基于單片機的電子萬年歷的設計畢業(yè)設計

1、學號： 畢業(yè)設計題 目 ：基于單片機的電子萬年歷的設計作 者屆 別 2013院 別物理與電子學院專 業(yè)電子科學與技術指導老師職 稱講 師完成時間2013年5月畢業(yè)設計（論文）i摘 要 智能電子萬年歷系統(tǒng)是由硬件與軟件相結合而設計，而它是以at89c55單片機作為主控核心與時鐘電路、顯示電路、復位電路、振蕩電路、報警鬧鈴電路、溫度檢測電路、獨立鍵盤電路等模塊組成硬件系統(tǒng)，其中時鐘電路采用了時鐘芯片ds12887，顯示電路采用了lcd1602液晶顯示，溫度檢測電路采用了ds18b20溫度傳感器；而軟件使用了keil軟件進行c語言編程、proteus軟件進行仿真測試，altium designer軟

2、件進行原理設計。系統(tǒng)采用直觀的數(shù)字顯示，可以同時顯示年、月、日、周日、時、分、秒和溫度等信息，且具有整點報時、時間校準及設置鬧鐘等功能。關鍵詞：單片機at89c55 ；時鐘電路；電子萬年歷；液晶顯示 畢業(yè)設計（論文） abstractthe design of intelligent electronic calendar system is composed of hardware and software, and it is based on at89c55 microcontroller as the master core .it is composed of clock circu

3、it, display circuit, reset circuit, oscillation circuit, alarm alarm circuit, temperature detection circuit, keyboard circuit module hardware. the clock circuit using the clock chip ds12887, the display circuit displays useing lcd1602 liquid crystal, temperature detection circuit using ds18b20 tempe

4、rature sensor; it is simulated by c programming language and proteus software useing keil software, use altium designer software design principles. the system adopts visual digital display, can display year, month, day, circle day, hours, minutes, seconds and temperature information, and with the wh

5、ole point timekeeping, time and set the alarm function.keyword : mcu at89c55; clock circuit; electronic calendar; liquid crystal display.畢業(yè)設計（論文）目錄目錄第一章 引言.11.1 發(fā)展狀況.11.2 選題意義與目的.11.3 功能要求.2第二章 設計方案分析與選擇.32.1 主控核心(單片機).32.2 溫度芯片.42.3 時鐘芯片.52.4 顯示器件.5第三章 系統(tǒng)硬件設計.63.1 單片機最小系統(tǒng)設計.63.2 溫度電路的設計.83.3 時鐘電路的設

6、計.103.4 顯示電路的設計.113.5 鍵盤電路的設計.123.6 報警電路的設計.13第四章 系統(tǒng)軟件設計.144.1 系統(tǒng)總程序.144.2 溫度模塊程序.144.3 時鐘模塊程序.164.4 顯示模塊程序.204.5 鍵盤及其它模塊程序.21第五章 調試與仿真.245.1 proteus軟件簡介.245.2 仿真與調試步驟.24第六章 總結.28 參考文獻.29 致謝.30 附錄i：系統(tǒng)原理圖 附錄ii：系統(tǒng)源程序畢業(yè)設計（論文）1第一章 引言1.1 發(fā)展狀況隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，對時間的要求越來越高，精準數(shù)字計時的消費需求也是越來越多。二十一世紀的今天，最具代表性

7、的計時產品就是電子萬年歷，它是近代世界鐘表業(yè)界的第三次革命。第一次是擺和擺輪游絲的發(fā)明，相對穩(wěn)定的機械振蕩頻率源使鐘表的走時差從分級縮小到秒級，代表性的產品就是帶有擺或擺輪游絲的機械鐘或表。第二次革命是石英晶體振蕩器的應用，發(fā)明了走時精度更高的石英電子鐘表，使鐘表的走時月差從分級縮小到秒級。第三次革命就是單片機數(shù)碼計時技術的應用（電子萬年歷），使計時產品的走時日差從分級縮小到1/600萬秒，從原有傳統(tǒng)指針計時的方式發(fā)展為人們日常更為熟悉的夜光數(shù)字顯示方式，直觀明了，并增加了全自動日期、星期、溫度以及其他日常附屬信息的顯示功能，它更符合消費者的生活需求！因此，電子萬年歷的出現(xiàn)帶來了鐘表計時業(yè)界跨

8、躍性的進步。近些年，隨著科技的發(fā)展和社會的進步，人們對數(shù)字鐘的要求也越來越高，傳統(tǒng)的時鐘已不能滿足人們的需求。多功能數(shù)字鐘不管在性能還是在樣式上都發(fā)生了質的變化，有電子鬧鐘、數(shù)字鬧鐘等等。單片機在多功能數(shù)字鐘中的應用已是非常普遍的，人們對數(shù)字鐘的功能及工作順序都非常熟悉。但是卻很少知道它的內部結構以及工作原理。由單片機作為數(shù)字鐘的核心控制器，可以通過它的時鐘信號進行計時實現(xiàn)計時功能，將其時間數(shù)據(jù)經單片機輸出，利用顯示器顯示出來，通過按鍵可以進行定時、校時功能。輸出設備顯示器可以用液晶顯示技術和數(shù)碼管顯示技術。當然隨著技術的不斷提高，用嵌入式系統(tǒng)來設計電子萬年歷會越來越多，用嵌入式系統(tǒng)設計的萬年

9、歷的功能將是更加強大，而目前常用的是使用單片機來設計日常生活中常見的小型電子產品，其形式多種多樣，小到帶有日期的電子腕表，大到公共場所懸掛的大型電子日歷，此外，眼下我們還常能在賓館、飯店等場所見到一種帶有年、月、日、時、分、秒、星期甚至節(jié)氣等信息的電子日歷牌。1.2 選題意義與目的 現(xiàn)在是一個知識爆炸的新時代，新產品、新技術層出不窮，電子技術的發(fā)展更是日新月異?？梢院敛豢鋸埖恼f，電子技術的應用無處不在，電子技術正在不斷地改變我們的生活，改變著我們的世界，改變著我們的觀念，傳統(tǒng)的時鐘已不能滿足人們的需求。而數(shù)字化的鐘表給人們帶來了極大的方便。由于單片機具有靈活性強、成本低、功耗低、保密性好等特點

