单片机课程设计电子万年历设计

1、摘要随着科技的快速发展，时间的流逝 ,至从观太阳、摆钟到现在电子钟，人类 不断研究，不断创新纪录。美国 DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能的低功 耗实时时钟电路DS1302它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时， 还具有闰年补偿等多种功能，而且 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。该电路采用 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。综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本 低廉等诸多优点，符合电子仪

2、器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。本设计是基于 51 系列的单片机进行的电子万年历设计，可以显示年月日时 分秒及周信息， 具有可调整日期和时间功能。 在设计的同时对单片机的理论基础 和外围扩展知识进行了比较全面准备。 在硬件与软件设计时， 没有良好的基础知 识和实践经验会受到很大限制， 每项功能实现时需要那种硬件， 程序该如何编写， 算法如何实现等，没有一定的基础就不可能很好的实现。具体实现功能：（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）与即时时间同步目录1 方案论证 3单片机芯片的选择方案和论证 3显示模块选择方案和论证 3时钟芯片的选择方案和论证错误! 未定义

3、书签电路设计最终方案决定42 系统的硬件设计与实现 5电路设计框图 5系统硬件概述 5主要单元电路的设计 5单片机主控制模块的设计 5时钟电路模块的设计 6电路原理及说明 7显示模块的设计 83 系统的软件设计 9程序流程框图 94 测试与结果分析 硬件测试 软件测试 测试结果分析与结论测试结果分析 11错. 误! 未定义书签。错. 误! 未定义书签。错. 误 ! 未定义书签 错. 误! 未定义书签。测试结论错. 误! 未定义书签5prodeus 软件仿真 错. 误!未定义书签ISIS 简介12运行流程 13功能仿真 136 课程设计总结与体会 错. 误!未定义书签参考文献错. 误! 未定义书

4、签附录一：系统电路图错. 误! 未定义书签附录二：系统程序错. 误! 未定义书签1 方案论证单片机芯片的选择方案和论证 方案一 :采用89C51芯片作为硬件核心，采用 Flash ROM,内部具有4KB ROM存储 空间，能于3V的超低压工作，而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路 设计中时由于不具备ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错 误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时， 对芯片的多次拔插会对芯片造成一 定的损坏。采用AT89S52片内ROM全都采用Flash ROM能以3V的超底压工作；同时 也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为 8KB RO

5、M存储空间，同样具 有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程 序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时， 不需要对芯片多次拔插， 所 以不会对芯片造成损坏，所以选择采用AT89S52作为主控制系统。显示模块选择方案和论证采用LED数码管动态扫描丄ED数码管价格适中，对于显示数字合适，采用动态 扫描法与单片机连接时 ,虽然占用的单片机口线少， 但连线还需要花费一点时间， 所以也不用此种作为显示。采用点阵式数码管显示， 点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成， 对 于显示文字比较适合 ,如采用在显示数字显得太浪费 ,且价格也相对较高 ,所以也 不用此种作为显

6、示。方案三：采用 LCD 液晶显示屏 ,液晶显示屏的显示功能强大 ,可显示大量文字 ,图形,显 示多样，清晰可见，并且我做的最小系统上带一个 TS1620-1和AT89S52已经接好， 省了很多麻烦，所以在此设计中采用 LCD液晶显示屏。时钟芯片的选择方案和论证直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、 时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的 时间误差较大 ,所以不采用此方案。采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可 自动对秒、分、时、日、周、月、年进行计数，而且精度高 ，位的RAM做为数据 暂存区，工

7、作电压范围内，时耗电小于 300nA。电路设计最终方案决定综上各方案所述,对此次作品的方案选定：采用AT89S52作为主控制系统； DS1302提供时钟;LCD液晶显示屏作为显示。2系统的硬件设计与实现电路设计框图图1系统原理图系统硬件概述本电路是由AT89S52单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在 3V超低压工作；时钟电路由 DS1302提供，它是一种高性能、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，工作电压为。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内部有

8、一个31*8的用 于临时性存放数据的RAM寄存器。可产生年、月、日、周日、时、分、秒，具 有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能；温度的采 集由DS18B20构成；显示部份由LCD液晶显示屏显示。主要单元电路的设计2.3.1单片机主控制模块的设计AT89S52单片机为40引脚双列直插芯片，有四个I/O 口 P0,P1,P2,P3,MCS-51 单片机共有4个8位的I/O 口（ P0 P1、P2、P3）,每一条I/O线都能独立地作 输出或输入。单片机的最小系统如下图所示，18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶 振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，

