基于DS1302的电子万年历设计毕业论文设计.doc

阜阳师范学院毕业生论文 基于基于 ds1302ds1302 的电子万年历设计的电子万年历设计 姓名：姓名：张茜茜 学号：学号：200840910152 指指导导教教师师： ：王中心 摘要：本文介绍了一种智能一体化的电子万年历系统，该设计采用 ds1302 时钟芯片，主控芯片 stc89c52 型单片 机，显示器件 nokia 5110 lcd，外部手动设置模块键盘组成了电子万年历小系统，nokia 5110 lcd 能一目了然 地显示出年月日星期小时分秒，满足了人们在读取时更加直接的需要。电子万年历集时间，日期，温度，闹钟于一 体，且电路简洁，成本低廉，显示准确，符合了人们对时间的各种需求，使人们生活更加方便快捷。 关键词：万年历 stc89c52 ds1302 nokia 5110 the design of electronic calendar based on ds1302 name:zhang qianqian student id:200840910152 advisor:wang zhongxin abstract: this paper introduces a kind of intelligent electronic calendar system, this calendar small system is made up of the ds1302 clock chip, main control chip microcontroller stc89c52 , nokia 5110 lcd display device, external manual setup module keyboard. nokia 5110 lcd can clearly show whole time to meet people every need for time request. electronic calendar include time, date, temperature, the alarm clock module in one system, the system circuit is simple, the cost is low but it can display accurate time, it can meet the different needs of people to time and help people life become more convenient and efficient keywords: calendar stc89c52 ds1302 nokia 5110 阜阳师范学院毕业生论文 目录 1.论序 1 1 1.1 课题背景 .1 1.2 基于 ds1302 的电子万年历设计的目的和意义 1 1.2.1 设计目的 .1 1.2.2 设计意义 .1 1.3 现代电子万年历系统设计的发展状况.1 1.4 课题内容 .1 1.5 本章小结 .1 2.基于 ds1302 的电子万年历系统总体设计方案 2 2 2.1 总体设计框图 .2 2.2 系统设计的功能要求 .2 2.3 系统设计的方案论证 .2 2.3.1 单片机控制模块的选择 .2 2.3.2 时钟芯片的选择 .3 2.3.3 键盘电路的选择 .3 2.3.4 显示电路的选择.3 2.4 本章小结 .3 3.基于 ds1302 的电子万年历设计系统硬件电路设计 4 4 3.1 系统硬件电路设计 .4 3.2 系统核心电路单片机 stc89c52.4 3.2.1 stc89c52 主要功能 4 3.2.2 stc89c52 主要引脚及其功能 5 3.3 时钟电路设计 .6 3.3.1 ds1302 的性能特征 6 3.3.2 ds1302 的工作原理及数据操作 .7 3.4 键盘和显示电路的设计 .9 3.4.1 键盘接口设计 .9 3.4.2 显示电路设计 .9 3.5 本章小结11 4. 