10、，所以電子日歷時鐘一般都以單片機為核心，外加一些外圍設備來實現(xiàn)。而隨著科學技術的高速發(fā)展，微電子技術的突飛猛進，人們設計出更加便捷和更加精確畢業(yè)設計（論文）2的電子萬年歷。它不僅能對年、月、日、時、分、秒、星期進行計時，更能進行閏年補償、溫度顯示、整點報時、時間校準以及鬧鐘設置等多種功能，而且產生的誤差極小，使用壽命極長。因此采用電子時鐘（萬年歷）是一種趨勢，更是一種時尚。 本系統(tǒng)采用了以廣泛使用的單片機技術為核心，軟硬件結合，并采用獨立鍵盤電路、lcd顯示電路、時鐘電路、溫度檢測電路，使硬件部分大為簡化，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，能顯示豐富的信息，此萬年歷具有功能多樣、電路簡潔、讀取方便、顯示直觀、

11、電路簡潔、操作容易、功耗低、成本低廉等多項優(yōu)點，適合批量生產，符合電子儀器儀表的未來發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。1.3功能要求 1.系統(tǒng)采用直觀的數(shù)字顯示，可以同時顯示年、月、日、周日、時、分、秒溫度等信息，且具有時間校準等功能（設計要求）。 2. 利用protel軟件進行電路設計及用proteus進行電路仿真（設計要求）。 3.具有響鈴及整點通知功能（創(chuàng)新要求）。 4.具有上電各模塊自檢及高溫二級報警功能（創(chuàng)新要求）。畢業(yè)設計（論文）3第二章 設計方案分析與選擇 萬年歷的設計有多種方法，可供選擇的元器件豐富多樣，可運用的技術也有很多種。所以，系統(tǒng)總體設計方案應在滿足功能要求的前提下，充分的

12、考慮系統(tǒng)的使用環(huán)境，所選的結構要操作方便、易于實現(xiàn)，元器件的選用著重于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗以及低廉的成本等多種因素，同時緊跟時代腳步。因此，本文提出了基于at89系列單片機的智能電子萬年歷設計的方案，此次設計以單片機作為主控核心，與溫度芯片、時鐘芯片、顯示等模塊組成硬件系統(tǒng)。針對這四大主要模塊，對一下芯片進行分析與選擇。2.1主控核心(單片機) 本方案在主控核心方面采用的是at89系列,at89 系列是美國atmel公司生產的cmos 單片機，片內含有可多次擦寫的只可讀取程序存儲器（perom）和隨機的可存取數(shù)據(jù)的存儲器（ram），器件采用的生產技術是atmel公司高密度的、非易

13、失的存儲技術，兼容了標準的mcs-51指令系統(tǒng)；其內部含有通用的8位(中央)處理器cpu和存儲器（flash存儲單元）功能強大at89系列單片機可以生產高性價比的產品用于各種場合，因其靈活性強常常應用于多種控制領域。在at89系列單片機中首先考慮用at89c51，它是一款優(yōu)秀的、功能強大單片機，但是只讀程序數(shù)據(jù)存儲器(rom)只有4k，而本次設計的程序比較大超過了10k，若要用它就要接 擴展儲存器，這必定會增加產品的費用，也會使設計的電路變得復雜，因此，不符合我的設計要求，從設計的程序看可以選擇at89c53 和at89c54，然考慮的proteus仿真元器件庫中沒有這兩款單片機，綜合考慮可以

14、采用at89c55，從表21來看，這款單片機完全符合設計要求。 這個at89c55是一種低功耗，高性能的8位cmos單片機，提供以下標準功能：20k字節(jié)flash閃速存儲器，256字節(jié)內部ram，4個（p0、p1、p2、p3）8字節(jié)端口，三個16位定時計數(shù)器， 畢業(yè)設計（論文）46向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，at89c55可降至零頻率的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。它有多

15、種封裝方式，本設計采用dip40直插式封裝的at89c55。表21兩種單片機的比較at89c51單片機at89c55單片機相同的主要性能參數(shù)1.mcs-51產品指令系統(tǒng)完全兼容2.1000次擦寫周期3.32個可編程io口線 4.低功耗空閑和掉電模式5.三級加密程序存儲器6.可編程串行uart通道不通的主要性能參數(shù)1.全靜態(tài)操作：0hz24mhz2. 6個中斷源3.1288字節(jié)內部ram4. 4k字節(jié)可重擦寫flash閃速存儲器5.兩個16位定時計數(shù)器1.全靜態(tài)操作：0hz33mhz2. 8個中斷源3.2568字節(jié)內部ram4. 20k字節(jié)可重擦寫flash閃速存儲器5.三個16位定時計數(shù)器 2

16、.2溫度芯片 溫度是常見的測量與控制量之一,其實時測控遍布各行各業(yè)。它通常是通過溫度傳感器來測量，在眾多的溫度傳感器中，可分兩類即模擬溫度傳感器與數(shù)字溫度傳感器，本次設計的電子萬年歷為了簡潔硬件電路簡潔、系統(tǒng)穩(wěn)定性、易于實現(xiàn)?？刹捎脭?shù)字溫度傳感器，ds18b20是美國dallas公司推出的數(shù)字溫度傳感器之一, 采用3腳（或8腳）to92封裝形式，dq（2腳）為數(shù)字信號輸入/輸出端，gnd（1腳）為電源地，vdd（3腳）為外接供電電源輸入端。與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被溫度。不需用a/d轉換電路，減少了硬件成本，感溫特性曲線是嚴格線性的，不會產生較大的測量單片機特點畢業(yè)設計（論

