基于51單片機的萬年歷設(shè)計報告

1、基于單片機的萬年歷設(shè)計目錄摘要3一 設(shè)計要求與方案論證 .411 設(shè)計要求 .41.2系統(tǒng)基本方案選擇和論證4二.系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) .52.1 電路設(shè)計框圖62.2 系統(tǒng)硬件概述.62.3 主要單元電路的設(shè)計.6三 程序流程圖.15四 總原理圖 .18五 硬件調(diào)試結(jié)果和調(diào)試步驟.18六 課程設(shè)計總結(jié)和體會.21七 參考文獻22 組員分工.22摘要隨著科技的快速發(fā)展，時間的流逝,至從觀太陽、擺鐘到現(xiàn)在電子鐘，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀(jì)錄,電子萬年歷是一種非常廣泛日常計時工具，對現(xiàn)代社會越來越流行。本設(shè)計用STC89C52單片機控制，以DS1302時鐘芯片計時、DS18B20采集溫度、1602液

2、晶屏顯示。系統(tǒng)主要由溫度傳感器電路，單片機控制電路，顯示電路以及電源測試、調(diào)時按鍵電路等組成。系統(tǒng)程序采用C語言編寫,經(jīng)Keil軟件進行調(diào)試，可以顯示世界歷年、月、日、農(nóng)歷月、日、星期、時、分、秒、溫度和閏年補償并具有校準(zhǔn)功能和與即時時間同步的功能。此萬年歷實現(xiàn)后具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔等諸多優(yōu)點，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。關(guān)鍵詞：萬年歷 STC89C52單片機 DS1302 DS18B20 1602 一、設(shè)計要求與方案論證1.1設(shè)計要求：（）基本要求具有年、月、日、星期、時、分、秒等功能；萬年歷具有閏月識別顯示功能；具備年、月、日、星期、時、分、秒校準(zhǔn)

3、功能；( 2 ) 創(chuàng)新要求萬年歷具有農(nóng)歷顯示功能；具有測量室內(nèi)溫度功能；1.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證1.2.1單片機芯片的選擇方案和論證：方案一:采用AT89S51芯片作為硬件核心，內(nèi)部具有4KB ROM 存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機完全兼容,但是運用于電路設(shè)計中時由于不具備ISP在線編程技術(shù)，所以在對電路進行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。方案二:采用STC89C52芯片,STC89C52是一種低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有8K的可編程Flash存儲器。同樣具有AT89S51的功

4、能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)對電路進行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞,因此選擇采用STC89C52作為主控制系統(tǒng)核心。1.2.2 顯示模塊選擇方案和論證：采用1602液晶顯示屏,該液晶顯示屏的顯示功能強大,內(nèi)置192種字符，可顯示大量符號、數(shù)字,清晰可見,而且功率消耗小壽命長抗干擾能力強。所以在此設(shè)計中采用1602液晶顯示屏。1.2.3時鐘芯片的選擇方案和論證： 采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，而且精度高,位的RAM

5、做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓2.5V5.5V范圍內(nèi)，2.5V時耗電小于300nA.所以采用此方案1.2.4溫度傳感器的選擇方案與論證方案一：使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個相應(yīng)阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個電阻變化的分壓值，并進行A/D轉(zhuǎn)換。此設(shè)計方案需用A/D轉(zhuǎn)換電路，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴(yán)格線性的，會產(chǎn)生較大的測量誤差。方案二：采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，此類傳感器為數(shù)字式傳感器而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機連接，可以去除A/D模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。另外，數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高

6、、測量范圍廣等優(yōu)點。因此本設(shè)計選用DS18B20溫度傳感器。1.3 電路設(shè)計最終方案決定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用STC89C52作為主控制系統(tǒng); DS1302提供時鐘;數(shù)字式溫度傳感器DS18B20;LED1602液晶顯示屏作為顯示。二.系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)2.1 電路設(shè)計框圖1 系統(tǒng)硬件概述本電路是以STC89C52單片機為控制核心，該芯片具有在線編程功能，功耗低，能在3.3V的超低壓下工作；時鐘芯片采用DS1302，它是一款高性能、低功耗、自帶RAM的實時時鐘芯片，具有使用壽命長，精度高和功耗低等特點，同時具有掉電自動保存功能,可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時

7、，具有閏年補償功能，其工作電壓為2.5V5.5V；采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31*8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。可產(chǎn)生年、月、日、周日、時、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點，同時具有掉電自動保存功能；溫度檢測模塊由DS18B20構(gòu)成,它采用獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊, 具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點,其測溫范圍在-55+125,工作電壓為3v5.5v；顯示部份使用1602液晶顯示屏來實現(xiàn),該顯示屏具有低功耗、壽命長、可靠性高的特點，其工作電壓為5v。2 主要單元電路的設(shè)計ST

8、C89C52單片機簡介STC89C52是一種低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有8K的可編程Flash 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，ST

