基于单片机的电子万年历大学毕业论文.doc

分类号 编号烟 台 大 学毕 业 论 文（设 计）基于单片机的电子万年历Based on Single Chip Microcomputer Electronic Perpetual calendar工学学士申请学位： 院 系：光电信息科学技术学院 专 业： 电子信息工程 姓 名： 盛 雨 学 号： 200913501126 指导老师： 张 炜 2019年12月26日烟台大学基于单片机的电子万年历姓 名: 盛 雨 导 师: 张 炜 2019年12月26日烟台大学烟台大学毕业论文（设计）任务书院（系）：光电信息科学技术学院姓名盛雨学号200913501126毕业届别2013专业电子信息工程毕业论文（设计）题目基于单片机的电子万年历指导教师张炜学历研究生职称讲师所学专业控制理论与控制工程主要内容： 本设计论述了电子万年历的研究背景及意义，主要介绍了电子万年历的主要组成部分及组成元件，以及这些所选这些元件的优点。它所用的主要芯片为AT89C52单片机，温度传感器DS18B20，时钟芯片为DS1302、用LCD做显示器。基本要求：着重培养解决实际问题的能力及初步的理论研究能力，查阅文献资料、调查收集信息的能力，进行综合概括的能力和程序编写和调试的能力，实验结果分析与比较处理的能力，外文阅读、计算机应用能力，撰写毕业设计论文的能力。本设计的基本要求为要求能显示阳历年、月、日、星期、时、分、秒和周围温度主要参考资料：1、 江志红.51单片机技术与应用系统开发案例精选2、 钱超.王福明 基于单片机的多功能电子万年历设计世界电子元器件 进度安排：第一阶段：1-4周在导师的指导下选择课题和查询相关资料。第二阶段：5-8周在导师的指导下确定设计方案和实现方法。第三阶段：9-13周根据方案完成相关软件的仿真，撰写毕业论文。第四阶段：14周定稿，打印论文，参加答辩。指导教师（签字）： 年 月 日教学院长（主任）（签字）： 年 月 日院（系）意见：备注：烟台大学毕业论文（设计） 摘要在当今信息科技飞速发展的时代，时间和每一个人都有非常密切的相互联系，时间对任何人都产生非常重要的影响。随着科技的快速发展，流逝的时间，我们走过了根据太阳来判断时间，发展到了钟摆，又有了现在的电子表等。当各类电子表在我们生活中广泛应用的时候，电子万年历的的出现又把我们引入到一个全新的时代。科学的发展为电子万年历的性能完善提供了条件，现在电子万年历已经成为了我们生活中不可缺少的生活必需品，例如：在银行、车站、码头、办公室、家庭等各种场所，该产品具有很大的市场前景和发展空间。单片机作为一个高性能、低功耗的产品，把很多产品领入一个全新的时代，这个设计是在单片机的基础上进行的，电子万年历不仅要用到软件而且还有用到硬件。软件的程序编写采用C语言，硬件是用到的元件有：主要的控制部分是单片机AT89C52，时钟电路为DS1302，温度传感器DS18B20组成的温度检测电路、LCD1602组成的显示电路、键盘接口5个模块组成。关键词电子万年历;AT89C52;DS1302;DS18B20;LCD1602Abstract In todays information era of rapid development of science and technology, time and each person has a very close contact each other, time is very important influence on anyone. With the rapid development of science and technology, the passage of time, we walked through the time, according to the sun to the pendulum, and the current electronic watch, etc. When all kinds of electronic watch is widely used in our life, the emergence of electronic calendar and introduce us to a new era. Scientific development for the performance of the electronic calendar provides the perfect conditions, the electronic calendar has become the indispensable necessities in our life, for example: in the