17、文）5誤差。提供9 位(二進制)溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息經過單線接口送入ds18b20或從 ds18b20送出，因此，從主機cpu 到ds18b20僅需一條線。主要特點：不需要備份電源，可通過dq供電；單線接口，只有一根信號線與cpu連接，電路簡單；傳送串行數(shù)據(jù)；用戶可設定報警上下限值；零功耗待機；多個ds18b20可以很方便地以串行方式與pc或單片機連接，實現(xiàn)多點檢測；抗干擾性強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。因此，ds18b20完全滿讀取方便、電路簡潔、功耗低、成本低廉的設計要求。2.3時鐘芯片 萬年歷的設計可以直接采用單片機定時計數(shù)器的定時它能提供比較精確秒信號，使用程序實現(xiàn)年、月、日

18、、時、分、秒、星期計數(shù)以及時間的校準，鬧鐘的設置。采用此種方案雖然減少芯片的使用，達到電路簡潔、節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大，不符合實際情況。所以不采用此方案。本設計將采用ds2887時鐘芯片來實現(xiàn)時鐘，ds12887 為dallas公司最新推出的的實時時鐘芯片，除具有實時鐘功能外，它還具有128字節(jié)的通用ram其中14個作為字節(jié)時鐘和控制寄存器，114字節(jié)為通用ram，所有aram單元數(shù)據(jù)都具有掉電保護功能。采用cmos技術制成，把時鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關電路集于芯片內部，計秒、分、時、天、星期、日、月、年，并有閏年補償功能，二進制數(shù)碼或bcd碼表示時間、日歷和定鬧。12小時

19、或24小時制，12小時時鐘模式帶有pm和am指導，有夏令時功能。中斷信號輸出(irq)和總線兼容，定鬧中斷、周期性中斷、時鐘更新周期結束中斷可分別由軟件屏蔽，也可分別進行測試。采用ds12887芯片設計的時鐘電路勿需其它外圍電路并具有良好的微機接口。ds12887芯片具有微功耗、外圍接口簡單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，這些就是采用它的主要原因。2.4顯示器件 數(shù)據(jù)的顯示有多種方式可使用（點陣式的或led的動態(tài)掃描）數(shù)碼管或（lcd）液晶來顯示，點陣式的數(shù)碼管由64個發(fā)光的二極管（八行八列）構成，用于顯示一些文字會很適合,而用來顯示數(shù)字實在浪費,并且價格是較高,故不使用它來顯示。而（led數(shù)碼

20、管）動態(tài)掃描的顯示,使用簡單，操作方便，顯示直觀，并且（led）數(shù)碼管的價格也比較適中畢業(yè)設計（論文）6,對于顯示數(shù)字最合適,而且采用動態(tài)掃描法與單片機連接時,占用的單片機口線少，但是，由于顯示的位數(shù)比較多，若采用它將要使用4塊74hc573芯片，這無疑會增加成本，重點是會使電路復雜化，操作繁瑣，不滿足設計要求。所以也不采用了led數(shù)碼管作為顯示。采用lcd液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,易于控制,電路簡潔，缺點是價格比較貴，但總的來說，是最符合設計要求，所以在此設計中采用lcd液晶顯示屏。第三章 系統(tǒng)硬件設計 本系統(tǒng)的硬件設計采用的是自頂向下設

21、計模式，頂層開始,連續(xù)地逐層向下分解,起到系統(tǒng)的所有模塊都小到便于掌握為止。因此，本系統(tǒng)設計了9大模塊，分別是主控核心（at89c55）模塊、ds12887模塊、ds18b20模塊、lcd顯示模塊、復位電路模塊、報警響鈴模塊、電源模塊、獨立鍵盤模塊、振蕩電路模塊。通過at89c55讀取時鐘芯片的時間和溫度芯片的溫度，用lcd1602來顯示，并可以通過初始化時鐘芯片和鍵盤設置鬧鈴時間系統(tǒng)總框圖如：圖31。原理圖見附錄一。主控核心at89c55復位電路模塊振蕩電路模塊獨立鍵盤模塊ds12887模塊ds18b20模塊報警響鈴模塊電源模塊lcd顯示模塊圖3-1系統(tǒng)總框圖3.1單片機最小系統(tǒng)設計畢業(yè)設計

22、（論文）73.1.1單片機最小系統(tǒng)原理圖 單片機的最小系統(tǒng)是指由最基本的電路元器件組成，外接部分簡單的電路就能獨立完成一定的工作任務的單片機系統(tǒng)。55單片機的最小系統(tǒng)包括單片機芯片、電源、時鐘電路和復位電路組成，如圖32。3.1.2主控核心的功能 主控核心at89c55單片機總共有40個引腳，其中包含4組8位的i/o口；rst、ale/prog、xtal1、 xtal2、vss、gnd、ea/vpp、psen各一個。各引腳的功能說明如下：xtal1/xtal2：放大器的輸入端/輸出端；psen：程序存儲允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，此設計中沒有用到片外存儲器，因此不用管；r

23、st引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復位；ea：雙功能控制端口，下設計中沒用片外存儲器，所以直接接電源；ale/prog：在訪問外部程序存儲器時，不讀取片外時以時鐘圖32單片機最小系統(tǒng)的原理圖振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，故它可以對外輸出時序或用于定時。p0口即可用地址數(shù)據(jù)總線復用口，有可作通用的i/o口使用。它是一組8位漏極開路型雙向io口作為輸出口用時。p2是一個帶內部上拉電阻的8位雙向io端口，它即可作通用的i/o口使用，也可與p0口相配合，作為片外存儲器的高8位地址總線。它可以根據(jù)系統(tǒng)要求畢業(yè)設計（論文）8，可全部當做于i/o口使用，也可以全部當做地址總線使用，或者部

