毕业设计---电子万年历的设计1.doc

目 录 摘 要.1 引 言.2 第一章 总体要求.3 1.1 作品要求 3 1.2 方案论证 3 1.2.1 控制部分的方案选择.3 1.2.2 显示部分的方案选择.3 第二章 系统硬件设计.4 2.1 单片机系统及显示电路 4 2.2 驱动电路 5 2.3 时钟控制电路 5 第三章 软件设计.7 第四章 调 试8 4.1 硬件调试 8 4.2 软件调试 8 第五章 总 结9 致 谢.10 参考文献.11 附 录 a .12 附 录 b .13 附 录 c .14 第 1 页 共 20 页 电子万年历的设计 摘 要 电子万年历是一种应用非常广泛的日常计时工具，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，本设计 利用数量较少的芯片制作了一个运用简单的电子万年历。以单片机作为本设计 的核心，实现时钟日历的显示：用八段 led 数码管分别显示年、月、日、星期、 时、分、秒，用 ds1302 作为该设计的实时时钟芯片，用 74ls164 寄存器来驱动 数码管的各段码，用三极管来驱动数码管的各位码。 关键词: 单片机、ds1302 时钟芯片、数码管 第 2 页 共 20 页 引 言 年历，是指印有一年的月份、星期、日期、节气等的印刷品。人们习惯把 单张年历、月历、日历都划入广义的年历范畴内。几十年来，年历的发展见证 了科技的发展和时代的变迁。年历工艺的进步显示了科技的发展和人民生活水 平的提高。 随着科学技术的发展，以前的年历已发展成现代的电子万年历，它一开始 是采用数字电路实现的，电路复杂，精确度差，每天都需要调时，由于数字集 成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得它的电路越来越简单，精度也 越来越高，现在的电子万年历一般都用集成芯片和软件结合实现，电路简单， 制作方便，给人们生产生活都来了极大的便利，它已成为我们生活中不可缺少 的家居用品。 第 3 页 共 20 页 第一章总体要求 1.1 作品要求 本作品电子万年历用 led 数码管显示阳历年、月、日、星期、时、分、秒。 通过按键开关实现调时的功能，能调时，断电有实时时钟。 1.2 方案论证 1.2.1 控制部分的方案选择 一、用可编程逻辑器件设计 可采用 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没有什么优势。 二、用单片机设计 单片机有丰富的中断源，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调用。i/o 口功能也比较强大， 方便使用。方便对设计进行扩展，使设计更加完善。成本也相对低一些，虽然 在控制与显示的结合上有些复杂，但和前则相比用单片机设计还是比较可行的。 1.2.2 显示部分的方案选择 一、液晶显示方式 液晶显示效果出众，但是在显示时，屏幕会有明显的闪烁。而且存储空间 有限，大大影响了电子万年历的性能。 二、数码管显示 相比液晶显示，采用七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，最后选择用 led 数码管做显示部分。 第 4 页 共 20 页 第二章系统硬件设计 硬件电路主要分为单片机系统及显示电路、按键电路和时钟控制电路等几 部分组成。设计框图如图 2.1。 图 2.1 电子万年历设计框图 2.1 单片机系统及显示电路 单片机采用 89c51 利用它的最小应用系统设计，如下图，电容 c8，c13 起 稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在 5-30pf。晶振频率的典型值 为 12mhz，采用 6mhz 的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟信号需要比较 稳定时，用 12mhz 高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小时差。在本 设计中用 12mhz 比较适当，相对的电容取为 20pf。 显示电路采用简单实用的共阳 led 数码管，电阻选用 200 欧姆即可获得合 适的亮度效果，段码用 74ls164 芯片驱动，位码用 pnp 三极管 9012 驱动。单片 机系统及显示电路如图 2.2 所示。 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst /vpd 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int 0 12 p3.3/int 1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xt al2 18 xt al1 19 gn d 20 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 pse n 29 al e/pr og 30 ea /vpp 31 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 vc c 40 at 89c5 1 at 89c5 1 r62 2k r64 2k r65 2k r63 2k r66 2k r67 2k r61 2k q7 901 2 q6 901 2 q5 901 2 q4 901 2 q3 901 2 q2 901 2 vc c q8 901 2 r40 200 r41 200 r42 200 r43 200 r44 200 r45 200 r46 200 r48 200 r49 200 r50 200 r51 200 r52 200 r53 200 r54 200 r55 200 r56 200 r57 200 r58 200 r59 200 r68 200 r69 200 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 1dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 2dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 3dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 4 dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 9 dpy3 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 5dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 7dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 8dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 6dpy2 y1 12m c8 20p c13 20p gn d gn d r91 2k a 1 k 2 d1 0 400 7 c18 10u f/25 1 1 2 2 s1sw -pb vc c d1 5 d1 6 d1 7 d1 8 d1 9 d2 0 d2 1 d1 5 d1 6 d1 7 d1 8 d1 9 d2 0 d2 1 d1 5 d1 6 d1 7 d1 8 d1 9 d2 0 d2 1 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d1 0 d1 1 d1 2 d1 3 d1 4 d8 d9 d1 0 d1 1 d1 2 d1 3 d1 4 d8 d1 0 d1 1 d1 2 d1 3 d1 4 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a1 0 a1 1 a1 2 a1 3 a1 4 31 12 13 16 9 9 d9 vc c 显示电路 时钟控制 按键控制 主控芯片 （单片机） 第 5 页 共 20 页 图 2.2 单片机及显示系统电路图 2.2 驱动电路 驱动电路采用 74ls164 的芯片来驱动，在单片机系统中，如果并行口的 io 资源不够，而串行口又没有其他的作用，那么我们可以用 74ls164 来扩展并行 io 口，节约单片机资源它是一个 8 位并行输出门控串行输入移位寄存器，其显 示数据以串行方式从单片机的输出口输出送往移位寄存器 74ls164 的 a、b 端， 然后将转换的并行数据从输出端 q0q7 输出，几乎同时驱动与之相接的 led 数 码管,各个数码管便以很短时间间隔轮流显示。由于人眼的残留效应，所以各个 数码管看上去几乎是同时显示的。74ls164 的引脚定义及真值表如下图 2.3。 图 2.3 74ls164 的引脚定义及真值表 2.3 时钟控制电路 本设计的实时时钟电路用 ds1302,如图 2.4，它的工作电压一般为 2.5- 5.5v，它的主要特点是采用串行数据传输，同时增加了主电源/后背电源双电源 引脚，可以为掉电保护电源提供可编程的充电功能。采用 32khz 的晶振，电容 一般用 10pf 就可以起到稳定振荡频率和快速起振的作用了。 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 dip8 u4 ds 1302 y2 32k c7 10p c6 10p bt 1 3v gn d c1 9 104 vc c vc c gn d gn d 1213 1 2 3 4 rl 1 10k 图 2.4 时钟电路 工作方式输入 输出 mr a b q0 qa-qh 复位（清 除） 移位 l h h h h x l l h h x l h l h l l l l h l l qa-qh qa-qh qa-qh qa-qh 第 6 页 共 20 页 ds1302 是一种高性能、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。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 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,其日历、时间寄存器及其控制字。此外，ds1302 还有年份寄存 器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与 ram 相关的寄存器等。时 钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 第 7 页 共 20 页 第三章软件设计 电子万年历的软件程序主要完成时间显示和定时输出判断功能。而年月日 显示和各时间单元进位，时间设定时，调定时间设定时等功能全部在中断服务 程序中完成。 从本设计的原理图上可以看出，单片机从 p3 口输出位选码，从 p0 口输出 段选码，led 就会显示出数字来。但 p0 口的输出的数据是要 bcd 码，各存储单 元存储的是二进制数，也就是和要显示出的字符表达的含义是不一致的。可见， 将要显示的存储单元的数据直接送到 p0 口去驱动 led 数码管显示是不能正确表 达的，必须在系统内部将要显示的数据经过 bcd 码行转换后，将各个单元数据 的段选代码送入 p0 口，给 74ls164 译码后去驱动数码管显示。软件总体设计如 图 3.1、3.2。 读取时间寄存器数据 数据处理 送显示缓冲区 调显示子程序 判断有按键按下 调定时开关子程序 开始 图 3.1 主函数流程 图 3.2 定时开关子程序 定时开关子程序 取时间寄存器数据 数据处理 取时间开关寄存器数据 按开关条件生成开关数据 开关数据送 p1 口 返回 第 8 页 共 20 页 第四章调 试 4.1 硬件调试 电子万年历硬件的制作和调试都比较简单，焊接的时候要仔细的对照原理 图或 pcb 板图，以免把元器件弄错，焊接时要注意，不要出现虚焊。