基于51单片机的万年历设计报告

1、基于单片机的万年历设计目录摘要3一 设计要求与方案论证 .411 设计要求 .41.2系统基本方案选择和论证4二.系统的硬件设计与实现 .52.1 电路设计框图62.2 系统硬件概述.62.3 主要单元电路的设计.6三 程序流程图.15四 总原理图 .18五 硬件调试结果和调试步骤.18六 课程设计总结和体会.21七 参考文献22 组员分工.22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,电子万年历是一种非常广泛日常计时工具，对现代社会越来越流行。本设计用STC89C52单片机控制，以DS1302时钟芯片计时、DS18B20采集温度、1602液

2、晶屏显示。系统主要由温度传感器电路，单片机控制电路，显示电路以及电源测试、调时按键电路等组成。系统程序采用C语言编写,经Keil软件进行调试，可以显示世界历年、月、日、农历月、日、星期、时、分、秒、温度和闰年补偿并具有校准功能和与即时时间同步的功能。此万年历实现后具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。关键词：万年历 STC89C52单片机 DS1302 DS18B20 1602 一、设计要求与方案论证1.1设计要求：（）基本要求具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能；万年历具有闰月识别显示功能；具备年、月、日、星期、时、分、秒校准

3、功能；( 2 ) 创新要求万年历具有农历显示功能；具有测量室内温度功能；1.2 系统基本方案选择和论证1.2.1单片机芯片的选择方案和论证：方案一:采用AT89S51芯片作为硬件核心，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，所以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。方案二:采用STC89C52芯片,STC89C52是一种低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有8K的可编程Flash存储器。同样具有AT89S51的功

4、能，且具有在线编程可擦除技术，当对电路进行调试时，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,因此选择采用STC89C52作为主控制系统核心。1.2.2 显示模块选择方案和论证：采用1602液晶显示屏,该液晶显示屏的显示功能强大,内置192种字符，可显示大量符号、数字,清晰可见,而且功率消耗小寿命长抗干扰能力强。所以在此设计中采用1602液晶显示屏。1.2.3时钟芯片的选择方案和论证： 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、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,位的RAM

5、做为数据暂存区，工作电压2.5V5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA.所以采用此方案1.2.4温度传感器的选择方案与论证方案一：使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行A/D转换。此设计方案需用A/D转换电路，增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。方案二：采用数字式温度传感器DS18B20，此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以去除A/D模块，降低硬件成本，简化系统电路。另外，数字式温度传感器还具有测量精度高

6、、测量范围广等优点。因此本设计选用DS18B20温度传感器。1.3 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STC89C52作为主控制系统; DS1302提供时钟;数字式温度传感器DS18B20;LED1602液晶显示屏作为显示。二.系统的硬件设计与实现2.1 电路设计框图1 系统硬件概述本电路是以STC89C52单片机为控制核心，该芯片具有在线编程功能，功耗低，能在3.3V的超低压下工作；时钟芯片采用DS1302，它是一款高性能、低功耗、自带RAM的实时时钟芯片，具有使用寿命长，精度高和功耗低等特点，同时具有掉电自动保存功能,可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时

7、，具有闰年补偿功能，其工作电压为2.5V5.5V；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；温度检测模块由DS18B20构成,它采用独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯, 具有测量精度高、测量范围广等优点,其测温范围在-55+125,工作电压为3v5.5v；显示部份使用1602液晶显示屏来实现,该显示屏具有低功耗、寿命长、可靠性高的特点，其工作电压为5v。2 主要单元电路的设计ST

8、C89C52单片机简介STC89C52是一种低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有8K的可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，ST

9、C89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。引脚排列如图2.1所示。图2.1 STC89C52引脚图单片机主控制模块的设计本设计中单片机主要负责对外设的控制和各个功能模块间的协调，没有复杂的数据计算，因此，8位的51系列单片机足以胜任。它具有丰富的内部资源，较大的数据、程序存储区。一个典型的单片机最小系统一般由时钟电路、复位电路、电源指示灯和外部扩展接口等部分组成。单片机的最小系统如图4.2所示,单