24、分作地表3-1單片機第二功能圖端口引腳端口引腳第二功能第二功能p3.0rxd（串行輸入）p3.1txd（串行輸出）p3.2int0（外中斷0）p3.3int1（外中斷1）p3.4t0（定時/計數(shù)器0外部輸入）p3.5t1（定時/計數(shù)器1外部輸入）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號出口）p3.7rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號出口）p1.0t2（定時/計數(shù)器2外部計數(shù)輸入）p1.1t2 ex（定時/計數(shù)器2外部觸發(fā)輸入）址總線使用部分作i/o口使用，用戶自己靈活使用。p1主要用于單片機的用戶的控制量的輸入或數(shù)據(jù)的輸出，它是一個通用準雙向i/o口，但它與at89c51略有區(qū)別，它的p1.0與p1

25、.1有第二功能。p3口即可作通用的i/o口使用，但常使用的是其第二功能。其第二功能如表3-1所示。3.1.3最小系統(tǒng)的晶振電路 此電路用來產生時鐘信號，以提供單片機內部各種數(shù)字邏輯電路的工作的時間基準。55單片機可內部振蕩方式和外部振蕩方式兩種電路形式，本設計采用的是內部振蕩方式。單片機的內部xtal1（19腳）與xtal2（18腳）之間有一個高增益的放大器，在19腳和18腳外接諧振電路，就構成內部振蕩方式的自激振蕩器，并產生時鐘脈沖，本次設計的單片機工作頻率為12mhz，振蕩頻率由晶振的諧振頻率來確定，電容器c1、c2起穩(wěn)定頻率、快速起振的作用，其電容值為30pf，設計電路時應將c1、c2盡

26、量靠近單片機芯片，由于內部振蕩方式電路簡單，信號穩(wěn)定，是獨立的單片機系統(tǒng)首選。3.1.4最小系統(tǒng)的復位電路和電源 單片機的復位電路的設計,其第9引腳為復位輸入端, 20引腳為接地端,40引腳為電源端.此系統(tǒng)的的復位電復位路設計兩種情況，一為上電復位電路，一為手動復位。這種設計比單一的上電復位更符合實際，也是操作方便。電源的連接，把單片機20引腳接地，單片機40引腳接+5v電壓，完成電源的連接。畢業(yè)設計（論文）93.2溫度電路的設計3.2.1ds18b20測溫原理 測溫原理如圖3-3所示，由于ds18b20的晶振的振蕩頻率是低溫度系數(shù)的，因此在受到溫度的影響時變化較小，故它可用于當作穩(wěn)定頻率，而

27、減法計數(shù)器1的脈沖信號可以由它可提供，由于它的的晶振的振蕩頻率在高溫系數(shù)時隨溫度變化很明顯，故產生的脈沖信號可作為減法計數(shù)器2的脈沖信號輸入，從原理圖看，還含有計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，ds18b20溫度傳感器就對低溫度系數(shù)振蕩器生成的時鐘脈沖進行計數(shù)，從而實現(xiàn)環(huán)境溫度的檢測。計數(shù)門開啟的時間是由（高溫系數(shù)）振蕩器來確定，在每次檢測之前，先將基準溫度-55 存入溫度的寄存器和減法計數(shù)器1中，使溫度寄存器與減法計數(shù)器1被初始化，低溫系數(shù)的晶振產生的脈沖信號由減法計數(shù)器1進行減法計數(shù)，當其值減至0時，溫度寄存器中的數(shù)值將進行加1操作，而減法計數(shù)器1將重新賦值，它又重新開始對低溫系數(shù)振蕩器產生的信號脈

28、沖進行計數(shù)，一直重復下去直到（減法）計數(shù)器2中的值減到0時，終止溫度寄存器中的數(shù)值的增加，此時它內部的數(shù)值就是所檢測的溫度值。測溫過程產生的非線性變化就靠其內部的斜率累加器進行修正和補償，對減法計數(shù)器的預置溫度實行修改。只要沒有關閉計數(shù)門就一直重復上述處理，直到（溫度）寄存器中的溫度值達到被檢測的溫度值，此來ds18b20溫度檢測原理。斜率累加器預置計數(shù)比較器減法計數(shù)器1溫度寄存器高溫系數(shù)振蕩器減法計數(shù)器2減到0預置減到0低溫系數(shù)振蕩器增加停止圖3-3 ds18b20測溫原理圖3.2.2ds18b20與單片機的接口電路 ds18b20與單片機的連接有兩種接法，一種是寄生電源供電，另一種是外部電

29、源供電。畢業(yè)設計（論文）10寄生電源供電時，vdd、gnd接地，dq接單片機的i/o口，為了確保在有效的ds18b20時鐘周期內提供足夠的電流，一般要用一個mosfet來完成對總線的上拉；外部電源供電時，vdd接電源，在它和電源之間接一個4.7k的電阻，gnd接地，dq接單片機的i/o口。此設計采用的是后者即外部電源供電方式，dq（2腳）接at89c55單片機的p1.1腳進行通信。如圖34所示：圖34 ds18b20測溫模塊的原理圖3.3時鐘電路的設計3.3.1ds12887芯片的引腳功能 管腳功能：gnd接地，vcc接+5v的電源，當+5v電壓在正常范圍內，數(shù)據(jù)能讀寫；當vcc低于4.25v

30、，讀寫操作被禁止，計時功能正常進行；當vcc下降至3v以下時，隨機存儲器ram和計時器的供電被切換到內部鋰電池；mot(模式選擇)接vcc時，選擇motorola時序，當接gnd時，選擇intel時序；sqw(方波信號同)能從rtc內部15級分頻器的13個分頻中選擇一個輸出，其輸出頻率通過對寄存器a編程來控制；ad0ad7(雙向地址/數(shù)據(jù)復用線)總線接口，可與motorola各種類型的微機和intel各種類型的微機接口as即地址信號選通的輸入端口用來實現(xiàn)信號的分離，可在ad/ale下降沿把地址寫入ds12887芯片；ds腳表示數(shù)據(jù)的選擇端或讀信號的輸入，它有兩種類型的操作模式，它由mot的電平