基于 ds1302 的电子万年历软件设计 1111 4.1 基于 ds1302 的电子万年历设计系统程序设计要求 .11 4.2 基于 ds1302 的电子万年历设计系统主程序设计 .11 4.2.1 液晶模块初始化程序 11 4.2.2ds1302 时钟控制模块初始化程序 11 4.2.3 定时器 t0 初始化程序 .11 4.2.4 时钟程序和中断程序 11 4.3nokia5110 液晶显示模块的程序设计11 4.4ds1302 时间控制模块的程序设计 11 4.5 闹钟程序设计 13 阜阳师范学院毕业生论文 4.6 本章小结 14 5.总结 1414 阜阳师范学院毕业生论文 1 1.论序 1.11.1 课题背景课题背景 随着科技的发展社会的进步，人类从观太阳、摆钟到现在电子钟得知时间，不 断的研发新的计时产品。为了更加精确明朗的查看时间，细化时间，比如星期、日 期等，电子时钟诞生了，它集时间、日期、星期等功能于一身，具有电路简洁、显 示直观、读取方便、功能多样等许多优点，顺应了电子产品的发展趋势，具有广阔 的市场前景。 1.21.2 基于基于 ds1302ds1302 的电子万年历设计的目的和意义的电子万年历设计的目的和意义 1.2.11.2.1 设计目的设计目的 在当今电子产品迅速发展与智能产品逐步融入我们生活的时代，许多家电产品 都趋于智能化和自动化。目前，这类家电产品大都是含有单片机或者 cpu 控制器。 基于 ds1302 的电子万年历设计目的是为了使人们生活更加方便快捷。 1.2.21.2.2 设计意义设计意义 单片机以其优异的性价比、强控制性、低电压等特点，应用领域无所不至，无 论是家用领域还是工业生产等，单片机在其中都有极大的应用。基于 ds1302 的电子 万年历设计用单片机来实现简易的电子时钟，其具有成本低廉、操作简单，携带方 便等优点。 1.31.3 现代电子万年历系统设计的发展状况现代电子万年历系统设计的发展状况 随着系统不断先前更新发展，电子万年历在社会各行各业都已得到广泛运用。 电子万年历的发展经历了带有摆或摆轮游丝的机械钟或表、石英晶体振荡器钟表到 现代的单片机数码计时器三个时期。计时产品的计时日差也从原始的分级缩小到现 在的 1/600 万秒，计时方式也从传统的指针式发展到现代的液晶数字式，电路简洁， 成本低廉，显示准确，符合了人们对时间的各种需求，使人们生活更加方便快捷。 1.41.4 课题内容课题内容 本文提出了一款基于 at89c52 单片机的电子万年历设计方案，本系统以 at89c52 单片机为主控芯片，与 ds1302 时钟芯片、小键盘、nokia5110 液晶显示器等模块组 成硬件系统。它可以根据用户的需要随时对时间进行校对、时间选择、闹钟设置等。 阜阳师范学院毕业生论文 2 1.51.5 本章小结本章小结 本章我对本设计的课题背景，设计的目的和意义，设计的发展状况以及课题内 容等作出了简要的介绍。并对设计作出了一般性的总体规划。 2.基于 ds1302 的电子万年历系统总体设计方案 2.12.1 总体设计框图总体设计框图 本设计的总体电路图如图 1 所示： 图 1 总体设计电路图 2.22.2 系统设计的功能要求系统设计的功能要求 具有年、月、日、时、分、秒、星期的显示与调节功能。 具有闹钟功能。 12 小时制与 24 小时制的相互转化。 2.32.3 系统设计的方案论证系统设计的方案论证 单片机的应用领域无所不至，无论是民用部门、工业部门、事业部门和家用领 域等都有它的身影，是因为它有如下特点： 单片机高性能低价格，它尽可能的把应用所需要的存储器、各种功能的 i/o 端 口都集中在一块芯片上内。单片机是将 cpu、数据存储器、程序存储器、各种功能的 i/o 端口集成于一块芯片上，内部结构简单、体积小、稳定性较高。在实时控制方面 单片机指令系统中有功能极强的位操作指令，控制功能强。另外，单片机低电压、 低功耗。正是这一特点使单片机应用于携带式产品和家用消费类产品中。 综上所述，该系统具有技术上的可行性。完全能通过单片机的控制实现出来。 2.3.12.3.1 单片机控制模块的选择单片机控制模块的选择 方案一：采用传统的 stc89c52 作为电机的控制核心。单片机算术运算功能强， 阜阳师范学院毕业生论文 3 自由度大、软件编程灵活，可用软件编程实现逻辑控制和各种算法，并且由于其体 积小、功耗低、技术成熟和性价比高等许多优点，该单片机在各个领域应用都很广 泛。 