10、片机的XTAL0和XTAL1引脚用于连接晶振电路。XTAL0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,XTAL1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。RESET为复位引脚,连接复位电路，它用于对单片机进行初始化。复位电路包括复位电容（C6）、复位电阻（R3）和复位开关（S4）。VSS为电源地,VCC为电源正。图4.2 单片机最小系统 单片机最小系统复位、晶振电路简介1、复位电路的设计复位电路是使单片机的CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这上状态开始工作。本设计是上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作按键复位电路如图所示2、

11、晶振电路的设计晶振电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器。晶振电路如图所示时钟芯片DS1302简介芯片介绍：低功耗时钟芯片DS1302可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析以及对异常数据出现的原因的查找有重要意义。(1) DS1302的性能特性·实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿

12、的年进行计数；·用于高速数据暂存的31×8位RAM；·最少引脚的串行I/O；·2.55.5V 电压工作范围；·2.5V时耗电小于300nA；·用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式；·简单的3线接口；·可选的慢速充电（至VCC1）的能力。 (2) DS1302数据操作原理DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被输入。无论是读周期还是写周期，开始8位指定40个寄存器中哪个被访问到。在开始8个时钟周期，把命

13、令字节装入移位寄存器之后，另外的时钟周期在读操作时输出数据，在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8，在多字节方式下为8加字节数，最大可达248字节数。图4-3 DS1302管脚图如果在传送过程中置RST为低电平，则会终止本次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在VCC >=2.5V之前，RST脚必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。DS1302的管脚图如图4-3所示，表4-2为各引脚的功能。表4-2 DS1302引脚功能表引脚号引脚名称功能1VCC2主电源2，3X1，X2振荡源，外接32768HZ晶振4GND地线5RST复位/片选

14、线6I/O串行数据输入/输出端（双向）7SCLK串行数据输入端8VCC1后备电源DS1302的控制字如图4-5所示。控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1；如果它为逻辑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51（A4A0）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入/输出。7 6 5 4 3 2 1 01RAM CKA4A3A2A1A0RAM K图4-5 控制字节的含义为了提高对32个地址的寻址能力（地址/命令位15逻辑1），可以把时钟/日历或RAM寄存器规定为

15、多字节（burst）方式。位6规定时钟或RAM，而位0规定读或写。在时钟/日历寄存器中的地址931或RAM寄存器中的地址31不能存储数据。在多字节方式中，读或写从地址0的位0开始。必须按数据传送的次序写最先的8个寄存器。但是，当以多字节方式写RAM时，为了传送数据不必写所有31字节。不管是否写了全部31字节，所写的每一字节都将传送至RAM。数据读写程序如图4-6所示。SCLKKRSTI/O571357210246046R/CA2A3A0A1R/WA41DATAI/OBYTEDATAI/OBYTE图4-6 数据读写程序(3) DS1302的寄存器DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历

16、、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见表-2。 表-2 DS1302的日历、时间寄存器 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。 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C0HFDH，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)。 DS1302模块如下图：DS1

17、8B20温度传感简介引脚图： 1、DS18B20的主要特性 1.1、适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电 1.2、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯 1.3、 DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温 1.4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 1.5、温范围55125，在-10+85时精度为±0.5 1.6、可编程 的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为

18、0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温 1.7、在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快 1.8、测量结果直接输出数字温度信号，以"一 线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力 1.9、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。 2、DS18B20的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。温度数据表如下：  D

19、S18B20温度传感模块如下图：键盘电路简介本设计共采用按键3个，分别与单片机的P27、P26、P25口相连，分别对应光标移动，时间、日期调整。1602显示模块的简介本设计中由于要对时间、温度进行显示，所以选择液晶显示屏1602模块作为输出。1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线。它可以显示两行，每行16个字符，采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都