31、決定的，當mot接高電平時，ds為正脈沖，出現(xiàn)于總線周期之后，稱作數(shù)據(jù)選通，在讀周期時，ds指示芯片雙向驅動總的時刻，在寫周期時，ds的下降沿使芯片寫入數(shù)據(jù)，當mot接低電平時，ds（rd）當作與儲存器的信號允許（oe）有相同的定義；r/w(讀/寫輸入)的操作模式有兩種。當mot管腳接高電平時，r/w是電平信號，表明當前周期為讀信號周期或者為寫信號周期，當ds為1時， r/w高電平1表明是讀信號周期， r/w為低電平0表明寫信號周期；當mot管腳接低電平時，r/w信號是低電平信號，與通用r畢業(yè)設計（論文）11am的寫允許信號(we)有相同的含義；cs表示片選信號輸入端，它訪問ds12887時鐘

32、芯片總線的周期內，片選信號只能保持為低；irq表示的是中斷輸入端，它在低電平有效，通常作為單片機的外部中斷的輸入。在無中斷產生時， irq一直保持為高阻態(tài)，由于irq端口內部的結構是漏極開路，故它工作時要求接上拉電阻；reset表示復位端它復位時低電平的持續(xù)時間應大于200ms，才能使ds12887實時時鐘芯片復位成功。3.3.2ds12887芯片與單片機的接口電路 本設計采用的是intel總線時序，故mot腳直接接地地。其它引腳的連接如下：gnd接地；reset和vcc接電源，選擇ds12887時鐘芯片的地址總線as端口和at89c55單片機的p3.6直接相聯(lián)；而irq、 r/w、ds、cs

33、讀寫控制線分別與單片機的p3.2、p3.3、p3.4、 p3.5口相連； ds12887芯片的sqw端口可編程產生方波輸出信號，在本設計中沒有使用，nc不接；ad0ad7(雙向地址/數(shù)據(jù)復用線)總線接口與at89c55單片機的p2口相接。所以ds12887時鐘芯片和at89c55單片機的接口電路如圖35所示。畢業(yè)設計（論文）12圖35 時鐘模塊的原理圖3.4顯示電路的設計3.4.1lcd1602芯片的引腳功能 lcd1602采用標準16腳接口，分別為：vss（1腳）為電源地 ；vdd（2腳）接+5v電源；v0（3腳）為對比度調整端，使lcd1602液晶顯示器顯示達到最佳效果，在接電源正極時對比

34、度是最弱的，在接電源負極時對比度是最高的，對比度不宜過高也不宜過低，過高會 產生“鬼影”，過低會很模糊，使用時可接一個10k的可變電阻調整對比度；rs（4腳）為寄存器功能選擇，在高電平時表示選擇了操作存放數(shù)據(jù)的寄存器，在低電平時表示選擇了指令代碼寄存器； rw（5腳）表示讀/寫信號選擇端，高電平時表示讀操作，而低電平表示寫操作；en或e端（6腳）為使能端；第db0db7（714腳）為8位i/o口（一字節(jié)的雙向數(shù)據(jù)端）；1516腳為背景燈光電源接口，當為背景燈光電源時，15腳為背景燈光電源正極，16為腳為背景燈光電源負極。畢業(yè)設計（論文）133.4.2lcd1602與單片機的接口電路 本設計沒有

35、對lcd1602的寄存器進行過讀操作，因此，可以簡化電路，把rw直接接地，低電平時是對寄存器進行寫操作，顯示器的背燈電源與電源按要求接好即可，對比度v0通過可變電阻與地連接，rs、e分別與at89c55單片機的p1.2、p1.3相接，db0db7與at89c55單片機的p0口按順序連接。如圖36所示圖36 顯示模塊的原理圖3.5鍵盤電路的設計 鍵盤根據(jù)它是硬件編碼，還是軟件編程實現(xiàn)可分兩類，一為編碼鍵盤，一為非編碼鍵盤，編碼鍵盤是指鍵的閉合識別是由專用的硬件電路實現(xiàn)，并產生鍵值或編碼，例如電腦鍵盤；非編碼鍵盤是指鍵的閉合由軟件編程的方式來識別；在單片機應用系統(tǒng)中，非編碼鍵盤用的非常廣泛，編碼鍵

36、盤用的很少。非編碼鍵盤根據(jù)其接入方式與掃描方式又可分為矩陣鍵盤即行列式鍵盤和獨立鍵盤。由于獨立鍵盤在按鍵少時實現(xiàn)容易，電路簡單，編程方便。故本設計采用的是獨立鍵盤。時間設置鍵（set）接單片機的p1.0，確定/鬧鐘（ok）接單片機的p1.5，加鍵（+）接單片機的p1.6，減鍵（）接單片機的p1.7。如圖37所示：畢業(yè)設計（論文）14圖37 鍵盤模塊的原理圖3.6報警電路的設計 本系統(tǒng)的鬧鐘與溫度的二級報警的設計采用了簡單的電路，它是由npn型三極管集電極驅動蜂鳴器，發(fā)射極接+5v電源，基極接100歐姆的電阻作限流電阻，再與單片機的p1.4連接，溫度的一級報警采用的是發(fā)紅光的led接上限流電阻與

37、單片機的p3.1連接，原理圖如圖38所示：畢業(yè)設計（論文）15圖38報警模塊的原理圖第四章 系統(tǒng)軟件設計 智能數(shù)字電子萬年歷是多功能的系統(tǒng)，各功能是在程序的控制下實現(xiàn)的。本系統(tǒng)的軟件設計方法與硬件設計一一對應，按照整體功能分割成多個程序模塊，它們是分別進行設計、編程和調試出來的，最后通過主程序將各子程序模塊結合。這樣將方便程序的修改與調試，最終完成系統(tǒng)的整體設計，達到設計要求。此外本章的軟件設計說的是一種設計的思路，或者方法，因此并沒有把所設計好的程序寫入下列各節(jié)，全部放在附錄二中。4.1系統(tǒng)總程序 主程序的主要功能是lcd1602、溫度測試系統(tǒng)、實時時鐘系統(tǒng)的初始化，鍵盤的掃描（包括時間校準

