基于51系列的单片机进行的实时日历和时钟显示毕业论文

基于51系列的单片机进行的实时日历和时钟显示毕业论文摘要本设计是基于51系列的单片机进行的实时日历和时钟显示 设计，可以显示年月日时分秒及周信息，具有可调整日期和时间功能。在设计的同时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。 实时日历和时钟显示的设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件部分主要由AT89S52单片机，LED显示电路，以及 调时按键电路等组成，系统通过LED 显示数据，所以具有人性化的操作和直观的显示效果。软件方面主要包括时钟程序、键盘程序，显示程序等。本系统以单片机的汇编语言进行软件设计，为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了，以便更简单地实现调整时间及日期显示功能。所有程序编写完成后，在wave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：AT89S52； DS1302； LEDAbstractThis design is based on 51 series monolithic integrated circuits of a real-time calendar and the clock shows the design, you can show how and when a week, has may adjust the date and time functions. in the design for monolithic integrated circuits, and peripheral to expand the basic theories of knowledge was fairly comprehensive preparation. Real-time calendar and the clock shows the design in hardware and software design of hardware that is synchronized. the led display at89s52 monolithic integrated circuits, and when should the electrical circuits, the system through the led display data so be humanized operate and intuitive that effect. including the software application programs, the keyboard, the program, etc. This system to monolithic integrated circuits of the assembly language for easily developing software design, and changes, software design to use modular design, the programming logical relationship with more and more so as to realize the time and date display the functions. all procedures in writing after wave of debugging the software and make no question of the proteus software embedded monolithic integrated circuits. Key Words：AT89S52; DS1302; LED目录1概述.12.功能要求.12.1方案确定 .22.2单片机芯片的选择方案和论证.22.2.1显示模块选择方案和论证.32.2.2时钟芯片的选择方案和论证.32.2.3电路设计最终方案确定.33主控制器和外围器件.43.1AT89S52单片机.43.2DS1302时钟芯片.43.2.1DS1302芯片介绍.53.2.2DS1302的应用.53.3数码 管LED.63.4译码 器74HC138.63.5锁存器 74LS244.64系 统调试.64.1软件 调试.74.2硬件 调试.75结论.7致谢附录1概述在日新月异的21世纪里，家用电子产品得到了迅速发展。许多家电设备都趋于人性化、智能化，这些电器设备大部分都含有CPU控制器或者是单片机。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统、通讯设备、日常消费类产品和玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各个方面，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等。用单片机来控制的小型家电产品具有便携实用，操作简单的特点。 时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。 现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。 时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。 本文设计的日历和时钟的显示广泛用于小型智能家用电子产品，如电子钟。利用单片机进行控制，实时时钟芯片DS1302进行记时，外加掉电存储电路和显示电路，可实现时间的调整和显示。电子钟既可广泛应用于家庭, 也可应用与银行、邮电、宾馆、医院、学校、企业、商店等相关行业的大厅，以及单位会议室、门卫等场所。因而，此设计具有相当重要的现实意义和实用价值。2.功能要求1、能显示年、月、日、时、分、秒、星期 2、能对时间进行手动修正 3、采用24 小时制 4、使用LED 显 示时间参数 5、上电后，电子钟显示“2010年 1月 1日” “1时 1分 1秒 星期1” 对时，分，秒，日，月，年高位为0 做消隐处理，只显示单个数字以增强其可读性2.1方案确定 2.2.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 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。2.2.1显示模块选择方案和论证方案一： 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。2.2.2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、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.2.2.3电路设计最终方案确定综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 以单片机AT89S52为主控制器，时间数据是通过时钟芯片DS1302来读取，并通过LED 数码管显示出来，并用键盘来完成对当前时间的调整。