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基于51单片机电子万年历论文.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.58M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    摘 要： 51 单片机电子万年历论文 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。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 3~5V 电压供电。 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。在编写程序过程中发现 以现有的相关知识要独自完成编写任务困难重重，在老师和同学的帮助下才完成 了程序部分的编写。 万年历的设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件部分主要由 AT89C52 单片机，LED 显示电路，以及调时按键电路等组成。在单片机的选择上本人使用 了 AT89C52 单片机，该单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。显示器使用 2 片 7SEG-MPX8-CA 和一片 7SEG-MPX4-CA。7SEG-MPX8-CA 是一种八个共阳二极管显 示器，7SEG-MPX4-CA 是一种四个共阳二极管显示器。为了能更轻松的控制这三 片显示器，本人使用了 3 片 74HC164 来驱动。74HC164 是 8 位边沿触发式移位 寄存器，串行输入数据，然后并行输出。软件方面主要包括日历程序、时间调整 程序，公历转阴历程序，显示程序等。程序采用汇编语言编写，以便更简单地实 现调整时间及阴历显示功能。所有程序编写完成后，在 wave 软件中进行调试， 确定没有问题后，在 Proteus 软件中嵌入单片机内进行仿真。最后总在老师同学 的帮助以及自己的努力下完成了此次电子万年历的设计。 关键词： 时钟电钟；DS1302；DS18B20；动态扫描；单片机 Abstract E-calendar day time is a very wide range of tools, increasingly popular in modern society. It can be year, month, day, Sunday, hours, minutes, seconds for time, but also has a leap year compensation to a variety of functions, and the DS1302's long life, small error. For the digital electronic calendar using an intuitive digital display can simultaneously display year, month, day, Sunday, hours, minutes, seconds, and temperature and other information, but also a time-calibration and other
    functions. The circuit uses AT89S52 microcontroller as the core, power consumption, low-voltage work in 3V, the voltage can choose 3 ~ 5V voltage supply. The design is based on 51 series of microcontrollers to the design of electronic calendar, you can display date information on when the minutes and seconds, and weeks, with adjustable date and time functions. At the same time in the design of the theoretical basis of the MCU and peripheral expansion of knowledge of the more comprehensive preparation. The hardware and software design, there is no good basic knowledge and practical experience will be greatly limited, each feature is required to achieve the kind of hardware, procedures, how to write, how to implement such algorithms, there is no certain foundation can not be good implementation. Found during the preparation process to the existing knowledge to complete the preparation of the task alone difficult, In the help of teachers and students to complete the program part of the preparation. Calendar of the design process in hardware and software to synchronize the design. Hardware mainly by the AT89C52 microcontroller, LED display circuit, and the tune composed of the circuit when the button. In the SCM choice I used the AT89C52 microcontroller, which is suitable for many of the more complex control applications. Monitor the use of two 7SEG-MPX8-CA and a 7SEG-MPX4-CA. 7SEG-MPX8-CA is a total of eight-yang diode display, 7SEG-MPX4-CA is a total of four-yang diode display. In order to more easily control the three monitors, I use three 74HC164 to drive. 74HC164 is an 8-bit edge-triggered shift register, serial input data, and parallel output. The software includes calendar program, time to adjust procedures, turn the lunar calendar programs, display programs. Programs written in assembly language used in order to more easily adjust the time and the realization of the lunar calendar display. All programming is complete, the wave software debugging, make sure that no problems, in the Proteus software within a microcontroller embedded in the simulation. The final overall the teacher to help students, as well as their own efforts to complete the design of the electronic calendar. Keywords: Clock electric clock:DS1302；DS18B20:Dynamic scan:scm 2