38、鍵盤和鬧鐘設置鍵盤），鬧鐘判斷，溫度報警的查詢，星期轉換與月末天數(shù)調整，以及溫度與時間的實時顯示，此外還有開中斷。主程序流程圖如圖4-1所示，程序見附錄二。畢業(yè)設計（論文）164.2溫度模塊程序 模塊包含五個函數(shù)分別是初始化ds18b20函數(shù)，讀/寫一字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)，讀溫度函數(shù)，實時顯示溫度函數(shù)。各函數(shù)的名字為：初始化函數(shù)init_1820();，寫一字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)void write_bit(uchar dat);，讀一字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)uint read_bit();，讀溫度函數(shù)uint read_wdu();，實時顯示溫度函數(shù)void display_wdu(uint ii);具體內容見附錄三源程

39、序。流程圖如圖4-2所示。對初始化ds18b20函數(shù)的編程時，要嚴格的遵守初始化時序，主機總線在t0 時刻發(fā)送復位脈沖(最短保持480us 的低電平信號) 緊接著在t1時刻釋放總線轉而進入接收狀態(tài)，ds18b20 在檢測到總線的上升沿后等待15 -60us ，然后ds18b20在t2 時刻發(fā)出存在脈沖(低電平保持60-240 us之間) ，初始化時序如圖4-3 所示。在初始化中要對只讀程序存儲器操作，其常用的指令代碼有：跳過讀序號列號的操作碼cch 、啟動溫度轉換指令代碼44h和讀取溫度寄存器指令代碼beh等。其它的在本設計中未曾使用。讀/寫一字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)就是從芯片中取數(shù)據(jù)與存數(shù)據(jù)，從而給芯片

40、寫指令或數(shù)據(jù)， 畢業(yè)設計（論文）17開始開中斷初始化lcd初始化ds12887初始化ds18b20調用鍵盤掃描函數(shù)調用年調整函數(shù)調用設置鬧鐘函數(shù)鬧鐘？開鬧鐘調用星期轉換函數(shù)調用顯示時間函數(shù)調用顯示溫度函數(shù)顯示？yynn圖4-1 主程序流程圖畢業(yè)設計（論文）18是芯片能正常工作，它是通過串行輸出的，一次只能讀或寫一位連續(xù)進行8此此操作。讀溫度函數(shù)用來把芯片轉換的溫度送到單片機進行后期處理，處理時根據(jù)表-c ds18b20溫度與表示值對應表來把二進制數(shù)據(jù)轉換成實際的十進制溫度，由表可以算出溫度值為二進制值乘以0.0625，這既是被測溫度。顯示溫度函數(shù)用來把讀溫度函數(shù)得到的溫度值顯示出來。流程圖見4

41、.4顯示模塊子程序即圖4-8所示。開始發(fā)ds18b20復位命令發(fā)跳過rom命令發(fā)溫度轉換開始命令讀取當前溫度并顯示結束圖4-2溫度模塊子程序流程圖 圖4-3 初始化時序圖畢業(yè)設計（論文）19表4-1 ds18b20溫度與表示值對應表溫度/c二進制表示十六進制表示溫度/c二進制表示十六進制表示+125c 000001111101000007d0h0c00000000000000000000h+85c 00000101010100000550h-0.5c1111111111111000fff8h+25.0625c00000001100100010191h-10.125c11111111010111

42、10ff5eh+10.125c000000001010001000a2h-25.0625c1111111001101111ff6fh+0.5c00000000000010000008h-55c1111110010010000fc90h4.3時鐘模塊程序 此模塊包含三個函數(shù)，分別為初始化ds18b20函數(shù)init_12887()，寫數(shù)據(jù)到ds18b20內存中指定的地址函數(shù)write_12887(uchar add,uchar dat)，從ds18b20內存中指定的地址讀函數(shù)read_12887(uchar add)，具體內容見附錄三，其流程圖見圖4-4。由于編程時用到了ds12887的內部功能，

43、以及intel時序，而前文未曾提及，所以在此略作說明。開始初始化寫指令讀數(shù)據(jù)結束圖4-4時鐘模塊子程序流程圖4.3.1 ds12887的內部功能 ds12887包含114字節(jié)的用戶隨機存儲器（ram），10字節(jié)的存放rtc時間。日歷和鬧鐘ram以及及用于控制和狀態(tài)的4字節(jié)特殊寄存器構成，幾乎128個字節(jié)都可以直接讀寫,其地址分配圖見圖4-5。時間和日歷信息通過讀與之對應的內存字節(jié)來獲得，日歷、時間和鬧鐘通過寫與之對應應的內存字節(jié)來設置和初始化，字節(jié)中的內容可為十進制或bcd形式。時間可選12畢業(yè)設計（論文）20小時制或24小時制。日歷、時間和鬧鐘字節(jié)是雙緩沖的，總是可以操作的。rtc時鐘ram

44、向處理器提供了三個獨立、自動的中斷源。定鬧中斷的發(fā)生率可通過編程來控制，從1次/每秒到1次/每天不等，周期性中斷的發(fā)生率是可以選擇的。更新結束中斷用于向程序指示此更新周期已經完成。中斷控制和狀態(tài)位在寄存器b與c中。周期中斷可以在irq腳產生1次/500ms到1次/每122s的中斷，中斷頻率同樣由寄存a決定，它的控制位為寄存器b中的pie位。ds12887每秒執(zhí)行一次更新周期還比較每一定鬧字節(jié)與相應的時間字節(jié)，如果匹配枵三個字節(jié)都是不關心碼，則產生一次定鬧中斷。由于ds12887芯片在出廠時，其自帶的晶振是關掉的，這樣就可以避免鋰電池在ds12887芯片在構成系統(tǒng)之前被耗盡。寄存器a的第4位到第