等完全焊 接好后要再检查一遍，确定无误后就开始调试。接上电源，看一下电源的指示 灯有没有亮，如果亮了就说明有电源输入，在检测一下单片机的电源脚（40 号 脚）是否有电源，如果有适当的电压说明电源部分没有问题。在硬件调试时也 可以先在芯片中烧一个简单的显示程序，看一下驱动部分和显示部分能不能正 常工作。如数码管显示不正常，有断码时要检查一下数码管的管脚有没有虚焊。 4.2 软件调试 确定硬件没有了错误后，根据原理，连接图编写程序，编译无误后可以先 在仿真器上仿真一下，看一下程序是否按自己编写的效果显示出来。一开始程 序经自己及向同学请教编写好以后，用仿真器试用了一下，万年历不能按照正 常现象从数码管上的显示出来，原以为是在编写程序中出了问题，才使得该万 年历不能正常工作，又去找软件比较懂的同学请教了一下，他们说软件可以用， 没问题，于是又把程序直接烧入芯片再看一下它的显示情况，经过观察，该万 年历除了小时每天差四个小时另外的都可行。换了一块时钟芯片试用看看，结 果却可以正常运行了，原来是时钟芯片出了问题。经使用观察该万年历可以正 常使用，显示正确。 第 9 页 共 20 页 第五章总 结 通过这次制作使我了解了整个万年历的工作过程和各个部分的工作过程， 使我体会到利用单片机设计的电子万年历便于操作、直观。经实际使用观察证 明，该万年历能达到任务书上的要求，能正确的显示年、月、日、星期、时、 分、秒，能通过按键切换调时，误差为 12 秒/天，达到了设计的要求，总的来 说制作还是成功的！ 在本次制作中，碰到了很多问题，但经过了老师、同学的指导和帮助，这 些问题基本上得到了解决。另外软件部分还需要多多向老师或同学学习。 在这个设计中还有待提高的地方，由于本次制作时间紧迫，有些元器件还 没能通过软件程序得到运用，有些问题还待解决。比如一开始插上电源使用时 做调时切换用的按键不灵活等。 总之，通过这次的毕业设计使我对本门专业知识有了进一步的学习，提高 了我收集资料的能力，动手的能力。对书本中学到的知识也有了进一步的认识。 第 10 页 共 20 页 致 谢 本文是在 xxx 老师的全面指导中完成的，老师认真负责的工作态度促使我 更好的完成了本毕业设计，与老师的相处时间不多，但老师对专业知识的态度 非常值得我学习，让我对本专业有了更大的学习兴趣，在论文完成之际，向老 师致以最真挚的感谢和最崇高的敬意！ 第 11 页 共 20 页 参考文献 1、余永权等.单片机在控制系统中的应用：北京电子工业出版社，2004。 2、李华.mcs-51 系列单片机实用接口技术：北京航空航天大学出版社， 2004。 3、李光飞等.单片机课程设计实例指导：北京航空航天大学出版社，2004。 4、李光飞等.单片机 c 程序设计实例指导：北京航空航天大学出版社， 2005.9。 5、刘文涛等. mcs-51 单片机培训教程：电子工业出版社，2005.8。 第 12 页 共 20 页 附 录 a 实物图 第 13 页 共 20 页 附 录 b gn d 1 2 3 4 d2 206 r13 2k vin 1 gnd 2 vo ut 3 u2 780 5. d3 le d c1 470 uf/25 v c5 470 uf/1 6v c2 104 c3 104 vc c 1 1 2 2 3 3 j1 po w c4 104 gn d p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst /vpd 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int 0 12 p3.3/int 1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xt al2 18 xt al1 19 gn d 20 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 pse n 29 al e/pr og 30 ea /vpp 31 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 vc c 40 at 89c5 1 at 89c5 1 r62 2k r64 2k r65 2k r63 2k r66 2k r67 2k r61 2k 1 1 j5 co n1 1 j6 co n1 1 j7 co n1 1 j8 co n1 r70 2k gn d ls2 spe ak vc c q9 901 2 q7 901 2 q6 901 2 q5 901 2 q4 901 2 q3 901 2 q2 901 2 vc c q8 901 2 1 2 3 4 5 6 vs s8 9 10 11 12 13 vc c dip14 u8 74l s164 1 2 3 4 5 6 vs s8 9 10 11 12 13 vc c dip14 u7 74l s164 1 2 3 4 5 6 vs s8 9 10 11 12 13 vc c dip14 u6 74l s164 r60 2k r47 2k r31 2k vc c 31 r40 200 r41 200 r42 200 r43 200 r44 200 r45 200 r46 200 r48 200 r49 200 r50 200 r51 200 r52 200 r53 200 r54 200 r55 200 r56 200 r57 200 r58 200 r59 200 r68 200 r69 200 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 1dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 2dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 3dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 4 dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 9 dpy3 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 5dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 7dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 8dpy2 a bf c g d e dpy1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp co m a bf c g d e dpy a b c d e f g dp dp co m ds 6dpy2 1 2 3 j4 18b 20 gn d vc c r92 4k y1 12m 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 dip8 u4 ds 1302 y2 32k c7 10p c6 10p c8 20p c13 20p gn d gn d r91 2k a 1 k 2 d1 0 400 7 c18 10u f/25 1 1 2 2 s1sw -pb vc c s2k1 s3k2 s4k3 s10k4 bt 1 3v gn d c19 104 vc c vc c gn d gn d d1 5 d1 6 d1 7 d1 8 d1 9 d2 0 d2 1 d1 5 d1 6 d1 7 d1 8 d1 9 d2 0 d2 1 d1 5 d1 6 d1 7 d1 8 d1 9 d2 0 d2 1 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d1 0 d1 1 d1 2 d1 3 d1 4 d8 d9 d1 0 d1 1 d1 2 d1 3 d1 4 d8 d1 0 d1 1 d1 2 d1 3 d1 4 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a1 0 a1 1 a1 2 a1 3 a1 4 a1 5 a1 6 a1 7 a1 8 a1 9 a2 0 a2 1 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a1 0 a1 1 a1 2 a1 3 a1 4 a1 5 a1 6 a1 7 a1 8 a1 9 a2 0 a2 1 31 gn d 12 12 13 13 r7 510 d9 le d 16 16 9 9 d9 vc c gn d 1 2 3 4 rl 1 10k 电路原理图 第 14 页 共 20 页 附 录 c 主要程序 ; ;主程序; ; start: setb ea mov scon,#00h ;串行输出，方式 0 mov tmod,#10h ;计数器 1，方式 1 mov tl1,#00h mov th1,#00h mov ds1302_addr,#8eh mov ds1302_data,#00h ;允许写 1302 lcall write mov ds1302_addr,#90h mov ds1302_data,#0a6h;1302 充电，充电电 1.1ma lcall write main1: mov ds1302_addr,#8dh ;读出年 lcall read mov year,ds1302_data mov ds1302_addr,#8bh ;读出星期 lcall read mov week ,ds1302_data mov ds1302_addr,#89h ;读出月 lcall read mov month,ds1302_data mov ds1302_addr,#87h ;读出日 lcall read mov day,ds1302_data mov ds1302_addr,#85h ;读出小时 第 15 页 共 20 页 lcall read mov hour,ds1302_data mov ds1302_addr,#83h ;读出分钟 lcall read mov mintue,ds1302_data mov ds1302_addr,#81h ;读出秒 lcall read mov second,ds1302_data mov r0,year ;年分离，送显示缓存 lcall divide mov 7bh,r1 mov 4bh,r1 mov 7ch,r2 mov 4ch,r2 mov 78h,week mov 48h,week mov r0,month ;月分离，送显示缓存 lcall divide mov 79h,r1 mov 49h,r1 mov 7ah,r2 mov 4ah,r2 mov r0,day ;日分离，送显示缓存 lcall divide mov 76h,r1 mov 46h,r1 mov 77h,r2 mov 47h,r2 mov r0,hour ;小时分离，送显示缓存 lcall divide mov 74h,r1 mov 44h,r1 mov 75h,r2 mov 45h,r2 第 16 页 共 20 页 mov r0,mintue ;分钟分离，送显示缓存 lcall divide mov 72h,r1 mov 42h,r1 mov 73h,r2 mov 43h,r2 mov r0,second ;秒分离，送显示缓存 lcall divide mov 70h,r1 mov 40h,r1 mov 71h,r2 mov 41h,r2 ; ;闪动调时程序; ; intt1: push acc push psw gflash:cpl 0fh jb 0fh,gflash1 mov 7ch,4ch ;全部显示 mov 7bh,4bh mov 7ah,4ah mov 79h,49h mov 78h,48h mov 77h,47h mov 76h,4