9、C89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。引腳排列如圖2.1所示。圖2.1 STC89C52引腳圖單片機主控制模塊的設(shè)計本設(shè)計中單片機主要負(fù)責(zé)對外設(shè)的控制和各個功能模塊間的協(xié)調(diào)，沒有復(fù)雜的數(shù)據(jù)計算，因此，8位的51系列單片機足以勝任。它具有豐富的內(nèi)部資源，較大的數(shù)據(jù)、程序存儲區(qū)。一個典型的單片機最小系統(tǒng)一般由時鐘電路、復(fù)位電路、電源指示燈和外部擴展接口等部分組成。單片機的最小系統(tǒng)如圖4.2所示,單

10、片機的XTAL0和XTAL1引腳用于連接晶振電路。XTAL0接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出。RESET為復(fù)位引腳,連接復(fù)位電路，它用于對單片機進行初始化。復(fù)位電路包括復(fù)位電容（C6）、復(fù)位電阻（R3）和復(fù)位開關(guān)（S4）。VSS為電源地,VCC為電源正。圖4.2 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)復(fù)位、晶振電路簡介1、復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位電路是使單片機的CPU或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這上狀態(tài)開始工作。本設(shè)計是上電復(fù)位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復(fù)位操作按鍵復(fù)位電路如圖所示2、

11、晶振電路的設(shè)計晶振電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個補償電容構(gòu)成自激振蕩器。晶振電路如圖所示時鐘芯片DS1302簡介芯片介紹：低功耗時鐘芯片DS1302可以對年、月、日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償?shù)榷喾N功能。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄。這種記錄對長時間的連續(xù)測控系統(tǒng)結(jié)果的分析以及對異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找有重要意義。(1) DS1302的性能特性·實時時鐘，可對秒、分、時、日、周、月以及帶閏年補償

12、的年進行計數(shù)；·用于高速數(shù)據(jù)暫存的31×8位RAM；·最少引腳的串行I/O；·2.55.5V 電壓工作范圍；·2.5V時耗電小于300nA；·用于時鐘或RAM數(shù)據(jù)讀/寫的單字節(jié)或多字節(jié)（脈沖方式）數(shù)據(jù)傳送方式；·簡單的3線接口；·可選的慢速充電（至VCC1）的能力。 (2) DS1302數(shù)據(jù)操作原理DS1302在任何數(shù)據(jù)傳送時必須先初始化，把RST腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿被輸入。無論是讀周期還是寫周期，開始8位指定40個寄存器中哪個被訪問到。在開始8個時鐘周期，把命

13、令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時鐘周期在讀操作時輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時寫入數(shù)據(jù)。時鐘脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為8加8，在多字節(jié)方式下為8加字節(jié)數(shù)，最大可達248字節(jié)數(shù)。圖4-3 DS1302管腳圖如果在傳送過程中置RST為低電平，則會終止本次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在VCC >=2.5V之前，RST腳必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。DS1302的管腳圖如圖4-3所示，表4-2為各引腳的功能。表4-2 DS1302引腳功能表引腳號引腳名稱功能1VCC2主電源2，3X1，X2振蕩源，外接32768HZ晶振4GND地線5RST復(fù)位/片選

14、線6I/O串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端（雙向）7SCLK串行數(shù)據(jù)輸入端8VCC1后備電源DS1302的控制字如圖4-5所示?？刂谱止?jié)的最高有效位（位7）必須是邏輯1；如果它為邏輯0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中。位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)；為1表示存取RAM數(shù)據(jù)。位51（A4A0）指示操作單元的地址。最低有效位（位0）如為0，表示要進行寫操作；為1表示進行讀操作。控制字節(jié)總是從最低位開始輸入/輸出。7 6 5 4 3 2 1 01RAM CKA4A3A2A1A0RAM K圖4-5 控制字節(jié)的含義為了提高對32個地址的尋址能力（地址/命令位15邏輯1），可以把時鐘/日歷或RAM寄存器規(guī)定為

15、多字節(jié)（burst）方式。位6規(guī)定時鐘或RAM，而位0規(guī)定讀或?qū)?。在時鐘/日歷寄存器中的地址931或RAM寄存器中的地址31不能存儲數(shù)據(jù)。在多字節(jié)方式中，讀或?qū)憦牡刂?的位0開始。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?個寄存器。但是，當(dāng)以多字節(jié)方式寫RAM時，為了傳送數(shù)據(jù)不必寫所有31字節(jié)。不管是否寫了全部31字節(jié)，所寫的每一字節(jié)都將傳送至RAM。數(shù)據(jù)讀寫程序如圖4-6所示。SCLKKRSTI/O571357210246046R/CA2A3A0A1R/WA41DATAI/OBYTEDATAI/OBYTE圖4-6 數(shù)據(jù)讀寫程序(3) DS1302的寄存器DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷

16、、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時間寄存器及其控制字見表-2。 表-2 DS1302的日歷、時間寄存器 此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。 DS1302模塊如下圖：DS1

17、8B20溫度傳感簡介引腳圖： 1、DS18B20的主要特性 1.1、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電 1.2、獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊 1.3、 DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 1.4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 1.5、溫范圍55125，在-10+85時精度為±0.5 1.6、可編程 的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為

