万年历实验报告

一、设计目的系统地运用已学的理论知识解决实际问题的能力和查阅资料的能力。培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找解决方案。二、设计要求 设计一个电子万年历，使之具有以下功能：1、显示年月日时分秒及星期信息2、具有可调整日期和时间功能3、增加闰年计算功能三、总体设计1、方案比较：方案一：系统分为主控制器模块、显示模块、按键开关模块，主控制模块采用AT89C52单片机为控制中心，显示模块采用普通的共阴LED数码管，键输入采用查询法实现功能调整，计时使用AT89C52单片机自带的定时器功能，实现对时间、日期的操作，通过按键盘开关实现对时间、日期的调整。方案二：系统分为主控模块、时钟电路模块、按键扫描模块，LCD显示模块，电源电路、复位电路、晶振电路等模块。主控模块采用AT89C52单片机，按键模块用三个按键，用于调整时间，显示模块采用LCD1602，时钟电路模块采用DS1302时钟芯片实现对时间、日期的操作。两个方案工作原理大致相同，只有显示模块和时钟电路不同。LED数码管价格适中，对于数字显示效果较好，而且使用单片机的端口也较少； LCD1602液晶显示屏，显示功能强大，可以显示大量文字、图形，显示多样性，清晰可见，价格相对LED数码管来说要昂贵些，但是基于本设计显示的东西较多，若采用LED数码管的话，所需数码管较多，而且不利于控制，因此选择LCD1602作为显示模块。DS1302是一款高性能的实时时钟芯片，以计时准确、接口简单、使用方便、工作电压范围宽和低功耗等优点，得到广泛的应用，实时时钟有秒、分、时、星期、日、月和年，月小于31天时可以自动调整，并具有闰年补偿功能，而且在掉电时能够在外部纽扣电池的供电下继续工作。单片机有定时器的功能，但时间误差较大，且需要编写始终程序，因此采用DS1302作为时钟电路。对比以上方案，结合设计技术指标与要求我们选择了方案二进行设计。2、逻辑总框图: 该电子万年历的总体设计框图如图(1)所示。四、各部分电路设计1、主控制系统单片机中央处理系统的方案设计，选用AT89C52单片机作为中央处理器，如图（2）所示。该单片机除了拥有MCS-51系列单片机的所有优点外，内部还具有8K的在系统可编程FLASH存储器，低功耗的空闲和掉电模式，极大的降低了电路的功耗，还包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。2、时钟振荡电路时钟振荡电路图（3）所示，时钟振荡电路用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号，电路由两个30pF的瓷片电容和一个12MHz的晶振组成，并接入到单片机的XTAL1和XTAL2引脚处，使单片机工作于内部振荡模式。此电路在加电后延迟大约10ms振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。电路中两个电容C1、C2的作用使电路快速起振，提高电路的运行速度。 图（3） 时钟振荡电路图 图（4） 复位电路3、复位电路复位电路由电阻和极性电容组成，如图(4)所示，通过高电平使单片机复位，在时钟电路开始工作后，当高电平的时间超过大约2us时，即可实现复位。此复位电路同时具备了上电复位和手动复位的功能，上电复位发生在开机加电时，由系统自动完成，手动复位通过一个按键来实现，在程序运行时，若遇到死机，死循环或程序“跑飞”等情况，通过手动复位就可以实现重新启动的操作。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮和一个电阻，如图所示，当人为按下按钮时，则Vcc 的+5V电平就会直接加到RST端。4、DS1302时钟电路时钟电路主要由时钟芯片DS1302、备用电池、晶振等几部分组成，如图(6)所示。DS1302采用3线串行接口，占用引脚少，内部集成了可编程日历时钟，用户可以根据需要通过单片机的控制来自行设置，支持双电源供电，可以使用外部主电源和备用电源，备份电源能够使时钟芯片继续工作。 图（5） DS1302管脚图 图（6） DS1302时钟电路DS1302各引脚的功能为：8: Vcc1：备用电池端；1: Vcc2：5V电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2 Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电；7: SCLK：串行时钟，输入； 6: I/O：数据输入输出口；5: CE/RST：复位脚；2、3: X1、X2 是外接晶振脚 （32.768KHZ的晶振）；4: 地（GND）。DS1302有关日历、时间的寄存器：表（1）DS1302有关日历、时间的寄存器1、秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。当初始上电时该位置为1，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；只有将秒寄器的该位置改写为0时，时钟才能开始运行。2、小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为高时，选择12小时模式。3、控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。在对任何的时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0。当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。