3主控制器和外围器件3.1AT89S52单片机AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，使用 ATMEL 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。并具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM ，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.2DS1302时钟芯片时间数据是通过时钟芯片DS1302来读取，并通过LED数码管显示出来，并用键盘来完成对当前时间的调整。 3主控制器和外围器件 3.1AT89S52单片机 AT89S52是一种低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，使用 ATMEL 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。并具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口 线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许 RAM、定时器/ 计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 3.2DS1302时钟 芯片 3.2.1DS1302芯片介绍 低功耗时钟芯片DS1302可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析以及对异常数据出现的原因的查找有重要意义。 采用DS1302作为记录测控系统中的数据记录，其软硬件设计简单，时间记录准确，既避免了连续记录的大工作量，又避免了定时记录的盲目性，给连续长时间的测量、控制系统的正常运行及检查都来了很大的方便，可广泛应用于长时间连续的测控系统中。在测量控制系统中，特别是长时间无人职守的测控系统中，经常需要记录某些具有特殊意义的数据及其出现的时间。记录及分析这些特殊意义的数据，对测控系统的性能分析及正常运行具有重要的意义。3.2.1DS1302芯片介绍DS1302的性能特性 实时时钟，可 对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数。DS1302时钟芯片包括实时时钟/日历和31 字节的静态RAM。它经过一个简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟/日历提供秒、分、 时、日、周、月和年等信息。对于小于31天的月和月末的日期自动进行调整，还包括闰年校正的功能。时钟的运行可以采用24h或 带AM （上午）/PM （下午）的12h格式。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在任何数据传送时必须先初始化，把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被 输入。无论是读周期还是写周期，开始8位指定40个寄存器中哪个被访问到。在开始8个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器之后，另外的时钟周期在读操作时输出数据，在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8，在多字节方式下为8加字节数，最大可达248字节数3.2.2DS1302的应用 实时时钟芯片DS1302采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，也可以关闭充电功能，芯片采用32768Hz晶振。要特别说明的是，备用电源BT1可以用电池或超级电容（10万F以上）。虽然DS1302在主电源掉电后耗电很小，但如果要长时间保证时钟正常，最好选用小型充电电池。如果断电时间较短（几小时或几天），可以用漏电较小的普通电解电容代替（100F就可以保证1小时的正常走时）。DS1302在第一次加电后，需进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间。3.3数码管 LEDLED显示器由若干个发光二极管组成，当发光二极管导通时，相应的一个笔画或一个点就发光。控制相应的管导通，就能显示出对应字符。各段LED显示器需要由驱动电路驱动。在七段LED显示器中，通常将各段发光二极管的阴极或阳极连在一起作为公共端。将各段发光二极管连在一起的叫共阳极显示器，用低电平驱动；将阴极连在一起的叫共阴极显示器，用高电平驱动。 静态显示就是每一个显示器各笔画段都要独占具有一个锁存功能的输出口线，CPU把要显示的字形代码送到 输出口上，就可以使显 示器上显示所需的数字或符号，此后，即使CPU 不在去 访问它，因为各笔画段借口具有 锁存功能，显示的内容也不会消失。动态显示是指显示器显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地导通或截止。静态显示有并行输出和串行输出两种方式。在本系统中数码管使用共阴极接法而且是用动态显示。3.4译码器 74HC13874HC138译码器是通过3条线来达到控制8条线的状态，就是通过3条控制线A0、A1、A2不同的高低电平组合来控制Y0Y7的输出状态，其中4和5为使能地端，与8引脚共同接地，当接高电平时Y0到Y7输出高电平。6号脚为使能端，为高电平时有效。74HC138封装如图3-7。当需要级联时只需要改变使能端信号引脚即可，连接方法简单。3.5锁存器 74LS24474ls244由2 组，每组四路输入，输出构成。每组有一个控制端G，由控制端的高或低电平决定该组数据被接通还是断开。4系 统调试单片机系统经过总体设计，完成了硬件和软件设计开发。通过软件和硬件相结合系统即可运行。但编制好的程序或焊接好的线路不能按预计的那样正常工作是常见的事，经常会出现一些硬件、软件上的错误，这是软件和硬件开发者经常遇见的，这就需要通过调试来发现错误并加以改正。调试可分为硬件调试和软件调试。本设计系统的已经在PC机上用模拟开发软件进行了检测和调试，并运行成功，最后进行实物图的硬件组装与调试，这样就给开发者在提供了方便。4.1软件调试本设计是在Proteus软件和Wava6000软件相结合调试的，完全用仿真软件在PC机上对目标电路原理图和程序进行检测和调试。调试过程中单片机相应输入端由通用键盘和鼠标设定，运行状态、各寄存器状态、端口状态等都可以在指定的窗口区域显示出来，以确定程序运行有无错误。 目标程序纠错：该阶段工作通常在目标程序编辑时就完成。一般来说，仿真软件能为用户输入的程序指令纠错，包括书写格式、标号未定义或多重定义、转移地址溢出等错误。 整体程序调试：即把各子程序整体连起来进入到综合电路调试，看是否能实现预计的功能显示。在这阶段若发生故障，可以考虑各子程序在运行时是否破坏现场，数据缓冲单元是否发生冲突，标志位的建立和清除在设计上是否失误，堆栈是否溢出，输入输出状态是否正常，经过多次修改程序最后调试出来理想的效果。4.2硬件调试单片机应用系统的硬件调试和软件调试是分不开的，许多硬件故障在软件调试时才能发现，但通常要先排除系统中明显的硬件