bank, station, wharf, office, home and other places, the product has great market prospects and development space. Single chip microcomputer as a high performance, low power consumption products, put a lot of products into a new era, this design is based on single chip microcomputer, electronic perpetual calendar is not only to use the software and hardware used. Programming using C language software, hardware device is used are: the main control part is SCM AT89C52, for DS1302 clock circuit, temperature detection circuit composed of temperature sensor DS18B20, LCD1602 display circuit, keyboard interface composed of five modules. Keywords electronic calendar; DS1302 ; DS18B20;LCD1602 AT89C52目 录1 绪 论11.1研究背景及意义11.2单片机的定义12 方案论证与设计22.1 电子万年历的主控制系统22.2 选择时钟芯片22.3 测温部分的选择22.4 显示部分方案的选择33 硬件电路设计及仿真结果43.1 电路设计框图43.2 控制电路的选择43.2.1 电路的选择43.2.2 选择元器件53.3 时钟电路的选择与计算73.3.1 电路的选择73.3.2 时钟芯片73.4 显示电路的选择93.4.1 电路的选择93.4.2 元件的设计及计算103.5 测温电路的选择103.5.1 测温的电路图103.5.2 元件的选择及设计计算103.6 硬件的仿真123.6.1 硬件的调试123.6.2 温度报警器133.6.3 时间的调整144 系统程序设计154.1 阳历程序设计154.2 时间调整程序设计154.3 阴历程序设计164.4 软件测试165 结论与展望175.1 结论175.2 展望17致 谢18参考文献19附 录 A20附 录 B211 绪 论1.1 研究背景及意义万年历的说法起源于我国古代，虽然它记录的时间范围可能达不到一万年，但是为了纪念古时候人们对时间的记录则起名叫万年历。由于单片机的性能好，可靠性强，低功耗，抗干扰和使用轻便快捷等优点，且最近几年发展迅速，单片机已经应用于众多行业。在单片机发展的同时，为万年历的发展提供了新方法、新理论。时间的记载经历了观天日、看摆钟、机械表到现在的电子钟，在经验的基础上，我们一直在不断研究更先进、更便捷的显示时间的钟表，那么电子万年历的出现就成为了必然，成为了我们生活中的必需品。1.2 单片机的定义微控制器把中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、中断系统、定时器/计数器及I/O接口电路等主要部件集成在一块芯片上。可以把它简称为单片机1。2 方案论证与设计2.1 电子万年历的主控制系统方案一： 采用AT89S52,片内ROM的全都采用Flash ROM；工作电压可以为3V的低压；同时存储空间同MCS-51系列单片机芯片内部为8KB ROM，也具有89C51的功能，具有在线编程和多次使用功能。方案二：AT89c52是一种8位CMOS微处理芯片，具有高性能、低功耗的功能。其中8KB Flash ROM，擦除次数多可以使用很多次，可以把数据保留很长时间，方便以后查询等。它采用电源控制模式，中断源、中断优先级、8位IO口、16位定时计数器，它们的个数分别为六、四、四、三 2。综上所述：采取AT89C52为主控制系统。2.2 选择时钟芯片方案一：直接用单片机作为定时计数器，用程序计算时间。用这种方法芯片的使用次数没有以前那么多了，但是测出来的时间不精确，与正确的时间差比变大了。方案二：包括实时时钟日历和31位的静态RAM。它与微处理器之间进行信息交流是靠1个串行接口完成的，它可以显示时间、日期等信息，且在温度超过一定界限的时候报警。这种时钟芯片与单片机之间进行通信方式为同步串行，仅需用到i个口线：REs、IO、SCLK(串行时钟)。工作时功耗小，精度高。