数字万年历设计与实现

成都理工大学工程技术学院毕业论文数字万年历设计与实现作者姓名：陈 立 国专业名称：电气工程及其自动化指导教师：孙 莉 莉 讲师数字万年历设计与实现- II -摘要电子万年历是一种非常广泛日常计时工具，对现代社会越来越流行。它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能。电子万年历设计是基于单片机进行的，可以显示年、月、日、时、分、秒、周及温度信息，具有可调整日期和时间功能。设计包含AT89S52 单片机模块、LCD 数码管模块、键盘模块、 DS1302 模块、数字式温度传感器 DS18B20 模块。AT89S52 单片机作为核心，功耗小，能在 3V 的低压工作，电压可选用 35V 电压供电。LCD 数码管动态扫描，对于显示数字最合适，价格适中，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。DS1302 的使用寿命长，误差小。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、周日、时、分、秒和温度等信息，还具有时间校准等功能。数字式温度传感器 DS18B20 仅需要一条数据线进行数据传输，易与单片机连接简化系统电路.数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。关键词 ：AT89S52 DS1302 DS18B20 LED 数码管 数字万年历设计与实现- III -AbstractElectronic calendar day time is a very wide range of tools, the more popular in modern society more and. It can be years, months, days, weeks, hours, minutes and seconds for time, but also has a leap year compensation and other functions.Electronic calendar design is based on SCM, can display year, month, day, time, minutes and seconds, week and temperature information, which can adjust the date and time functions. Design including AT89S52 MCU module, LCD digital tube module, keyboard module, DS1302 module, digital temperature sensor DS18B20 module. AT89S52 microcontroller as the core, small power consumption, can work in low-voltage 3V, voltage can choose 35V voltage supply. LED digital tube dynamic scanning, the most suitable for digital display, moderate price, and using dynamic scanning method is connected with the MCU, microcontroller port occupied less lines. DS1302 has a long service life, small error. For digital electronic calendar using visual digital display, can display year, month, day, Sunday, when, minutes and seconds and temperature information, but also a time calibration functions. Digital temperature sensor DS18B20 requires only one data line for data transmission, easy to be connected with the single-chip microcomputer to simplify the system circuit. The digital temperature sensor has high measuring precision, wide measuring range etc.Keywords: AT89S52, DS1302, DS18B20, digital tube LED数字万年历设计与实现- IV -目录摘要 .IIAbstract.III目录 .IV前言.11 总体设计方案.21.1 设计方案 .21.2 方案比较论证 .21.3 总体设计方框图 .32 设计原理与分析.42.1 单片机主控制器 .42.2 温度传感器芯片 .52.3 时钟芯片 DS1302 .92.4 16*2LCD 液晶显示 1602 .123 硬件电路.163.1 单片机主控制模块的设计 .163.2 时钟电路模块的设计 .163.3 温度采集模块设计 .173.4 功能按钮设计 .183.5 16*2 LCD1602 液晶显示电路设计 .184 系统软件设计.204.1 系统模块的功能分划分 .204.2 总体程序流程框图 .204.3 时钟调整时间的流程图 .214.4 温度转换流程图 .22总结.24数字万年历设计与实现- V -致谢.25参考文献.26附件 1 总体电路图.27附件 2 源程序.28数字万年历设计与实现-1-前言随着电子技术的迅速发展，特别是随大规模集成电路出现，给人类生活带来了根本性的改变。尤其是单片机技术的应用产品已经走进了千家万户。其中电子万年历就是一个典型的例子。万年历是采用数字电路实现对，时，分，秒。数字显示的计时装置，广泛用于个人家庭，车站，码头办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，但是所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究万年历及扩大其应用，有着非常现实的意义。