    ~~~~~~目录~~~~~~ 一、设计要求与方案论证 ………………………………………………………………………4 1.1 设计要求 ……………………………………………………………………………………4 1.2 系统基本方案选择和论证 …………………………………………………………………4 1.2.1 单片机芯片的选择方案和论证 …………………………………………………………4 1.2.2 显示模块选择方案和论证 ………………………………………………………………4 1.2.3 时钟芯片的选择方案和论证 ……………………………………………………………4 1.2.4 温度传感器的选择方案与论证 …………………………………………………………5 二.系统的硬件设计与实现………………………………………………………………………5 2.1 电路设计框图 ………………………………………………………………………………5 2.2 系统硬件概述 ………………………………………………………………………………5 2.3 主要单元电路的设计 ………………………………………………………………………6 2.3.1 单片机主控制模块的设计 ………………………………………………………………6 2.3.2 时钟电路模块的设计 ……………………………………………………………………6 2.3.3 温度采集模块设计 ………………………………………………………………………7 2.3.4 电路原理及说明 …………………………………………………………………………7 2.3.5 显示模块的设计 …………………………………………………………………………8 三、系统的软件设计 ……………………………………………………………………………9 3.1 程序流程框图 ………………………………………………………………………………9 3.2 子程序的设计 ………………………………………………………………………………9 3.2.1 DS18B20 温度子程序 ……………………………………………………………………9 3.2.2 读、写 DS1302 子程序 …………………………………………………………………10 四. 指标测………………………………………………………………………………………11 4.1 测试仪器……………………………………………………………………………………11 4.2 硬件测试……………………………………………………………………………………11 4.3 软件测试……………………………………………………………………………………11 4.４测试结果分析与结论………………………………………………………………………12 4.4.1 测试结果分析……………………………………………………………………………12 4.4.2 测试结论…………………………………………………………………………………12 五、作品总结……………………………………………………………………………………12 六、致谢词………………………………………………………………………………………12 参考文献…………………………………………………………………………………………13 附录一：系统电路图……………………………………………………………………………14 附录二：系统程序清单…………………………………………………………………………15 附录三：系统使用说明书………………………………………………………………………40 3
    一、设计要求与方案论证 1.1 设计要求： （１）基本要求 ① 具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能； ② 时间与阴、阳历能够自动关联； ③ 具有温度计功能； ④ 具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能； ( 2 ) 创新要求 ① 具有上、下课响铃功能； ② 具有防御报警功能； 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 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。 方案二: 采用 AT89S52,片内 ROM 全都采用 Flas h 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 ROM 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. 1.2.2 显示模块选择方案和论证： 方案一： 采用 LED 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,但是价格昂贵,需要的接口线多,所以在此设计中不采用 LED 液晶显示屏. 方案二： 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示. 方案三： 采用 LED 数码管动态扫描,LED 数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫 描法与单片机连接时,占用的单片机口线少。 所以采用了 LED 数码管作为显示。 1.2.3 时钟芯片的选择方案和论证： 方案一： 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。 4
    方案二： 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 做为数据暂存 区，工作电压 2.5V～5.5V 范围内，2.5V 时耗电小于 300nA. 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、测量范围广等优点。 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 AT89S52 作为主控制系统; DS1302 提供 时钟;数字式温度传感器;LED 数码管动态扫描作为显示。 二.系统的硬件设计与实现 2.1 电路设计框图 LED 数码管动态 扫描显示模块 DS1302 时钟模块 2.2 系统硬件概述 AT89S52 主控制模 块 键盘模块 温度采集模块 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 2.5V～5.5V。 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； 温度的采集由 DS18B20 构成；显示部份由２１个数码管，74ls138、74ls47 译码器构成。使 用动态扫描显示方式对数字的显示。 5
    2.3 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 P 0,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,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-1 所示 图-1 主控制系统 2.3.2 时钟电路模块的设计 图-2 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+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 RSTS 置为低电平，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 2.5V 之前，RST 必须保持低电平。中有在 SCLK 为低电平时，才能将 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。 6
    图-2 DS1302 的引脚图 2.3.3 温度采集模块设计 如图-3 所示。采用数字式温度传感器 DS18B20，它是数字式温度传感器，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Ｐ0.7 与 DS18B20 的 I/O 口连接加一个上拉电阻,Vcc 接电源,Vss 接地。 图-3 DS18B20 温度采集 2.3.4 电路原理及说明 (1) 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 SCLK 脉冲；读/写时序如下图 4 所示。图 5 为 DS1302 的控制字，此控 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 /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。控制字节总是从最低位 开始输入/输出的。表 6 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。 7
    (2) 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 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 RAM RD 1 A4 A3 A2 A1 A0 / CK /WR 表-1 DS1302 的控制字格式 (3) 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 0 位到高位 7。如下图-4 所示 图-4 DS1302 读/写时序图 (4) 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,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 8
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