有Vcc2作主电源和Vcc1作备份电源，备份电源在主电源没有通电的情况下使时钟芯片正常运行3。经过以上两个方案的对比，时钟芯片为。2.3 测温部分的选择1.传统的测温元件在测温时需接外部硬件，这样一来会较麻烦且容易出错，需要钱也较多，而软件方面也不容易做。2.与前面相比，检测元件则采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种DS18B20（智能温度传感器），测温范围为-56124，最大分辨率可达0.06。DS18B20在与单片机相连时为三线制，外接部件没那么多了，则在买硬件时不用花那么多钱了，也不容易出错了。2.4 显示部分方案的选择方案一： 若LED 做显示部分，他在显示数字和成本方面还可以，但是在与单片机连接时，即使使用单片机的接口不多，但接线还需要花费一点时间。 方案二： 若 LCD1602 液晶做显示部分，它的内存大，且在显示文字等时很清楚，它消耗的功率低、使用时间较长、在环境复杂的情况下不容易被干扰等优点。综上所述，显示部分采用普通的LCDl602显示第一行分别表示某年、某月、某日和星期；第二行分别为时、分、秒和温度。芯片工作电压为45v-55V，电流20mA(50V)最佳工作电压为5OV。3 硬件电路设计及仿真结果AT89C52主控制模 块3.1 电路设计框图温度传感器LCD数码管动态模块 LED数码管动态显示模块键盘模块 图3.1电路设计框图3.2 控制电路的选择3.2.1 电路的选择如图3.2所示为主控电路： 图3.2主控电路3.2.2 选择元器件1单片机AT89C52ATMEL公司生产的AT89C52单片机采用高性能的静态80C51设计，由先进工艺制造且程序存储器为FLASH。它的主要性能特点有： 8KB Flash ROM，可以檫写1000次以上，数据保存10年。 256字节内部RAM。 电源控制模式：时钟设置、空闲模式、掉电模式。 全双工增强型UART；T0、T1（标准80C51）和增加的T2（捕获和比较）。 全静态工作方式：024MHz。图3.3 AT89C52的引脚图如图3.4所示是AT89C52P0口的上拉电阻电路连接图图3.4是AT89C52P0口的上拉电阻电路连接图2、单片机晶振电路晶振电路采用的晶体振荡器，频率为12MHz。在晶振的两端接两个电容值为22pF，电容的作用是过滤不需要的信号。如图3.5所示为。图3.5 晶振电路连接图3、单片机复位电路采用的是上电式复位。接通电源的瞬间，通过电容的那条线等于没有电阻，这个时候自动复位；电容两端的电压为电源电压时，电阻最大，流过电容的电流为0， 这个时候对电路无影响，程序正常运行。如图3.6所示为复位电路图图3.6 复位电路图3.3 时钟电路的选择与计算3.3.1 电路的选择 图3.7时钟电路图3.3.2 时钟芯片的性能特性最少引脚的串行I/O；2.55.5V的电压工作范围；2.5V时耗电小于300nA；简单的3线接口；充电方式可以选择。中Vcc1在提供低电源和低功率时可以作为后备电源，当Vcc2在双电源系统中作为主电源时，Vcc1作为备份电源，防止在主电源掉电的情况下能保存信息，使时钟正常工作。DS1302由Vcc1或Vcc2中较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给供电；当Vcc2小于Vcc1时， 由Vcc1供电。数据操作原理在数据传送过程中若RST脚为低电平，则不再传送数据。接通电源运行时，在VCC大于等于2.5V之前,RST脚必须保持“0”状态不变。只有在SCLK为“1”时， RST才能置为“0”。表3.1为各引脚的功能表 3.1 DS1302引脚功能引脚号引脚名称功 能1Vcc2主电源2,3X1，X2振荡源，外界32.768kHz晶振4GND地线5RST复位/片选线6I/O串行数据输入/输出端(双向)7SCLK串行数据输入端8Vcc1后备电池如图3.8所示的控制字。控制字节的第7位必须是高电平；如果它为低电平，则中则不能写入数据。位6为0和1时分别表示存取日历时钟数据和RAM数据。指示操作单元的地址为位51（A5A1）。A0和A1分别表示进行写操作和进行读操作。控制字节则是从A0开始输入或输出4。7 6 5 4 3 2 1 01RAMA4A3A2A1A0RAM图 3.8 DS1302的控制字表 3.2 的日历、时间内部寄存器地址和内容寄存器命令指令它们的取值寄存器的内容写寄存器读寄存器B7B6B5B4B3B2B10秒寄存器80H81H0059CH10SSEC分寄存器82H83H0059010 minMIN小时寄存器84H85H0023或011212/24010A/PHRHR日寄存器85H87H0128，29，30，310010DATEDATE月寄存器88H89H011200010MMONTH周寄存器8AH8BH010700000DAY年寄存器8CHD3H009910YEARYEAR的 日历、时间寄存器及其控制字见表3.2，当读取的数是偶数时则将写入相关内容，否则是读出相关内容。 