基于AT89C51单片机的多功能电子万年历的设计.doc

基于AT89C51单片机的多功能电子万年历的设计.doc

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青岛科技大学本科毕业设计（论文）

1.前言

1.1课题研究背景

伴随着科技的快速发展，时间的流逝,从观察太阳、摆钟到现在电子钟，人类不断的研究，不断的创新纪录。

随着人们的生活水平的提高和生活节奏加快，对时间的要求也越来越高，精准数字计时的消费需求也就越来越多。

二十一世纪的今天，最具有代表性的计时产品就是电子数字万年历，它是近代世界钟表业界的第三次革命。

第一次是摆和摆轮游丝的发明，相对较稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小至秒级，代表性的产品是带有摆或摆轮游丝的机械钟或者表。

第二次革命则是石英晶体振荡器的应用，发明了走时精度更高的石英电子钟表，也使钟表的走时月差从分级缩小到秒级。

第三次革命就是单片机数码计时技术的应用（电子数字万年历），使计时产品的走时日差从分级缩小至1/600万秒，从原有的传统指针计时的方式发展成为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式，直观明了，并且增加了全自动日期、星期、温度以及其他日常附属带来了钟表计时业界跨跃性的进步。

国产的电子万年历有很多种，总体上来说以研究多功能电子数字万年历为主，使万年历除了原有的显示时间，日期等基本功能之外，还具有闹铃，报警等功能。

商家生产的电子数字万年历更从质量，价格，实用上考虑，不断的改进电子万年历的设计，使其更加的具有市场。

本设计为软硬件相结合的一组设计。

在软件设计过程中，应对硬件部分有相关了解，有助于对设计题目的更深了解和软件设计。

要了解一些主要器件的基本功能和作用。

除了采用集成化的时钟芯片之外，利用AT89系列单片机制成万年历电路，采用软硬件结合的方法，分别用来显示年、月、日、时、分、秒，其最大特点是:

硬件电路简单，安装方便易于实现，软件设计独特,可靠。

AT89C51单片机是由ATMEL公司推出的一种小型单片机。

95年出现在中国市场。

主要特点为采用了Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软硬件与MCS-51完全兼容，可以很快被中国广大用户接受。

1.2课题研究目的与意义

二十一世纪是数字化技术高速发展的时期，同时单片机在数字化高速发展的时期扮演着非常重要的地位。

电子数字万年历的开发研究在信息化时代的今天也是当务之急，因为其应用在学校、机关、企业、部队等等单位礼堂、训练场地、教学室、公共场地等多种场合，可以说几乎遍及了人们生活的每一个角落。

所以说电子数字万年历的开发是满足国家之所需，社会之所需，人民之所需。

随着电子技术发展，人类的不断研究，不断的创新纪录。

万年历目前已经不再局限于以书本的形式出现。

以电脑软件或者电子产品形式出现的万年历被称为电子数字万年历。

与传统书本式的万年历相比，电子数字万年历得到了越来越广泛的应用，采用电子时钟作为时间显示已经成为时尚。

目前市场上各式各样的电子时钟早已数不胜数，但大多数是只针对时间显示，功能单一不能满足人们日常生活需求。

本文提出了一种基于AT89C51单片机的万年历设计的方案，本方案以AT89C51单片机作为主控核心，与时钟芯片DS1302、LED显示等模块组成硬件系统。

能显示丰富的信息，此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等多项优点，符合电子仪器仪表的未来发展趋势，具有广阔的市场前景。

随着社会对信息交换不断提高的要求和高新技术的逐步发展，促使电子数字万年历的发展并且投入市场可以得到非常广泛应用。

1.3课题解决的主要内容

本课题所研究的电子数字万年历是单片机控制技术的一个具体的应用，主要研究内容包括以下几个方面：

（1）选用电子数字万年历芯片时，重点应考虑功能实在、使用方便、单片存储、低功耗、抗断电的元器件。

（2）根据选用的电子数字万年历芯片设计外围电路和单片机的接口电路。

（3）在硬件设计时，设计结构要尽量简单实用、易于实现，使系统电路尽量简单明了。

（4）根据硬件电路图，在开发板上完成元器件的焊接。

（5）根据设计的硬件电路，编写控制AT89C51的单片机程序。

（6）通过编程、编译、调试，把编写的程序下载到单片机上进行运行，并实现本设计的功能。

（7）在硬件电路和软件程序设计时，主要考虑放在提高人机界面的友好性，方便用户操作等多种因素。

（8）软件设计时必须要拥有完善的思路，做到程序简单，调试方便。

2.系统的整体设计

单片机电子数字万年历的制作有多种方法，可供选择的元器件和运用的技术也有很多种。

所以，系统总体设计方案应在满足系统功能前提下，充分的考虑系统的使用环境，所选的结构要方便使用、易于实现，元器件的选用着重于合适的参数、稳定的性能、较低的功耗以及低廉的成本等多种因素。