方案二：采用 ftc10f04 单片机，还带有非易失性 flash 程序存储器。它是一种 高性能、低功耗的 8 位 cmos 微处理芯片，市场应用最多。其主要特点如下：8kb flash rom，可以擦除 1000 次以上，数据保存 10 年。 由于本系统对 cpu 运算速度要求很高，需要执行很复杂的运算，方案一成本比 较低，性价比高，适合做设计，方案二运算速度高，性能好，两种方案都有可取之 处。所以暂定选用方案一作为主方案，方案二作为备用方案。 2.3.22.3.2 时钟芯片的选择时钟芯片的选择 时钟芯片使用 ds1302。ds1302 是美国 dallas 公司推出的一种 31 字节静态 ram 低功耗、高性能的实时时钟芯片，采用 cpu 与 spi 三线接口进行。 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和 ram 数据。实时 时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于 31 天时可以自动调整，且 具有闰年补偿功能。 2.3.32.3.3 键盘电路的选择键盘电路的选择 键盘可选用 1*8 键盘，4*4 键盘两种选择。1*8 键盘按键功能只有 8 个，按键数 较少，制作简单，占用的 io 口为 8 个。4*4 键盘的按键功能是 16 个，按键数较多， 制作较为复杂，占用 io 口为 8 个。由于键盘接在 52 单片机上，其 io 口数量较少， 经权衡考虑，采用 4*4 键盘，便于以后的功能类型的扩展。 2.3.42.3.4 显示电路的选择显示电路的选择 方案一：led 数码管是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它具 有体积小，功耗低等优点。但无法显示汉字。 方案二： 12864 液晶屏的类型为 stn 或 fstn，其模块显示效果为黄绿底黑字、 蓝底白字或白底黑字，数据总线为 8 位并且温度特性，并分为带中文字库和不带中 文字库两种类型。 方案三：nokia 5110 lcd 显示屏是 nokia 公司生产的用于移动电话的手机显示 设备，分辨率为 84*84 的点阵式 lcd，可显示 4 行汉字，采用的是串口与主处理器进 行通信。 综合考虑，显示电路使用 nokia5110 液晶而不使用数码管或者 12864 液晶。主 阜阳师范学院毕业生论文 4 要是考虑到 nokia5110 的体积小，方便安装，能较好的满足需求。 2.42.4 本章小结本章小结 由于科技的发展生活的需求，电子万年历系统的实现是个很有意义的设计。可 给人们对时间的认知带来很大的方面。通过对该系统技术可行性的探究，最后肯定 了实现该系统的硬件方案。使用 stc89c52rc 作为控制单片机，液晶显示用 nokia5110 显示出具体的时间日期星期等。ds1302 作为时钟芯片，采用 4*4 键盘完 成调时的功能。 3.基于 ds1302 的电子万年历设计系统硬件电路设计 3.13.1 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 系统硬件电路图 图 1 系统硬件电路图 3.23.2 系统核心电路系统核心电路单片机单片机 stc89c52stc89c52 stc89c52 是一款 8 位的 flash 单片机。单片机内部是由 cpu、128b/256b 数据存 储器、程序存储器、16 位定时器、4 个 8 位的可编程 i/o 端口和可编程全双工 uart 串行口等组成。可对液晶显示屏，键盘以及下位机进行数据的发送与接收。 阜阳师范学院毕业生论文 5 3.2.13.2.1 stc89c52stc89c52 主要功能主要功能 stc89c52 主要功能如表 1 所示： 表 1 stc89c52 主要功能表 3.2.23.2.2 stc89c52stc89c52 主要引脚主要引脚及其功能及其功能 stc89c52 主要引脚及功能如下表 2 所示： 表 2 stc89c52 主要引脚及功能 阜阳师范学院毕业生论文 6 3.33.3 时钟电路设计时钟电路设计 3.3.13.3.1 ds1302ds1302 的性能特征的性能特征 ds1302 是 dallas 公司推出的串行接口实时时钟芯片。