A7决定时间是12小时制还是24小时制。它为高电平时则为12小时制。在这种情况下，A5是AM/PM位，此位是高电平时表示PM低电平表示AM。在24h方式下，A5为第二个10h位（2023h）。 2、晶振电路单片机的晶振电路基本差不多，不同之处在于它们的频率，所选晶振频率为32768Hz。如图3.9所示为DS1302的晶振电路图3.9 的晶振电路3.4 显示电路的选择3.4.1 电路的选择 图3.10 显示电路3.4.2 元件的设计及计算LCD1602的特性内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM3.5 测温电路的选择3.5.1 测温的电路图图3.11测温的电路图3.5.2 元件的选择及设计计算DS18B20温度传感器的优点：1、接口方式采用单总线。单总线具有使用经济、方便快捷、抗干扰能力强等优点，特别适用于恶劣环境的测温，为构建测量系统创建了新方法。2、当多个DS18B20同时使用时可达到多点测温的目的，且不需要外接元件3、多变的供电方式。DS18B20既可以在外部接电源，又可以在内部通过数据线获取电源，在这种情况子下可以使系统具有简单的结构，较高的可靠性。4、负压特性。在电源没有正确接线时，温度计将会继续正常工作且不会烧毁。5、防止掉电。DS18B20有EEPROM，在没有电时仍然可以继续工作。DS18B20的性能特点如下：不需要外部器件；电压工作范围为3.03.5V，可由数据线提供电源且待机时不需要消耗功率；温度以一定的数字读出；设置的温度报警器数据不容易丢失。DS18B20温度传感器还有容量为八字节的RAM作为暂存和信息可重复使用的EERAM。温度信息在前两个字节，接着的两个字节为 TH和TL的拷贝，信息不容易保存，且在通电时信息被刷新。配置寄存器位于第五个字节。DS18B20工作时按配置寄存器中的分辨率将温度转换为相对需要的值。表3.3 DS18B20分辨率的定义规定R1R0分辨率/位时间的最大转换/ms00993.750110187.510113751112750由表3.3可见，在应用DS18B20时分辨率和转换时间要综合考虑，随着分辨率增长温度数据转换时间就越多。暂存RAM的六七八没有用到，全部用高字节表示。第九字节将显示前面的CRC码，通过数据的检测来确保通信数据无误。S为符号位，S取值为零时，可以直接进行2进制到10进制变换；当S取值为一时，测的温度为零度以下，则不可以直接求出10进制的数值。DS18B20是单线通信且分时完成，要求较严格，所以看重读写时序。DS18B20的操作流程为：首先对 DS18B20初始化，其次把ROM的各个指令发出，接着把存储器的各个操作指令发出，最后进行数据的处理5。2、DS18B20内部结构：DS18B20主要由64位ROM、温度传感器、不容易挥发的温度报警除法器TH和TL、配置寄存器四个部分组成。ROM中的64位序列号可以看做是DS18B20的地址序列码，它是出厂前就被定义好的，则每个DS18B20的64位序列号均不相同，即所有的DS18B20都各不相同，因此可以多个DS18B20并联在一根总线上。DS18B20可以采用两种方式供电，一种是由电源提供供电，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为引线，3脚外接电源。另一种是寄生电源供电方式。为了使DS18B20正常使用，单片机端口用MOSFET管来控制单线总线。单线总线开启时间非常短，而它的引脚驱动能力有限，只能输出低电平，无法输出高电平，为了保证写存储器操作和温度A/D转换操作能正常进行必须使用外部上拉3.6 硬件的仿真3.6.1 硬件的调试首先根据硬件电路图利用PROTEUS把电路图链接好，如图3.12硬件实际图：图3.12硬件模拟图然后保存文件的格式为.DSN,以便下次使用的时候调用。然后再双击单片机，在Progame File栏调出程序生成的以.hex为后缀的文件，然后单击确定，如图3.13所示：图3.13 调用程序硬件仿真的结果如图3.14图3.14 硬件仿真结果3.6.2 温度报警器 LED显示屏显示的为年/月/日、星期、时分秒、温度。U3为温度的调试，左/右边分别表示为温度减/加1。当温度超过35度时，将会报警，如图3.15在R2和报警器之间的符号变为红的并且有滴滴的声音发出。图3.15报警时的图3.6.3 时间的调整年、月、日、星期、时、分、秒的调整为R3、R4、R5和R6下面的那个BUTTON，它们分别表示启动、加、减、恢复。