也就是说在电路上电的初始态WP是1，这时是不能改写上面任何一个时间寄存器的，只有首先将WP改写为0，才能进行其它寄存器的写操作。DS1302读写时序 DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。DS1302的控制字如表（2）：表（2）DS1302的控制字图控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1（A4A0）：指示操作单元的地址；位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。读数据：读数据时在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据是从最低位到最高位。写数据：控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入也是从最低位（0位）开始。5、按键电路按键电路由四个轻触开关组成，如图(9)所示。按键用来调整日期时间，其一端直接接到单片机的端口，另一端接地，当按下按键时，相应的端口变为低电平，通过检测这一低电平就可以判断是哪个键按下，从而作相应的操作。图(9) 按键电路6、显示电路1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。显示电路采用LCD1602液晶显示，如图(10)所示，图中只画出了其相应的接口，3脚用于调节LCD1602的背光,4、5、6为LCD1602的控制口，用于控制其写入或是读出指令，7至14脚为LCD1602的数据口，将数传送到LCD1602中。图(10) LCD1602显示电路LCD1602的特性+5V电压，对比度可调；内含复位电路；提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；有80字节显示数据存储器DDRAM；内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM,8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM；基本操作时序： 读状态：输入：RS=L，RW=H，E=H；输出：DB0DB7=状态字 ；写指令：输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=指令码 ；输出：无。读数据：输入：RS=H，RW=H，E=H；输出：DB0DB7=数据 ；写数据：输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=数据 ；输出：无。LCD1602的各种指令不再一一说明。7：电源指示电路设计一个总开关，控制对整个系统的供电，连接一个数码管来作为指示灯，指示灯亮，供电，指示灯灭，断电。如图（11）图（11） 电源指示电路五、整体电路图1、程序流程图主程序首先初始化定时器、LCD1602及DS1302，然后就开始查询按键，有键按下则开始调整时间和日期，若没有按下，则执行下面的时间、日期的显示，最后依次循环这些相同的操作，相应流程图如图（12）所示： 图（12）程序流程图按键的检测主要是通过查询的办法来实现，利用按键进行时间调整。 K1按下则开始设置时间及日期，同时被选择的时间和日期开始闪烁，第一次按下K1时，设置年份，若按下K3，则是减1操作，按下K2是加1操作，设置好年后，第二次按下K1时，则是设置月份，按K3减，按K2则加1，依次循环下去，则可以将时间和日期设置完毕。2、软件设计软件总设计：主程序首先对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时/计数器模式，置位总中断允许位EA，并对键盘端口置位，再对LCD1602初始化，DS1302初始化。接着扫描键盘，在键盘程序里面是对时间、日期及闹钟的调整，最下面是时间的显示。软件程序编写：软件程序编写的好坏直接影响着系统运行情况的良好。因本程序涉及的模块较多，所以程序编写也采用模块化设计，C语言具有编写灵活、移植方便、便于模块化设计的特点，所以本系统的软件采用C51编写。具体程序见附录：程序3、整体电路图电子万年历硬件电路图如图（13）所示，系统由AT89C52单片机，按键扫描电路、显示电路、时钟电路、晶振电路、复位电路及电源指示电路。图（13） 电子万年历硬件电路图4、仿真及分析通过仿真，在LCD1602中正确显示了当前日期、时间，通过按按键K1,就可以开始设置时间,依次按K1依次在年、月、日、时、分、秒之间切换，并且相应的调整的位会闪烁，按K2键用于加1操作,K3键用于减1操作。仿真正确显示了时间和日期，符合设计的要求。六、设计总结1、设计过程中遇到的问题及解决方法软件调试过程时，当调节时间和日期后，秒就重新从零开始计数，后来分析了程序才发现，在设置时间和日期前先暂停时钟，设置好后需启动时钟，而启动适中的命令是write_ds1302(0x80,0x00)，这条指令在启动始终的同时刚好把秒寄存器写为了零，所以秒就重新从零开始计数，通过修改程序，时间和日期就能够正确显示了。还有一个问题，在设置月、日、星期时，会出现00的情况，通过检查程序，知道是键设定函数的影响，设置时间和日期共用同一个函数，但时间有零时、零分、零秒的情况，所以没有修改程序，因为设置好日期后再运行不会出现月、日、星期为00的情况，只要设置时稍加注意就行。电路焊接时，由于选取的电路板比较小，焊接时就得更加的小心，防止虚焊、短路等，整个电路连接完成以后，对照电路图检查有无连线错误，用万用表检测有无虚焊。