基于单片机的多功能电子万年历设计

1、引言随着生活节奏的日益加快， 人们的时间观也越来越重， 同时对电子钟表、 日历的需求也随之提高。 因此， 研究实用电子时钟及其扩展应用， 有着非常现实的意义， 具有很大的实用价值。本系统程序由主程序、 中断服务函数和多个子函数构成。 主函数主要完成各子函数和中断函数的初始化。 定时中断函数主要完成时钟芯片的定时扫描及键盘扫描。 时钟芯片的读写函数主要是将时间、日历信息读出来，并把要修改具体值写入时钟芯片内部。系统的硬件设计与电路原理电路设计框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 的超低压工作。时钟电路由 DS1302 提供，它是一种

2、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，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 X8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。主控制模块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 、

3、P2 、 P3 ），每一条I/O 线都能独立地作输出或输入。时钟电路模块时钟电路模块的设计DS1302 的引脚排列如图 3 所示，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+0.2V 时， Vcc2 给 DS1302 供电； 当 Vcc2 小于 Vcc1 时， DS1302 由 Vcc1供电。 X1 和 X2 是振荡源，外接32.768KHz 晶振。 RST 是复位/片选线，通过把RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 RST 输入有两种功能：首

4、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。图1整体电路框图图2主控制系统酢时钟控制系统时钟电路模块工作原理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SCLK脉冲；读/写时序如图4所示。表1为DS1302的控制字，此控制字的位 7必须置1,若为0则不能对DS1302进行读写数据。对于位6,若对程序进行读/写时RAM=1 , 对时间进行读/写时，CK=0。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。

5、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：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“W1时，写保护位防 止对任一寄存器的写操作。DS1302的控制字节DS1302的控制字如表1所示。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，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

6、进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。数据输入输出（I/O） 在控制指令字输入后的下一个 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 。位到高位7。如图4所示。表1的控制字格式1DS1302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，其日历、时间寄存器及其控制字见表2。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

7、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（写卜FFH（ t）。时钟模块实现功能 该模块为系统提供精准的秒、 分、时、日、月、年等实时时间信息， 星期则由编程计算得到。温度采集模块温度采集模块设计如图5所示。采用数字式温度传感器DS18B20 ,它具有测量精度高，电路连接简单特点，此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输，使用P 1.

8、7与DS18B20的I/O 口连接加一个上拉电阻，Vcc1接电源，Vcc2接地。DS18B20的测温原理低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1 ,高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器 2的脉冲输入，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数， 进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 C所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 C所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行

9、减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加 1,减法计数器1的预置将 重新被装入，减法计数器 1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循 环直到减法计数器 2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值。表2 DS1 302的日历、时间寄存器iB-iaT tid 一tnm石山3 !l U n1Q 廿1*9 H1 o +于a01丁看-AHGdRr .P-p一LO X 一ft AU&-a.金启1城0

10、t.jW一I1 *3_L2J显示模块的设计本次设计采用的是 LED动态显示方式，由于 PROTEUS内没有LED ,故用LCD代替LED进行仿真，与主控制芯片 AT89C52相连。如图6所示。系统的软件设计图E LE 动态扫描显示昼有于罹用nm.时何处盘子江“N图了主程序流程图主程序流程框图Keil C与Proteus的联调与测试结果Proteus7.6是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外围电路（如 LCD , RAM , ROM ,键盘，马达，LED , AD/DA ,部分SPI 器件，部分IIC器件等），使用 Proteus7.6和Ke

11、il C可以像使用仿真器一样调试程序。Proteus的工作过程运行Proteus的ISIS程序后，进入该仿真软件白主界面如图8所示。在工作前，要设置view菜单下的捕捉对齐和 system下的颜色、图形界面大小等项目。通过工具栏中的p（从库中选择元件命令）命令，在pick devices窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位 置、元件参数设置、元器件间连线、编写程序；在source菜单的Define code generation tools 菜单命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目；在 source菜单的Add/remove source files命令下，加入单片机硬件

12、电路的对应程序；通过 debug菜单的相应命令仿真程 序和电路的运行情况。Proteus软件所提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。对于单片机硬件电路和软件的调试，Proteus提供了两种方法：一种是系统总体执行效果，一种是对软件的分步调试以看具体的执行情况。软件和硬件结合的应用系统软件和硬件的结合， 就是一个单片机的应用系统了。 在这一阶段，硬件电路的设计已经不是 最为关键的了，而软件系统的设计、调试和运行才是实验的主要内容。 因此可以以建议性的 意见给出具体的硬件电路，并提出该电路所需要完成的具体工作，进行软件的设计和调试。

13、Keil C的介绍keil C的运行界面运行Keil C后的运行界面如图 9所示。图9kHic的运行界面Keil C与proteus联调测试1、安装 keil 与 proteus7.6 ;2、打开proteus，画出相应电路。在proteus的tools菜单中选中 use remote debug monitor ;3、在keil中编写MCU的程序；4、进入keil的project菜单option for target 工程名。在DEBUG 选项中右栏上部的下拉菜 选中 Proteus VSM Monitor-51 Driver ;5、在keil中进行debug ,同时在proteus中查看直

14、观的结果， LCD显示；6、把keil里的文件编译后输出hex的文件，在proteus中把单片机的加载程序文件换成keil中的hex文件，然后运行。运行结果结果显示由图1整体电路框图可知，LED显示结果，如图10所示。图1。结果显示日期和时间的修改由 4个按键构成。键 P0为调节；P2A0 ,模式切换键（向左移）向左移;键P2A1 ,加法按钮；键 P2A2 ,减法按钮；键 P2A3 ,立刻跳出调整模式按钮。按动PO时秒闪烁进入调节系统，如图 11所示。按动P2A0向左移，对分进行调节，如图 12所示。按动P2A1向左移，对时进行加调节，如图 13所示。图11秒调节图13时加调节图14所示，是未调之前的显示，按动P2A2向左移，对年进行减调节，如图 15所示按动P2A3向左移，退出调节恢复如图16