它既提供实时时钟，又把 关键的数据。芯片使用简单，外部连线少，在智能化仪表及自动控制领域具有广泛 用途。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年（闰年）等信息。工作电压 宽达 2.55.5v 。采用双电源供电（主电源和备用电源） ，可设置备用电源充电方式， 提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。31*8 静态 ram 可供用户使用。备份电 源可由大容量电容来替代。ds1302 用于数据记录，特别是对需要具体的时间表示和 精确的时间记录下数据与出现该数据的时间，因此广泛应用于测量系统中。 ds1302 的引脚图如图 2 所示： 阜阳师范学院毕业生论文 7 图 2 ds1302 的引脚图 各引脚功能如下表 3 所示： 表 3 ds1302 各引脚功能 3.3.23.3.2 ds1302ds1302 的工作原理及数据操作的工作原理及数据操作 3.3.2.13.3.2.1 ds1302ds1302 的内部结构的内部结构 阜阳师范学院毕业生论文 8 图 3 ds1302 的内部结构图 3.3.2.23.3.2.2 ds1302ds1302 的控制字的控制字 表 4 为 ds1302 芯片的控制字，该控制字的第 7 位置 1，若置 0 则不能对 ds1302 的数据进行读写。第 1 位到第 5 位为操作单元的地址。第 6 位，当 ram=1 时，对程 序进行读/写。ck=0 时，则对时间进行读/写。进行读/写操作时需设置第 0 位，该位 为 1 则进行读操作；该位为 0 则进行写操作。控制字节始终是从最低位开始输出/输 入的。 表 4 ds1302 的控制字格式 1 ram / ck a4a3a2a1a0 rd /wr 3.3.2.33.3.2.3 数据输入输出（数据输入输出（i/oi/o） 在控制指令字写入后的下一个 sclk 时钟的上升沿，时钟数据被写入 ds1302 数 据存储器，数据输入从位 0 开始。同样，在跟随 8 位的控制指令字之后的下一个 sclk 脉冲的下降沿读出 ds1302 存储器中的数据，读出数据时从 0 位到 7 位。ds1302 芯片在每次进行读、写程序前一定要初始化，先把 sclk 端置 “0” ，然后把 rst 端 阜阳师范学院毕业生论文 9 置“1” ，最后才给 sclk 脉冲；读/写时序如下图 4 所示。 图 4 ds1302 读/写时序图 3.3.2.43.3.2.4 ds1302ds1302 的寄存器的寄存器 ds1302 芯片有 12 个寄存器，其中有 7 个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据 位为 bcd 码形式。 表 5 为 ds1302 芯片的时间寄存器的内容：“ch”是暂停时钟标志位，当“ch” 位为 1 时，时钟振荡器停止工作，ds1302 芯片处于低功耗的状态；当此位为 0 时， 时钟振荡器开始运行。 “wp”是写保护位，对 ram 设置和时钟的写操作进行之前，该 位必须为 0。当“wp”为 1 时，写保护位防止其他单片机等对任一寄存器进行写操作。 表 5 ds1302 的日历、时间寄存器 阜阳师范学院毕业生论文 10 3.43.4 键盘和显示电路的设计键盘和显示电路的设计 3.4.13.4.1 键盘接口设计键盘接口设计 键盘可选用 1*8 键盘，4*4 键盘两种选择。1*8 键盘按键功能只有 8 个，按键数 较少，制作简单，占用的 io 口为 8 个。4*4 键盘的按键功能是 16 个，按键数较多， 制作较为复杂，占用 io 口为 8 个。由于键盘接在 51 单片机上，其 io 口数量较少， 经权衡考虑，采用 4*4 键盘，便于以后的功能类型的扩展。 3.4.23.4.2 显示电路设计显示电路设计 显示模块采用 nokia5110 液晶显示器，将 9 个引脚引出，接在 51 单片机的对应 引脚上，使用 51 单片机进行控制。nokia 5110 lcd 采用 nokia 公司生产的 lph7366 液晶显示模块。该显示产品除应用于众多移动电话外，也广泛应用于各类 便携式设备的显示系统。