兼容,但是运用于
8、电路设计中时由于不具备 ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二:采用 AT89S52,片内 ROM 全都采用 Flash ROM；能以 3V 的超底压工作；同时也与 MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为 8KB ROM 存储空间，同样具有 89C51 的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。所以选择采用 AT89S52 作为主控制系统.2. 显示模块选择方案和论证：方案一
9、： 采用 LED 液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,但是价格昂贵,需要的接口线多,所以在此设计中不采用 LED 液晶显示屏.方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于4显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示.方案三：采用 LED 数码管动态扫描,LED 数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少。所以采用了 LED 数码管作为显示。3时钟芯片的选择方案和论证：方案一：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、
10、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。所以不采用此方案。方案二：采用 DS1302 时钟芯片实现时钟，DS1302 芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,位的 RAM 做为数据暂存区，工作电压 2.5V5.5V 范围内，2.5V 时耗电小于 300nA.4. 电路设计最终方案决定综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用 AT89S52 作为主控制系统; DS1302 提供时钟;数字式温度传感器;LED 数码管动态扫描作为显示。2.2 单片机原理单片机就是简化的微型计算机。C
11、PU 中本身自带存储器 ROM 和 RAM。CPU 片内也有总线。IC（集成电路）技术是将电路通过特殊工艺做在一块硅基片上封装成芯片，比如 CPU，片外存储器等等。 将单片机 CPU（比如 51 系列），晶振，存储器，地址锁存器，逻辑门，七段译码器（显示器），按钮（类似键盘），扩展芯片，接口等通过 PCB 工艺（比如 SMT 贴片，或者插装）做在环氧树脂板上。这样才是一个完整的单片（做在一块 PCB 板上）的微型计算机。 2.3 LED 显示数码管常见的 LED 显示具有清晰明亮的特点。是显示接口也是绝大多数单片机应用系统必备的部件之一。发光二极管组成的显示器是单片机应用产品中最常用的廉价输出
12、设备。它由若干个发光二极管按一定的规律排列而成。当某一个发光二极管导通时，相应的一个点或一笔画被点亮，控制不同组合的二极管导通，就能显出各种字符。1. 显示器的结构常用的 7 段显示器的结构如图所示，发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的成为共阴显示器。1 位显示器由 8 个发光二极管组成，其中 7 个发光二极管ag 控制 7 个笔画的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画的七段显示器能显示的字符较少，字符的形状有些失真，但失控简单，使用方便。5第三章 计算部分3.1 主要单元电路的器件3.1.1 单片机主控制模块AT89S52 单片机为 40 引脚双列直插芯片,有
13、四个 I/O 口 P0,P1,P2,P3, MCS-51 单片机共有 4 个 8 位的 I/O 口（P0、P1、P2、P3），每一条 I/O 线都能独立地作输出或输入。如图所示。1内部结构按功能分为 8 部分：CUP，程序存储器，数据存储器，时钟电路，串行口，并行 I/O 口，中断系统，定时/计数器。2.引脚定义及功能1）.电源及时钟引脚Vcc：接+5V 电源Vss：接地XTAL1 和 XTAL2：时钟引脚，外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此两引脚端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。2）.控制引脚RST/Vpq：RST 是复位信号输入端，Vpd 是备用
14、电源输入端。当 RST 输入端保持 2 个机器周期以上高电平时，单片机完成复位初始化操作。当主电源 Vcc 发生故障而突然下降到一定低电压或断电时，第 2 功能 Vpd 将为片内 RAM提供电源以保护片内 RAM 中的信息不丢失。ALE/PROG：地址锁存允许信号输入端。在存取外存储器时，用于锁存低 8 位地址信号。当单片机正常工作后，ALE 端就周期性地以时钟振荡频率的 1/6 固定频率向外输出正脉冲信号。此引脚的第 2 功能 PROG 是对片内带有 4K 字节 EPROM 的 8751 固外程序时，作为编程脉冲输入端。PSEN：程序存储器允许输出端。当片外程序存储器的读选通信号，低电平有效
15、。CPU 从外部程序存储器取指令时，PSEN 信号会自动产生负脉冲，作为外部程序存储器的选通信号。EA/Vpp：程序存储器地址允许输入端。当 EA 为高电平时，CPU 执行片内程序存储器指令，但当 PC 中的值超过 0FFFH 时，将自动转向执行片外程序存储器指令；当 EA 为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。3）.I/O 口引脚P0.0P0.7:P0 口 8 位双向 I/O 口；P1.0P1.7:P1 口 8 位准双向 I/O 口；P2.0P2.7:P2 口 8 位准双向 I/O 口；P3.0P3.7:P3 口 8 位准双向 I/O 口。3片外总线结构分为三部分：数据总线 Data
16、Bus(DB）,地址总线 Address Bus (AB）,控制总线 Control Bus(CB).6AT89S523.1.2 时钟电路模块1. DS1302 的结构及工作原理 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V5.5V。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。DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202
17、 兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。2. 引脚功能及结构 图 1 所示出 DS1302 的引脚排列,其中 Vcc1 为后备电源，VCC2 为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电。当 Vcc2 大于 Vcc10.2V 时，Vcc2 给 DS1302 供电。当 Vcc2 小于 Vcc1 时，DS1302 由 Vcc1 供电。X1 和 X2 是振荡源，外接 32.768kHz 晶振。RST 是复位/片选线，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST 输入
18、有两种功能：首先，RST 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST 提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当 RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对 DS1302 进行操作。如果在传送过程中 RST 置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O 引脚变为高阻态。上电运行时，在 Vcc2.5V 之前，RST 必须保持低电平。只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。I/O 为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK 始终是输入端。73. 数据输入输出(I/O)在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时，数据被写入 DS1302，数
19、据输入从低位即位 0 开始。同样，在紧跟 8 位的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿读出 DS1302 的数据，读出数据时从低位 0 位到高位 7。3.2 其他模块器件3.2.1 74LS164它是个串入并出的 8 位移位寄存器，它常用于单片机系统中，下面结束一下这个元件的基本知识：74LS164 引脚图74LS164_内部功能图74LS164_逻辑符合表8串行输入带锁存 时钟输入,串行输入带缓冲 异步清除 最高时钟频率可高达 36Mhz 功耗：10mW/bit 74 系列工作温度： 0C to 70C Vcc 最高电压：7V 输入最高电压：7V 高电平：0.4mA 低电平：8mA3
20、.2.2 CON8它是一个排插符号 ，也就是一个插座，可以通过一个插头将 89C51 的 P0 口引到外面的有关电路作扩展用，也可以作为备用。3.2.3 其他元器件电阻，电容，发光二极管，三极管若干。9第四章 结构设计部分4.1 显示部分设计基本显示原理：时钟开始显示为 0 时 0 分 0 秒，也就是数码管显示 000000，然后每秒秒位加 1 ，到 9 后，10 秒位加 1，秒位回 0。10 秒位到 5 后，即 59 秒 ，分钟加 1，10 秒位回0。依次类推，时钟最大的显示值为 23 小时 59 分 59 秒。这里只要确定了 1 秒的定时时间， 其他位均以此为基准往上累加。 同时时钟达到最大值的时候天数也增加一位，知道显示了 7后再变为 1，同时阴历和阳历的天数也加 1，根据不同的月份显示的天数阳历有28，29，30，31 天，阴历就要经过计算得到，到了 12 个月后，年数自动增加 1，以此类推，显示万年历的现实。另外，连接方式总电路图上可以看到，这里就不做说明了，下图为显示部分的电路图。显示部分电路