单击启动时，可以调整秒，加减调整结束后，如果还不正确，在单击调试，则可以调试分，以此类推，可以调试时、星期、日、月、年，调整结束后单击恢复，则可以恢复，调整结束。如图3.16时间的调整3.16时间的调整4 系统程序设计4.1 阳历程序设计因为在该程序中使用DS1302时钟芯片，阳历程序只需从DS1302各寄存器中读出年、月、日、周、小时、分、秒等数据，再处理即可。对DS1302进行首次操作之前，先初始化，把经过处理的从DS1302中读出数据送给显示缓冲单元。阳历时间显示的程序流程图见图4.1所示。初始化13021302开始振荡从1302中读出年、月、日、周、小时、分、秒开 始读出的数据都为BCD码，将其高低位分离送显示缓冲单元图4.1 阳历程序流程图程图4.2 时间调整程序设计时间的修改用4个按钮键来控制，它们分别为开始、加、减、停止。在时间修改的过程中，要修改的位与不需要修改的位应该把它们给分别开。把需要修改的位一直在闪，直到修改完继续修改下一个。需要修改的位一直闪的原理是利用定时器把需要修改的位亮和熄灭一定时间，比如说每次亮和熄灭的时间均为为40ms。利用定时器计时，每次达到40ms溢出时，由亮变灭或由灭变亮，不断交替，直到不再调整。这个时候把正确的数定住，不在闪，然后使下一个需要修改的数不停的闪。减键有效4.3 阴历程序设计根据阳历日期来推算阴历日期。先要根据当前阳历的日期，算出阳历为该年中的第多少天，设为A，该年春节和元旦的日差为B，当A=B时，则A-B=C时，C就是阴历在该年中的第多少天，然后就可以算出当前阴历日期；当AB时，则阴历比阳历小一年，通常此时阴历会是11月或者12月，此时B-A=D，而D表示距离过新年还剩的天数。再根据查表所得的该年的阴历的闰月，以及哪些月份有30号和哪些月份没有30号，这样就可以计算出在阴历时为几月几号。4.4 软件测试首先在Keil uVision3软件上在File中把写好的程序调用出来，程序见附录B，然后再Project中通过New Project把生成的以.Uv2为后缀的文件打开如图4.2图4.2 工程的调用最后为程序的调试，程序的调试为单击左边的第一个如图4.3，调试的结果如图4.4图4.3 程序的调试图4.4 程序的调试结果5 结论与展望5.1 结论 此次设计具有可以显示阳历日期、按键调整时间和可动态显示年等功能。这个设计的硬件电路用的器件比较少，电路比较简单，电路的主要部分为AT89C52单片机，DS1302时钟芯片和LCD12864作为显示器，可以达到目的。5.2 展望这次设计虽然完成了，但是还存在着缺点：1、显示的年限过短，只能显示2000年2100年之间的部分。2、通过按键调节年、月、日后，如果不调节星期，星期的显示就会出现与正常的星期不一样，导致出现错误，现在还没有想出如何可以自动调整，只能自己调节才能纠正过来。3、于未来的阴历日期是不能准确预测出的，所以，未来所显示的阴历日期有可能与别人设计的电子万年历所表示的时间不一样。4、编程采用的是C语言，不是汇编语言，比较复杂，所以看起来没有汇编语言简洁，整齐。5、仿真出来的温度不能自动感受温度，必须用手动调节。6、电子万年历的功能还可以继续增加，比如可以添加跑马灯等等，所以发展空间很大，需要我们不断继续创新、探索。34致 谢正是至此论文全部结束，在论文创作工程中，我特别感谢所有关心、爱护我的人们，谢谢他们的鼓励和帮助。首先，本文是在张老师的指导下完成的。在此，我衷心地感谢我的指导老师张老师！不管在选题阶段，还是在设计阶段、在制作阶段，他对我的悉心指导，使我得以顺利的完成毕业设计。在此过程中，遇到的难题，他们总是耐心细致地帮我解决，使我不仅在硬件技术方面有了一定的提高，同时，对软件使用能力也得到了提高。最重要的是提高我对实际问题的分析能力与解决能力。培养了我独立完成课题的能力。因此，在这里我衷心地感谢他，谢谢您对我的指导和关心。 参考文献1 江志红. 51 单片机技术与应用系统开发案例精选M. 清华大学出版社, 2008.2潘永雄. 新编单片机原理与应用M. 西安电子科技大学出版社, 2007.3 马鸿文. 基于 AT89C52 单片机的自动存取柜的设计与实现 JJ. 微计算机信息, 2006, 22(1): 101-103.4 程利民, 王军, 欧阳德祥, 等. 基于 STC89C54 的单片机实践教学系统设计J. 武汉职业技术学院学报, 2007, 3: 77-79.5钱超, 王福明. 基于单片机的多功能电子万年历设计J. 世界电子元器件, 2012, 5: 020.