电路调试时，在测试中遇到LCD1602显示出时间和日期为乱码，通过仔细检查，发现DS1302的SCLK和I/O线接反了，修改之后可以显示时间，但秒针走的很慢，大概十秒钟走一下，检查整个电路，没发现问题，最后给DS1302换了一个晶振，终于可以正确运行了，原来错把32.768KHZ的晶振用成了12KHZ的。2、设计体会在这学期的课程序设计中，收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、 动手制作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在课程序设计里，我们学会了很多学习的方法，知道了理论和实践的巨大差别。而这是以后最实用的，真的是受益匪浅。要面 对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。同时在与老师和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。通过自己的努力，做出了一个万年历，对以后的学习是一个莫大的鼓舞，激起了我的学习兴趣和开发创新思维。此次的电子万年历设计重在于仿真和接线,虽然能把电路图接出来,并能正常显示,但对于电路本身的原理并不是十分熟悉.总的来说,通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力。3、对设计的建议设计的万年历显示星期为阿拉伯数字，如果通过对液晶进行自定义字符，可以显示我们平时接触的汉字就更好了，再加一个温度传感器，可以显示室温，这样就更完美了。这次课程设计激发了我的学习和发明创造兴趣，以后会更多的接触、学习电子设计，期待下一次课程设计。参考文献1 张毅坤 陈善久， 单片微型计算机原理及应用 西安电子科技大学出版社2 康华光，电子技术基础 数字部分(第五版) 高等教育出版社3 赵建领 薛园园 ，零基础学单片机C语言程序设计 机械工业出版社4 楼然苗 李光飞. 单片机课程设计指导：北京航航天大学出版社5 李凤霞. C语言程序设计教程（第二版） 北京理工大学出版社6 赵亮 侯国锐. 单片机C语言编程与实例 人民邮电出版社附录： 24 / 241、程序#include#includeintrins.h #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit LCD_RS = P25; /LCD1602指令，数据控制端口 sbit LCD_RW = P26;/LCD1602读、写控制端口sbit LCD_EN = P27;/LCD1602使能sbit K1 = P10;/K1键sbit K2 = P11;/K2键sbit K3 = P12;/K3键sbit reset = P22;/5脚复位sbit io = P21;/6脚IOsbit sclk = P20;/7脚时钟bit flag=1,hour=0,min=0,sec=0;bit year=0,month=0,day=0,week=0;uchar timecount=0,count=0; uchar init =0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; uchar init1 =0x00,0x00;uchar init2 =0x50,0x59,0x23,0x31,0x12,0x05,0x10; /秒,分， 时， 日， 月，星期，年，默认时间设置#define delayNOP(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/*/void delay1(int ms) unsigned char y; while(ms-) for(y = 0; y0;j-);/*/ /* 设定显示位置 /*/void write_position(uchar row,uchar col) uchar place; if(row=1) place=0x80+col-1; lcd_wcmd(place); else place=0xc0+col-1; lcd_wcmd(place); /*/*/void write_byte(uchar inbyte) uchar i; for(i=0;i1; /*/*/uchar read_byte() /sclk的下跳沿读数据 uchar i,temp=0; io=1; /设置为输入口 for(i=0;i1; return (temp);/*/ 往ds1302的某个地址写入数据 /*/void write_ds1302(uchar cmd,uchar indata) sclk=0; reset=1; write_byte(cmd); write_byte(indata); sclk=0; reset=0;/*/ 读ds1302某地址的的数据 /*/uchar read_ds1302(uchar addr) uchar backdata; sclk=0; reset=1; write_byte(addr); /先写地址 backdata=read_byte(); /然后读数据 sclk=0; reset=0; return (backdata);/*/ 设置初始时间/*/void set_ds1302(uchar addr,uchar *p,uchar n) /写入n个数据 write_ds1302(0x8e,0x00); /写控制字，允许写操作 for(;n0;n-) write_ds1302(addr,*p); p+; addr=addr+2; write_ds1302(0x8e,0x80); /写保护，不允许写/*/ 读取当前时间 /*/void read_nowtime(uchar addr,uchar *p,uchar