9、XTAL2接外部晶振和 微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出。第9引脚为复位输入端，接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端。 如图2所示：VCU+ H QuFP=-| OrTTCl a p-i pn心 KiuIT pupc 口r-i ciQ Op51F=-fi-h?P-GF 1 LE主p-j IIli图2主控制系统232时钟电路模块的设计图.3示出DS1302的引脚排列，其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。在主 电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。 DS1302由Vcc1或Vcc2两者中 的较大者供电。当 Vcc2大于Vcc1+时，V

10、cc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1 时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32. 7 6 8 KHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST俞入驱动置咼电平来启动所有的数据传送。RST输入有 两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其 次, RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当 RST为高电平时，所有的 数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RSTSS为低电 平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电动行时，在 Vcc大于等 于之前，RST必须保持低电平。中有在 SCLK为低电平时，才能将

11、RST置为高电 平, I/O为串行数据输入端（双向）。SCLK始终是输入端。01iTt-latlJJE4a, plpiplpiplpiplFI-ManS1S6OOHVHriMi4liTAllFllplJHJptlKJpllpupnrlPJ叱“p-iEEIB图3 DS1302的引脚图2.3.3电路原理及说明 时钟芯片DS1302的工作原理：DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把 SCLK端置“ 0”，接 着把RST端置“ 1”，最后才给予SCLKB冲；读/写时序如下图4所示。DS1302 的控制字的位7必须置1,若为0则不能把对DS1302进行读写数据。对于位6， 若对程序进行读/

12、写时RAM=1,对时间进行读/写时，CK=Q位1至位5指操作单 元的地址。位0是读/写操作位，进行读操作时，该位为 1;该位为0则表示进 行的是写操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。表.2为DS1302的日历、 时间寄存器内容：“ CH是时钟暂停标志位，当该位为1时，时钟振荡器停止， DS1302处于低功耗状态；当该位为 0时，时钟开始运行。“WP”是写保护位， 在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP必须为0。当“WP”为1时，写保 护位防止对任一寄存器的写操作。DS1302的控制字节：DS1302控制字节的高有效位（位7）必须是逻辑1,如果它为0,则不能把 数据写入DS1302中，

13、位6如果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指示操作单元的地址；最低有效位（位 0）如为0表示要进行写操作，为 1 表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出（3） 数据输入输出（ I/O）在控制指令字输入后的下一个 SCLK寸钟的上升沿时，数据被写入 DS1302 数据输入从低位即位 0 开始。同样，在紧跟 8 位的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。DS1302的寄存器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。此外， DS1302 还有年份寄存器、

14、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。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM 单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为 C0H- FDH, 其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的 RAM 寄存器，此方 式下可一次性读写所有的 RAM的31个字节，命令控制字为FEH写）、FFH读）。2.3.4 显示模块的设计如图.4为LCD显示模块，和最小系统上的连线一样，无需修改。LMQ16Lco o lu 二CO Q LLI(D Olee 寸 ggg HGUJ

15、QQQQQQQQ图4 LCD液晶显示屏显示模块3系统的软件设计程序流程框图初始化读日期、时间写日期、时间显示子程序if开关控制子程序r日期修改子程序图5主程序流程图控制僂有效，进入年调整程序控制键有散，进入月调整程序等待援键程手加键有救减健肓效JL年加1年減1加聲有效减键有效 r1月加1月减1控制键有散，进人日调整程孚疫制键有議进入星期调整程序等待按谯程序加键有亀BM1加键有隸減琏有赴J(1星期加1星期减1控制键有救，进入小时调整程序控制键有故，进入分轴调整程序等待按键程序加灑有議减德有尅TJ卩小时加1小时M 1等待按犍程序ZT加键有趙減键育做工X分瞅D 1分钟减1按键有5跳出时间调整 程序”