20、有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。 管脚功能如表4-1所示：表4-1 LCD1602引脚功能引脚符号功能说明1VSS一般接地2VDD接电源（+5V）3V0液晶显示器对比度调整端。4RSRS为寄存器选择。5R/WR/W为读写信号线。6EE(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8DB1底4位三态、 双向数据总线 1位9DB2底4位三态、 双向数据总线 2位10DB3底4位三态、 双向数据总线 3位11DB4高4位三态、

21、双向数据总线 4位12DB5高4位三态、 双向数据总线 5位13DB6高4位三态、 双向数据总线 6位14DB7高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）LCD1602主要管脚介绍：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生鬼影使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。RS为寄存器选择端，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。RW为读写信号线端，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址；当RS为高电平RW 为低电平时可以写入数据。E为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行

22、命令。1602液晶显示屏模块如下图：三 程序流程图系统总流程图系统总流程图如下图所示。流程图分析：首先系统初始化，系统开始运行，当有设置键按下时进入修改时间模式，无按键按下时读取时间、温度等数据送入液晶屏显示；在修改时间模式下设置时间完成后再送数据到液晶屏显示。系统总流程图计算阳历程序流程图如下：阴历日期流程图：计算出阳历总天数后，就可以根据它来推算阴历日期。推算方法是，先用总天数减去春节和元旦的日差，如果结果为1，则该天正好是春节（因为春节在元旦之后，在计算春节和元旦的日差时，假设元旦为0天，春节为n天，则日差为n。而前面计算的阳历总天数是该天在该年中的第几天，是以元旦为1而得到的，与计算春

23、节和元旦日差的这样方法相比，其数值少了1，所以要在原来本应该以0作为该天就是春节的依据的基础上加1，所以以1作为该天是春节的标志）；如果结果小于1，则阴历应该是阳历的前一年；如果结果大于1，说明阳历和阴历为同一年。再根据查表所得的该年的阴历的闰年和大小月的信息，就可以推算出该天的阴历日期了。图为由总天数推算出阴历日期流程图如下：程序入口R2减1个月天数 够减？下个月为闰月？减去闰月天数月加1月份为当前正在减的月份的前一个月的最后一天月份为当前正在减的月份，号数为R2中的值R2=0？R3=0？R2=R2+R3R3=0YYYYNNNN时间调整流程图：调整时间用三个调整按钮，一个作为移位、控制用，一

24、个作为加用，一个作为退出调整和闹铃开关用。分别定义为控制按钮、加按钮、退出按钮。在调整时间过程中，要调整的位与别的位应该有区别，所以增加了闪烁功能，即调整的位一直在闪烁，直到调整下一位。闪烁原理就是，让要调整的一位每隔一定的时间熄灭一次，例如间隔时间为50ms。利用定时器计时，当达到50ms溢出时，就送给该位熄灭符，在下一次溢出时，再送正常显示的值，不断交替，直到调整该位结束。此时送正常显示值给该位，再进入下一位调整闪烁程序。时间调整程序流程图如下图所示：四 总原理图五 硬件调试结果与调试步骤万年历硬件图：调试步骤与显示：（1）VCC接电源，GND接地，万年历显示图如下：（2）时钟调节 “M” 按键接P27，“+”按键接P26，“-”按键接P25，“M”按1下 秒钟调节：“M”按2下 分钟调节：“M”按3下 时钟调节：“M”按4下 日期调节：“M”按5下 月份调节：“M”按6下 年份调节：“M”按7下 万年历恢复跳转六 课程设计总结与体会制作这次课程设计一切都是从零开始，从最简单的画流程图起步，这次课程设计可以圆满完成，跟单片机课程里面的课外作业是离不开的。这次课程设计从开始到制作成功前后超过了一个星期。当电子万年历可