这因为该显示器具有自己独特的优点： 84*48(84 行*48 列) 的点阵 lcd，可以显示 4 行汉字； 采用串行通信接口与中央处理器进行通信，接口信号线数目明显减少，除电源和 地外信号线仅有 7 条； 模块可通过导电胶与印制板相连接，而不必采用连接电缆，利用模块上的金属钩 可把模块固定在印制板上，安装和拆卸都极其方便； lcd 驱动芯片已集成在 lcd 晶片上，模块的占用空间很小； 采用低电压供电，lcd 正常显示时工作电流在 200 微安以下，且具有掉电保护模 式。 nokia 5110 lcd，其原理图如图 5 所示，其各引脚顺序与含义如表 6 所示。 阜阳师范学院毕业生论文 11 图 5 nokia 5110 原理图 表 6 nokia 5110 引脚顺序及含义 3.53.5 本章小结本章小结 本章对单片机模块、时钟模块、ds1302 的工作原理以及键盘和显示电路模块 进行了研究，同时介绍了各模块的工作原理。 阜阳师范学院毕业生论文 12 4. 基于 ds1302 的电子万年历软件设计 4.14.1 基于基于 ds1302ds1302 的电子万年历设计系统程序设计要求的电子万年历设计系统程序设计要求 本系统程序设计要求即完成液晶显示实时年、月、日、星期、时、分、秒和闹 钟的时、分、秒，通过键盘可调节闹钟时间和实时时钟且可以完成 12 小时与 24 小 时的相互转化。 4.24.2 基于基于 ds1302ds1302 的电子万年历设计系统主程序设计的电子万年历设计系统主程序设计 该系统的主程序包含了液晶模块初始化、ds1302 时钟控制模块初始化、定时器 t0 初始化、时钟程序和中断程序。 4.2.14.2.1 液晶模块初始化程序液晶模块初始化程序 首先产生一个让 lcd 复位的低电平脉冲，复位后再使能 lcd。初始化中主要设 置 lcd 模式、偏置电压、显示模式和清屏。 4.2.2ds13024.2.2ds1302 时钟控制模块初始化程序时钟控制模块初始化程序 ds1302 时钟模块的初始化主要是往 ds1302 中写数据。 4.2.34.2.3 定时器定时器 t0t0 初始化程序初始化程序 定时器 t0 的初始化主要设置定时器 0 的操作模式、启动方式。设置定时器的初 值及采用中断方式。设置完成后，启动定时器工作。 4.2.44.2.4 时钟程序和中断程序时钟程序和中断程序 时钟程序主要包含了键盘控制程序和时钟显示程序等。 4.3nokia51104.3nokia5110 液晶显示模块的程序设计液晶显示模块的程序设计 nokia5110 液晶显示主要显示四行，第一行采用 7*8 显示当前日期，格式为年/ 月/日/星期。第二行显示闹钟的时间，格式为时：分：秒。第三行显示的是采用 11*8 显示实时时间，格式为时：分：秒。闹铃响铃时，第四行即显示 win。 4.4ds13024.4ds1302 时间控制模块的程序设计时间控制模块的程序设计 时间控制流程图和时间调整流程图如图 6 和图 7 所示： 阜阳师范学院毕业生论文 13 显示驱动程 序初始化 开始 变量初始化 使 ds1302 没有写保护 复位端产生 一个高电平 写 ds1302 地址 延时一段 时间 向该地址写 数据 地址增加 数据是否 写完 n 复位端产生 一个高电平 写入 ds1302 地 址 延时一段 时间 将该地址的 数据读出 地址增加 数据是否 读完 显示驱 动程序 驱动 nokia 5110 显示 y y n 图 6 时间控制流程图 阜阳师范学院毕业生论文 14 图七 时间调整流程图 4.54.5 闹钟程序设计闹钟程序设计 闹钟程序主要包括两个部分，一是键盘设置闹钟时间，二是闹钟时间与实时时 阜阳师范学院毕业生论文 15 间一致时，液晶上显示为 win。设置闹钟时间与设置实时时间的流程图类似，当闹 钟时间与实时时间一样时闹钟响应。 4.64.6 本章小结本章小结 本章介绍了主程序流程图、时间控制流程图以及时间调整流程图，使我们对整 个系统有个全局印象。 5.总结 此系统，可完全满足预定的基本要求，精确的显示时间和日期星期也可对其进 行校正，可实现十二小时制与二十四小时制的转换及闹钟功能的实现，达到了预期 目的。 附录 附录 a：电子万年历照