附 录 A附 录 B #include #include LCD1602.H#include DS18B20.H#include DS1302.H#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define TH 35 /设置温度上限extern unsigned char week_value2,TempBuffer5; /声明外部变量extern int temp_value;char hide_sec,hide_min,hide_hour,hide_day,hide_week,hide_month,hide_year; /秒,分,时到日,月,年位闪的计数sbit Set = P30; /模式切换键sbit Up = P31; /加法按钮sbit Down = P32; /减法按钮sbit out = P33; /立刻跳出调整模式按钮sbit deng = P11; char done,count,temp,flag,up_flag,down_flag;char SD=1;void show_time(); /液晶显示函数声明/*延时子程序*/void mdelay(uint delay)uint i; for(;delay0;delay-) for(i=0;i0x59) /超过59秒,清零 temp=0; break; case 2: temp=Read1302(DS1302_MINUTE);/读取分数 temp=temp+1; /分数加1 up_flag=1; if(temp0x59) /超过59分,清零 temp=0; break; case 3: temp=Read1302(DS1302_HOUR);/读取小时数 temp=temp+1; /小时数加1 up_flag=1; if(temp0x23) /超过23小时,清零 temp=0; break; case 4: temp=Read1302(DS1302_WEEK);/读取星期数 temp=temp+1; /星期数加1 up_flag=1; if(temp0x7) temp=1; break; case 5: temp=Read1302(DS1302_DAY);/读取日数 temp=temp+1; /日数加1 up_flag=1; if(temp0x31) temp=1; break; case 6: temp=Read1302(DS1302_MONTH)；/读取月数 temp=temp+1; /月数加1 up_flag=1; if(temp0x12) temp=1; break; case 7: temp=Read1302(DS1302_YEAR); /读取年数 temp=temp+1; /年数加1 up_flag=1; if(temp0x85) temp=0; break; default:break; while(Up=0); /*降序按键*/void Downkey() Down=1; if(Down=0) mdelay(8); switch(count) case 1: temp=Read1302(DS1302_SECOND);/读取秒数temp=temp-1; /秒数减1 down_flag=1; /数据调整后更新标志 if(temp=0x7f) /小于0秒,返回59秒 temp=0x59; break; case 2: temp=Read1302(DS1302_MINUTE) /读取分数 temp=temp-1; /分数减1 down_flag=1; if(temp=-1) temp=0x59; /小于0秒,返回59秒 break; case 3: temp=Read1302(DS1302_HOUR);/读取小时数 temp=temp-1; /小时数减1 down_flag=1; if(temp=-1) temp=0x23; break; case 4: temp=Read1302(DS1302_WEEK);/读取星期数 temp=temp-1; /星期数减1 down_flag=1; if(temp=0) temp=0x7; break; case 5: temp=Read1302(DS1302_DAY);/读取日数 temp=temp-1; /日数减1 down_flag=1; if(temp=0) temp=31; break; case 6: temp=Read1302(DS1302_MONTH);/读取月数 temp=temp-1; /月数减1 down_flag=1; if(temp=0) temp=12; break; case 7: temp=Read1302(DS1302_YEAR);/读取年数 temp=temp-1; /年数减1 down_flag=1; if(temp=-1) temp=0x85; break; default:break; while(Down=0); /*模式选择按键*