45、6位為010時才開啟其自帶晶振，使芯片工作，所以，編程時要初始化寄存器a，使晶振開啟讓芯片能正常工作。 圖4-5 ds12887的地址分配圖 set為0表示時間更新正常進行，當set為1表示時間更新被禁止，程序可初始化時間和日歷字節(jié)。pie表示周期中斷使能位，pie為1，表示能夠以選擇的頻率來拉低端口電平irq管腳， 寄存器b的第六位為pie，其為0時，表示不允許中斷信號的產生。aie表示鬧鐘中斷信號允許端。寄存器b的第三位為sqw，它是方波信號允許位，本文未用。dm表示數(shù)據(jù)模式選擇位，dm為1為十進制的數(shù)據(jù)，其時鐘、日歷和鬧鐘對應地址與數(shù)據(jù)模式如表4-2，而dm為0，則表明地址中存放的數(shù)據(jù)是

46、以bcd碼形式儲存的。一天的時間表示有兩種格式，即24小時制和12小時制，在寄存器b中的第一位為24/12與之對應，當它為1時，則畢業(yè)設計（論文）21用24時制表示，而它為0時，則用12時制來表示。為寄存器b的第0位為dse位，它是夏令時開啟位，當它為1時，則允許，為0時，則禁止。uip為更新周期正在進行位。當uip為1，表明更新將很快發(fā)生，當uip為0，更新在244s內不會發(fā)生。dv0，dv1，dv2用于開啟或關閉振蕩器，并恢復計時鏈。010唯一組合是打開晶振并允許rtc計時。rs3，rs2，rs1，rs0：頻率選擇位，本系統(tǒng)未用。irqf表示中斷申請標志位。當滿足irqf=pfpie+af

47、aie+ufuie時，置1。只要irqf為1，irq管腳輸出低，當程序讀寄存器c后或reset管腳接低電平后，標志位都清零。af表示定鬧中斷標志位，af為1時表明現(xiàn)在時間與定鬧時間匹配。鬧鐘啟動。vf表示更新周期結束標志位。vf為1時表示更新周期結束。biat0bit3表示未用狀態(tài)位，讀出總為0。vrt表示內部鋰電池狀態(tài)位，通常應總讀出1，若讀出的為0，則表明表明內部鋰電池已耗盡。bit0bit6表示未用狀態(tài)位，讀出總為0，此寄存器為只讀存儲器。各寄存器的內部結構如表4-3所示。根據(jù)上述分析，此系統(tǒng)要用intel時序，24小時制，輸出數(shù)據(jù)為二進制，開啟內部振蕩器，所以在編程時要給寄存器a、b、

48、分別初始化為20h、26h，因鬧鐘中斷要讀寄存器c，才能響應。所以要在at89c55外部中斷函數(shù)中讀寄存器c。表4-2時鐘、日歷和鬧鐘對應地址與數(shù)據(jù)模式-二進制模式（dm=1）表4-3.ds12887狀態(tài)控制寄存器寄存器的位bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0寄存器auipdv2dv1dv0rs3rs2rs1rs0寄存器bsetpieale0viesqwdm24/12dse寄存器cirqfpfafvf0000寄存器dvrt0000000畢業(yè)設計（論文）224.3.2 ds12887的intel總線時序 本設計采用的是intel總線時序，所以編寫寫數(shù)據(jù)到ds18b20

49、內存中指定的地址函數(shù)（write_12887(uchar add,uchar dat)）和從ds18b20內存中指定的地址讀函數(shù)（read_12887(uchar add)）時，必須嚴格遵守intel總線時序，其，讀寫總線時序分別如圖4-6、圖4-7所示。圖4-6 讀intel總線時序圖4-7 寫intel總線時序4.4顯示模塊程序 此模塊包含四個函數(shù)，分別為初始化lcd1602函數(shù)init_lcd()，寫指令到lcd1602中的函畢業(yè)設計（論文）23數(shù)write_con(uchar con)，寫數(shù)據(jù)到lcd1602中的函數(shù)write_data(uchar dat)，寫數(shù)據(jù)到lcd1602中指

50、定的地址函數(shù)xshi_sdat(uchar add,uchar date),具體內容見附錄三，其流程圖見圖4-8。在編寫寫指令和寫數(shù)據(jù)函數(shù)必須嚴格遵守寫操作時序，rs為高電平是寫數(shù)據(jù)，為低電平是寫指令，其時序圖如圖4-9所示。 初始化lcd1602時，一些指令必須寫入液晶芯片內，顯示模式設置，指令代碼為：38h；顯示開/關及光標設置，指令代碼為：0ch，06h；顯示清屏指令代碼為：01h；數(shù)據(jù)指針設置，指令代碼為： 80h+地址碼。開始初始化寫指令寫數(shù)據(jù)結束圖4-8顯示模塊子程序流程圖圖4-9 寫操作時序4.5鍵盤及其它模塊程序畢業(yè)設計（論文）24 此模塊包含了校準時間與設置鬧鐘函數(shù)，星期轉換

51、函數(shù)，天數(shù)自動調整函數(shù)，延遲函數(shù)等四部分，由于延遲函數(shù)非常簡單，沒有畫流程圖，其它函數(shù)的流程圖依次為：圖4-10，圖4-11，圖4-12。yyy開始num=0?num=1s1=0秒+1結束num=2s2=0秒-1s1=0分+1s2=0分-1、yyyynnnnnn同理直到num=8圖4-10校準時間與設置鬧鐘子程序流程圖畢業(yè)設計（論文）25開始讀取變量i=？輸出tue輸出wed輸出thu輸出fri輸出sat輸出sun輸出mon結束17236654圖4-11星期轉換子程序流程圖開始讀月份月份為2閏年輸出29天輸出28天輸出30天輸出31天結束為1yynnyn圖4-12天數(shù)自動調整子程