2.1系统方案的构想与确定

系统的功能通常决定了系统采用的结构，经过成本，性能，功耗等多方面考虑决定用三个8位74LS164串行接口外接LED显示器，RESPACK-8对AT89C51单片机进行供电，时间芯片DS1302连接AT89C51单片机。

从而实现电子数字万年历的功能。

2.2器件的选用

单片机：

AT89C51

电容：

RESPACK-8

三个8位74LS164串行接口

传感器DS1302

2.2.1单片机的选择

单片机自70年代问世以来都以微处理器（MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，通过广泛的应用领域拉动得到了蓬勃发展，单片机功能也日渐完善。

由于单片机的应用，使许多领域的技术水平和自动化程度都大大提高，可以不夸张的说当今世界正在经受着一场以单片机技术为标志的新技术革命浪潮冲击。

主要的单片机类型如下：

（1）MCS-51系列单片机

MCS-51系列单片机主要指Intel公司生产的以51位内核的单片机芯片，具有8位CPU、4K字节的ROM、128字节的RAM、同时可扩展外部64K字节RAM和ROM、两个16位的定时器、四个8位并行I/O口、一个全双工串行I/O口、21字节专用寄存器、五个中断源、片内自带振荡器、片内单总线等功能部件。

（2）AT89C51单片机

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能的CMOS8位微处理器，俗称为单片机。

AT89C2051单片机是一种带2K字节闪存，可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用了ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，和工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在了单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，而AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性较高且价廉的方案。

外形及引脚的排列如图2-1所示

图2-1AT89C单片机外形及引脚排列

Figure2-1AT89Cchipshapeandalignmentpins

AT89C51单片机主要的特性如下：

l和MCS-51产品指令系统完全兼容

l4K字节在线编程Flash存储器，1000次擦写周期

l工作电压范围4.0～5.5V

l全静态工作模式：

0～33MHz

l三级程序存储器锁

l内部RAM128×8字节

l三十二个可编程I/O口线

l两个16位定时/计数器

l六个中断源

l全双工串行UART通道

l低功耗空闲和掉电模式

l中断可从空闲模式唤醒系统

l看门狗（WDT）和双数据指针

l掉电标识和快速编程的特性

l具有掉电状态下中断恢复功能

l灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）

因为AT89C51单片机片内有4K字节的在线编程Flash存储器，而且可以擦写1000次，具有掉电模式，而且具有掉电状态下中断恢复功能，对设计开发非常实用。

所以选用AT89C51单片机作为电子数字万年历芯片的控制单片机。

3.软件无线电及其组成

根据上述所确定的系统方案构想，下面开始进行系统硬件电路的具体设计，系统总体结构框图如下图所示。

3.1软件无线电的概念

3.1.1系统硬件框图

系统硬件框图如图3-1

时钟芯片DS1302

串口

AT89C51

P2口

LED显示器

驱动电路

图3-1系统硬件框图

Figure3-1blockdiagramofsystemhardware

3.1.2AT89C51单片机结构

本系统采用的是ATMEL公司生产的AT89C51单片机，首先我们来熟悉一下AT89C51单片机的外部引脚与内部结构。

1．单片机的引脚功能：

lAT89C51单片机共有40个引脚。

lVcc：

电源电压+5V

lGND：

接地

lP0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，即地址/数据总线复用口。

作为输出口时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可以作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）与数据总线服用，在访问期间激活内部上拉电阻。

Flash编程时，P0口接收指令字节，但在程序校验时，输出指令字节，校验时要求外接上拉电阻。

P1口：

P1口是一个带内部上拉电阻的八位双向I/O，P1的输出缓冲级可以驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉至高电平，这时可作输入口。

作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，当某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

Flash编程和程序校验时，P1接收低8位地址。

P2口：

P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O，P2的输出缓冲级可以驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉至高电平，此时可以作输入口。

作为输入口使用时，因为内部存在有上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

在访问外部程序存储器或者16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

访问8位地址的外部数据存储器（MOVX@Ri指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。

Flash编程和程序校验时，P2亦接收低高位地址和其他控制信号。

P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O，P3的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部的上拉电阻拉高并可以作为输入端口。

作为输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。

P3口除了作为一般的I/O口线外，它的第二功能作为其更重要的用途，见表3-1所示：

P3口同时还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

表3-1P3口的第二功能图

Table3-1P3portsecondfunctiondiagram

端口引脚

第二功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

INT0（外中断0）

P3.3

INT1（外中断1）

P3.4

T0（定时/计时器0外部输入）

P3.5

T1（定时/计时器1外部输入）

P3.6

WR（外部数据存储器写选通）

P3.7

RD（外部数据存储器读选通）

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。

WDT溢出将使引脚输出高电平，设置SFRAUXR的DISRT0（地址8EH）可打开或关闭此功能。

DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。

ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存器允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

即使不访问外部存储器，ALE仍然以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可以对外输出时钟或用于定时目的。

要注意