市场上有许多电子钟的专用芯片如：LM8363、LM8365 等，但它们功能单一，电路连接复杂，不便于调试制作。但是考虑到用单片机配合时钟芯片，可制成功能任意的电子钟，而且可以做到硬件简单、成本低廉。所以本系统采用了以广泛使用的单片机 AT89S52 技术为核心，配合时钟芯片 DS1302。软硬件结合，使硬件部分大为简化，提高了系统稳定性，并采用 LCD 显示电路、键盘电路，使人机交互简便易行，此外结合音乐闹铃电路、看门狗和供电电路。本方案设计出的数字钟可以显示时间、设置闹铃功能之外。本文首先描述系统硬件工作原理，并附以系统结构框图加以说明，着重介绍了本系统所应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程，其次，详细阐述了程序的各个模块和实现过程。本设计以数字集成电路技术为基础，单片机技术为核心。本文编写的主导思想是软硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。本设计中我重点研究实现了单片机+时钟芯片这种模式的万年历，从原理上对单片机和时钟芯片有了深一步的认识，这些基本功能完成后，在软件基础上实现时间显示。数字万年历设计与实现-2-1 总体设计方案用 AT89S52 处理产生内部时钟数据或者读取外部时钟数据和采集外部传感器的信息进行处理，并暂时寄存在其内部的储存器中，再通过单片机调用内部 RAM 的数据并送到 LCD 数码管上显示出来。1.1 设计方案方案一：单片机一般的工作频率在 12MHz 左右，而且内部还有定时、计数器，可以产生精确的 1S 定时，由此可以用定时中断的方式产生精确的 1S 时间，秒位不断的加 1，再设计分、时、星期、日、月、年之间的进制，使产生进位。本方案只需要单片机最小系统加上显示电路，再设计简单的程序算法就可以实现。对于测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理。在显示电路上，采用数码管就可以将年月日星期时分秒和室内温度显示出来方案二：万年历时钟采用单片机控制 DS1302 实时时钟芯片，能达到走时准确且掉电不丢失数据的。DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线 1 RES(复位)2 I/O (数据线)3 SCLK(串行时钟)。温度计要灵敏反映室温的变化这样可采用单片机与数字式温度传感器 DS18B20 通讯，采集温度数字信号进行处理。DS18B20 通过一个单线接口发送或接受信息，因此在单片机与DS18B20 之间仅需一条连接 (加上地线)。在显示电路上，采用 16*2 的LCD 显示。1.2 方案比较论证对于方案一，单片机虽然可以产生精确的秒信号，但是单片机在处理闰年上会比较麻烦，加之一旦单片机断电后，所有的时间都要重新调整。对于测温电路，采用热敏电阻的输出电压-温度特性，要加上数字万年历设计与实现-3-A/D 转换，温度传感信息才能被单片机所接受，这种设计需要用到A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。在显示电路上，采用 LCD 数码的话要用到单片机的许多 I/O 口，甚至 I/O 不够用，还需要接上其它芯片大量扩展 I/O 口，这是一个弊处。对于方案二，单片机不用去产生时钟的数据，时钟的数据由DS1302 独立产生，并寄存在其内部的寄存器上，单片机可以通过三总线与它通讯，不仅可以对它进行读取实时时钟数据，还可以对它进行编程，设置它的工作模式。单片机只是处理从 DS1302 读出来的数据并送显示，大大减少了单片机的负担。而且 DS1302 可以通过后备电池继续工作，内部的时钟还在走，下次启动后不用去调整时钟，方便使用。基于同样的原理，DS18B20 也是一个独立的传感器，只要单片机配置它的工作状态后它就可以独立工作，内部已经把模拟信号转换成数字信号，并把数字信号储存在其内部寄存中。同样，单片机通过单总线与它通讯，可以处理 912 位的温度数字数据。在显示电路上，采用 16*2 LCD 液晶显示器，能容纳年月日星期时分秒温度等信息的显示。LCD 显示器只需占用 11 个 I/O 口就可以工作了，不用其它扩展芯片，总体上使电路简单化。1.3 总体设计方框图D S 1 8 B 2 0 时钟芯片D S 1 8 B 2 0 温度传感复位按键A T 8 9 S 5 2主控制器L C D 显示器键盘1 2 M H Z 晶振振荡图 2.1 总体设计方框图总体的方框图如图 2.1 所示，控制器采用单片机 AT89S52，温度传感器采用 DS18B20，用 16*2 的 LCD 液晶显示屏实现年、月、日、星期、时、分、秒、温度的显示。数字万年历设计与实现-4-2 设计原理与分析本次设计的万年历系统主要包括单片机主控制器、温度传感器芯片、时钟芯片 DS1302 芯片、16*2LCD 显示芯片。2.1 单片机主控制器AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。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。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 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。AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP (In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及 80C51引脚结构，芯片内集成了通用 8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52 具有如下特点：40 个引脚，8k Bytes Flash 片内程序存储器，256 bytes 的随机存取数据存储器(RAM)，32 个外部双向输入/ 输出(I/O)口， 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口，看门狗(WDT)电路，片内时钟振荡器。数字万年历设计与实现-5-此外，AT89S52 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。2.2 温度传感器芯片1. 单线温度传感器DS18B20介绍DS