n) for(;n0;n-) *p=read_ds1302(addr); p+; addr=addr+2; /*/ 初始化DS1302/*/void init_ds1302() reset=0; sclk=0; write_ds1302(0x80,0x00); write_ds1302(0x90,0xa6); /一个二极管4K电阻充电 write_ds1302(0x8e,0x80); /写保护控制字，禁止写/*/ Time0中断函数/*/void Time0(void) interrupt 1 using 0 TH0=0x4c; /50ms定时 TL0=0x00; timecount+; if(timecount9) timecount=0; flag=flag; /*/ 设定值写入DS1302/*/void Set_W1302(uchar addr) uchar temp; write_ds1302(0x8e,0x00); temp=(init104)+init11; write_ds1302(addr,temp); write_ds1302(0x8e,0x80);void Set_W1302sec(uchar addr) uchar temp; write_ds1302(0x8e,0x00); temp=(init104)+0x30); write_position(2,6); lcd_wdat(0+(init2&0x0f); /读小时 write_position(2,8); lcd_wdat(0+(init1&0xf0)4); write_position(2,9); lcd_wdat(0+(init1&0x0f); /读分钟 write_position(2,11); lcd_wdat(0+(init0&0x70)4); write_position(2,12); lcd_wdat(0+(init0&0x0f); /秒 write_position(1,4); lcd_wdat(0+(init6&0xf0)4); write_position(1,5); lcd_wdat(0+(init6&0x0f); /读年write_position(1,2);/写入年的第一位lcd_wdat(2); write_position(1,3);/写入年的第二位lcd_wdat(0); write_position(1,7); lcd_wdat(0+(init4&0xf0)4); write_position(1,8); lcd_wdat(0+(init4&0x0f); /读月 write_position(1,10); lcd_wdat(0+(init3&0xf0)4); write_position(1,11); lcd_wdat(0+(init3&0x0f); /读日write_position(1,14); lcd_wdat(0+(init5&0xf0)4); write_position(1,15); lcd_wdat(0+(init5&0x0f); /读星期write_position(1,6);lcd_wdat(-);write_position(1,9); /在年月之间加上符号/lcd_wdat(-);write_position(2,7);lcd_wdat(:);write_position(2,10);lcd_wdat(:);/*/ 键设定函数/*/void key_set(uchar num,uchar row,uchar col ) if(!K2) delay1(80); if(count!=num) count+; else count=0; if(!K1) delay1(80); if(count!=0) count-; else count=num; Set_Flash(row,col);/*/ 主函数/*/void main() P1=0xff; TMOD=0x01; /定时器工作方式1,16位定时 TH0=0x4c; /50ms定时 TL0=0x00; EA=1; ET0=1; /允许定时器0中断 TR0=1; init_lcd(); /初始化LCD init_ds1302(); /初始化ds1302 set_ds1302(0x80,init2,7); /自动设置初始时间，日期，年月 while(1) /*/ if(!K3) /开始设定时间 delay1(80); write_ds1302(0x8e,0x00); /写保护控制字，允许写 write_ds1302(0x80,0x80); /停止时钟运行 write_ds1302(0x8e,0x80); /写保护控制字，禁止写 year=1; count=(init6&0xf0)4)*10+(init6&0x0f); /读当前年数据 while(year) /设定年 key_set(99,1,4); /年的第一，第二位闪烁 if(flag) /显示 write_position(1,2); lcd_wdat(2); write_position(1,3); lcd_wdat(0); else /清屏 write_position(1,2); lcd_wdat(0x20); write_position(1,3); lcd_wdat(0x20); if(!K3) delay1(80);Set_W1302(0x8c); /写数据到DS1302中，并将其存储 Set_place(1,4); /写数据到LCD1602中，并显示write_position(1,2); lcd_wdat(2); write_position(1,3);/写年的第一和第二位 lcd_wdat(0); year=0;month=1; count=(init4&0xf0)4)*10+(init4&0x0f