52、序流程圖畢業(yè)設計（論文）26第五章 調試與仿真5.1 proteus軟件簡介 proteus軟件是由英國的labcenter electronics 公司研發(fā)推出的一款eda工具軟件，由isis及ares兩款軟件組成，其isis軟件是一款比較方便、電子系統(tǒng)的仿真平臺的軟件，ares是一款高級的布線編輯軟件，它集成了高級的原理布線圖、混合模式spice電路的仿真、pcb的設計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設計。通過proteus isis軟件的虛擬仿真技術，我們可對模擬、數(shù)字、模數(shù)混合的電路實行仿真測試，以及微控制器為基礎的系統(tǒng)與它所有外圍接口電子元器件進行仿真。本設計采用的是proteus軟

53、件仿真。5.2仿真與調試步驟 1.打開proteus仿真軟件，創(chuàng)建一個工程，保存為電子萬年歷。 2.根據(jù)設計好的原理圖添加仿真元器件，打開元器件庫，查找要添加的元件，雙擊，繼續(xù)查找下一個元器件，直到把所有要添加的器件都添加完。 3.在左邊的方框里點擊所添加的元器件，一個一個的畫在仿真原理圖中，按一定的布局，把元器件放置的整齊一點，使總體上美觀。 4.把放置好的元器件，按設計好的原理圖，把各元器件用導線連接起來，在這個過程，可以用多種方式，如用總線和網絡標識與導線配合使用，及可以簡化電路，又可以是電路美觀。到此，仿真電路就設計好了，效果圖見圖5-1所示。畢業(yè)設計（論文）27圖51 系統(tǒng)仿真原理圖

54、 5.進行電氣檢查，單擊按鈕，進行電氣檢測，查看接線是否合理，看有沒有錯誤或警告，如有把它修正，直到沒有為止，如沒有錯誤或警告，則設計結束，保存。 6.把用keil編寫的程序生成.hex文件添加到單片機中，單擊按鈕，進行對電子萬年歷的仿真測試，觀察程序運行情況，看能否顯示預期的結果。 7打開keil軟件檢查源程序，查找并修改不合邏輯的部分，編譯生成.hex文件，重復第6步，直到能顯示預期結果。 8 仿真測試復位鍵測試，按下此鍵看能否復位，經測試可以進行復位，系統(tǒng)重新開始了，進入了開機畫面，其效果圖見圖5-2所示。畢業(yè)設計（論文）28圖5-2復位鍵測試圖開機畫面 9仿真測試時間設置測試，按下se

55、t鍵看能否有閃爍光標，其每按一下它就會按秒、分、時、星期、日、月、年的順序移動到下一個位置，設置完了按一下就退出設置。在設置狀態(tài)下每按“+”鍵在對應的位置進行加1，每按“-”鍵在對應的位置進行減1，經測試可以進行時間設置，按下此鍵時進入了時間設置狀態(tài)，其效果圖見圖5-3所示。畢業(yè)設計（論文）29圖53 仿真測試設置時間效果圖 10 仿真測試鬧鐘設置測試，按下ok鍵看能否有光標，其每按一下它就會按秒、分、時的順序移動到下一個位置，設置完了按一下就退出設置。在設置狀態(tài)下每按“+”鍵在對應的位置進行加1，每按“-”鍵在對應的位置進行減1，經測試可以進行鬧鐘設置，按下此鍵時進入了鬧鐘設置狀態(tài)，其效果圖

56、見圖5-4所示。畢業(yè)設計（論文）30圖54. 仿真測試設置鬧鐘效果圖 11 仿真測試溫度報警功能，當溫度低于-10c或高于40c時進行一級警告，紅燈亮，當溫度低于-30c或超過60c時，進行二級報警，紅燈亮，同時報警。其效果圖見圖5-5所示。圖5-5溫度報警功能效果圖 12 仿真測試，設置為2013年5月22號星期三9點半，溫度為27c。其效果圖見圖5-6所示。畢業(yè)設計（論文）31圖5-6最終效果圖第六章 總結 在本次畢業(yè)論文設計中，我遇到很多問題，但是與此同時，我也學到了很多，對于本次畢業(yè)論文設計的心得體會，我覺得有以下幾點: 1.無論做什么項目,規(guī)劃是必要的。沒有一個好的規(guī)劃，就會沒有調理

57、，可能使要解決的問題復雜化，是項目變得無法完成，更別說完美了。而有一個好的規(guī)劃，往往會使項目越做越簡單，從而增加信心。還有明確重點和緩急，不會有疏漏。這樣才能提高成功率。 2.處理問題要多動腦,選出最好的方法。一各問題或難點往往有多種解決方法，一個好的方法，不僅能使事情事半功倍，而且往往決定最后的成與敗，所以處理問題時一定要多想想，想出最好的方法。 3.要充分利用自己所掌握的知識區(qū)設計項目，使用一些專業(yè)的方法，去設計產品，方案的設計多種多樣，可選擇的元器件豐富多樣，因此我們可以從中選擇一些自己熟悉的芯片，以及擅長處理手段。 4.要注意細節(jié)。細節(jié)決定成敗，這在編程時最能體現(xiàn)，這句話在這次畢業(yè)設計

58、中不只一次得到了印證，一點點的錯誤就會使整個程序不能按預定邏輯運行，達不到預期目的。故我們不僅僅要有整體意識，也要注意細節(jié)，不要因一個關細節(jié)而導致滿盤皆輸。 5.也是最重要的一點，通過這次畢業(yè)設計，我們學到了很多專業(yè)有關的知識，提高了c語言的編寫能力，對proteus 、keil與altium designer操作能力，也使我能夠熟練的運用proteus 、keil與altium designer軟件，也對本專業(yè)所學的知識有了質的提高，使我受益匪淺，為以后的工作增加了籌碼?？傊?，此次設計還有一點點不完善，那就是不能夠顯示農歷，此系統(tǒng)有待完善。 畢業(yè)設計（論文）32參考文獻1 張毅剛.新編mcs

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