16、进入主倨环程序图6时间调整程序流程图4 测试与结果分析硬件测试 电子万年历的电路系统较大，对于焊接方面更是不可轻视，庞大的电路系统 中只要出于一处的错误， 则会对检测造成很大的不便， 而且电路的交线较多， 对 于各种锋利的引脚要注意处理， 否则会刺被带有包皮的导线， 则会对电路造成短 路现象。在本成电子万年历的设计调试中遇到了很多的问题。 回想这些问题只要认真 多思考都是可以避免的，以下为主要的问题：(1) LCD液晶显示屏显示部分已经连在最小系统上，节省了不少时间和精力。(2) 对万年历修改时间或日期时，有时LCD液晶显示屏被屏蔽掉，造成不亮现 象。解决：根据仪器的测试，发现电路的驱动能力不

17、足，最后在DS1302时钟芯片的 /CS、SCLK、RET 端接入的上拉电阻后 ,电路的驱动能力才能满足，即可解决 不亮现象。软件测试 电子成年历是多功能的数字型， 可以看当前日期 ,时间。电子成年历功能很多， 所以对于它的程序也较为复杂 ,所以在编写程序和调试时出现了相对较多的问 题。最后经过多次的模块子程序的修改，一步一步的完成，最终解决了软件。在 软件的调试过程中遇到的主要问题是：烧入程序后，LCD液晶显示屏显示亮度不好。解决：一遍旋转10K欧的滑动变阻器，一遍观看 LCD显示屏，知道看到合 适的亮度为止。测试结果分析与结论4.3.1 测试结果分析1.在测试中遇到 LCD 液晶显示屏为不

18、显示时 ,首先使用试测仪对电路进行测 试,观察是否存在漏焊 ,虚焊,或者元件损坏，滑动变阻器器没有调好：查看烧写的 程序是否正确无误，对程序进行认真修改。4.3.2 测试结论经过多次的反复测试与分析 ,可以对电路的原理及功能更加熟悉 ,同时提高了 设计能力与及对电路的分析能力。同时在软件的编程方面得到更到的提高 ,对编 程能力得到加强，同时对所学的知识得到很大的提高与巩固。5 Proteus软件仿真ISIS简介Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行 于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是：（

19、1）全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具 有明显的优势。（2）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS- 232动态仿真、I2 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功 能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。（3）目前支持的单片机类型有：ARM7系列、68000系列、8051系列、AVR 系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围 -H- UL心片。（4）支持大量的存储器和外围芯片。总之，该软件是一款集单片机和 SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大,可仿真

20、ARM、51、AVR PIGProteus启动画面：PHnTEUS 器1515 SCHEMATIC CAPTUREElectronics DesignFrom ConceptTo CompletionISIS Professional 1 SP2 ?Lbcehter EIectfonics 1969-2007图7 Proteus启动画面运行流程Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图所示。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、 预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形 编辑窗口。运行Proteus程序后，

21、进入软件的主界面。通过左侧工具栏中的 P（从库中选 择元件命令）命令，在Pick Devices左侧窗口中选择所需元件的关键字， 然后放置 元件并调整方向和位置以及参数设置，最后进行连线。Proteus ISIS的工作界面：0-e | I L * I .A.%31-图8 Proteus ISIS的工作界面151?j - = p-h r 1 1L1UK-；B +S1J iv 里:E3TC1C2- WML1FQMDDR03TAD3WAL2Fu.rmuF4阳ifS.WAiF31OTXDFIOTZ PhinraiKrizPOB J 4PlZiMTLJP23TIT1P3 EP35TT1pisPliTFa

22、.rrKF-口谄十卫sTFiUl 一IB-B1a帀功能仿真Proteus仿真效果最后载入hex文件后可以进行模拟仿真，可以全速运行也可以单步调试运 行。图9运行按键上电后后LED显示：图10调节秒钟:LMO16LLdol2008/06/30 Weekl10；20：S ES83SSS图ii调节分钟:M016LV-DO-J2008/06/30 Weekl16：58ss图12-N01GL2008/06/30 Ueekl ：20：58tf) Q LUME岁 Q 靛 LB 8588288图13KMSL调节时钟:调节星期:ILLem2003/66/30 Weekia：2S：58较勢盗山gESSSSSS图14调节日期：丄WQIEL2000/06/ bleeklIE：沖：阴S Q甲n调节月份:图15图16NQ4谎.调节年份:/06/30 U