18、0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫 1.7、在9位分辨率時最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 1.8、測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一 線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 1.9、負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。 2、DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。溫度數(shù)據(jù)表如下：  D

19、S18B20溫度傳感模塊如下圖：鍵盤電路簡介本設(shè)計共采用按鍵3個，分別與單片機的P27、P26、P25口相連，分別對應(yīng)光標(biāo)移動，時間、日期調(diào)整。1602顯示模塊的簡介本設(shè)計中由于要對時間、溫度進行顯示，所以選擇液晶顯示屏1602模塊作為輸出。1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線。它可以顯示兩行，每行16個字符，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都

20、有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。 管腳功能如表4-1所示：表4-1 LCD1602引腳功能引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對比度調(diào)整端。4RSRS為寄存器選擇。5R/WR/W為讀寫信號線。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8DB1底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4高4位三態(tài)、

21、雙向數(shù)據(jù)總線 4位12DB5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）LCD1602主要管腳介紹：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生鬼影使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。RS為寄存器選擇端，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。RW為讀寫信號線端，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng)RS為高電平RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。E為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行

22、命令。1602液晶顯示屏模塊如下圖：三 程序流程圖系統(tǒng)總流程圖系統(tǒng)總流程圖如下圖所示。流程圖分析：首先系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)開始運行，當(dāng)有設(shè)置鍵按下時進入修改時間模式，無按鍵按下時讀取時間、溫度等數(shù)據(jù)送入液晶屏顯示；在修改時間模式下設(shè)置時間完成后再送數(shù)據(jù)到液晶屏顯示。系統(tǒng)總流程圖計算陽歷程序流程圖如下：陰歷日期流程圖：計算出陽歷總天數(shù)后，就可以根據(jù)它來推算陰歷日期。推算方法是，先用總天數(shù)減去春節(jié)和元旦的日差，如果結(jié)果為1，則該天正好是春節(jié)（因為春節(jié)在元旦之后，在計算春節(jié)和元旦的日差時，假設(shè)元旦為0天，春節(jié)為n天，則日差為n。而前面計算的陽歷總天數(shù)是該天在該年中的第幾天，是以元旦為1而得到的，與計算春

23、節(jié)和元旦日差的這樣方法相比，其數(shù)值少了1，所以要在原來本應(yīng)該以0作為該天就是春節(jié)的依據(jù)的基礎(chǔ)上加1，所以以1作為該天是春節(jié)的標(biāo)志）；如果結(jié)果小于1，則陰歷應(yīng)該是陽歷的前一年；如果結(jié)果大于1，說明陽歷和陰歷為同一年。再根據(jù)查表所得的該年的陰歷的閏年和大小月的信息，就可以推算出該天的陰歷日期了。圖為由總天數(shù)推算出陰歷日期流程圖如下：程序入口R2減1個月天數(shù) 夠減？下個月為閏月？減去閏月天數(shù)月加1月份為當(dāng)前正在減的月份的前一個月的最后一天月份為當(dāng)前正在減的月份，號數(shù)為R2中的值R2=0？R3=0？R2=R2+R3R3=0YYYYNNNN時間調(diào)整流程圖：調(diào)整時間用三個調(diào)整按鈕，一個作為移位、控制用，一

24、個作為加用，一個作為退出調(diào)整和鬧鈴開關(guān)用。分別定義為控制按鈕、加按鈕、退出按鈕。在調(diào)整時間過程中，要調(diào)整的位與別的位應(yīng)該有區(qū)別，所以增加了閃爍功能，即調(diào)整的位一直在閃爍，直到調(diào)整下一位。閃爍原理就是，讓要調(diào)整的一位每隔一定的時間熄滅一次，例如間隔時間為50ms。利用定時器計時，當(dāng)達到50ms溢出時，就送給該位熄滅符，在下一次溢出時，再送正常顯示的值，不斷交替，直到調(diào)整該位結(jié)束。此時送正常顯示值給該位，再進入下一位調(diào)整閃爍程序。時間調(diào)整程序流程圖如下圖所示：四 總原理圖五 硬件調(diào)試結(jié)果與調(diào)試步驟萬年歷硬件圖：調(diào)試步驟與顯示：（1）VCC接電源，GND接地，萬年歷顯示圖如下：（2）時鐘調(diào)節(jié) “M” 按鍵接P27，“+”按鍵接P26，“-”按鍵接P25，“M”按1下 秒鐘調(diào)節(jié)：“M”按2下 分鐘調(diào)節(jié)：“M”按3下 時鐘調(diào)節(jié)：“M”按4下 日期調(diào)節(jié)：“M”按5下 月份調(diào)節(jié)：“M”按6下 年份調(diào)節(jié)：“M”按7下 萬年歷恢復(fù)跳轉(zhuǎn)六 課程設(shè)計總結(jié)與體會制作這次課程設(shè)計一切都是從零開始，從最簡單的畫流程圖起步，這次課程設(shè)計可以圓滿完成，跟單片機課程里面的課外作業(yè)是離不開的。這次課程設(shè)計從開始到制作成功前后超過了一個星期。當(dāng)電子萬年歷可