基于单片机的万年日历系统.docx

基于单片机的万年日历系统.docx

《基于单片机的万年日历系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的万年日历系统.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的万年日历系统

XXXXXXX学院

本科生毕业论文（设计）

题　　目：

基于单片机的万年日历系统

专业代码：

XXXXXXX

作者姓名：

XXXXXXX

学　　号：

XXXXXXXX

单　　位：

XXXXXXXXX学院

指导教师：

XXXX

XXXXX年XX月ＸＸ日

原创性声明

　　本人郑重声明：

所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。

对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人承担本声明的相应责任。

学位论文作者签名：

　　　　　　　日期　　　　　　　

指导教师签名：

　　　　　　日期　　　　　　　

目录

前言1

1.电子时钟的国内外研究现状1

2.设计要求和思路与方案论证2

2.1设计要求2

2.2设计思路2

2.3设计方案论证2

2.3.1显示模块的方案选择2

2.3.2时钟芯片的方案选择3

2.3.3键盘的方案选择3

2.3.4单片机的方案选择3

2.3.5温度传感器的方案选择4

2.3.6电路设计最终方案决定4

2.4设计流程和预期成果4

3.系统的硬件设计与实现4

3.1系统设计框图5

3.2系统硬件概述5

3.3主要模块单元的设计6

3.3.1控制器STC89C52模块单元的设计6

3.3.2DS1302时间控制模块单元的设计8

3.3.3LCD1602液晶显示屏模块单元的设计9

3.3.4闹钟模块单元的设计10

3.3.5键盘模块单元的设计10

3.3.6温度传感器的介绍及设计10

4.系统软件设计12

4.1程序设计语言12

4.2系统程序介绍12

4.2.1日期时间调整部分13

4.2.2附加功能部分（闹钟功能）14

5.系统调试和效果14

5.1系统的软件调试及其效果14

5.2系统的硬件调试及其效果14

5.2.1LCD的显示功能的调试及其效果15

5.2.2时间调节功能的调试及其效果15

5.2.3闹钟功能的调试及其效果15

5.2.4按键的调试16

6.总结16

参考文献17

致谢18

摘要

电子时钟日历是一种使用广泛的计时小工具，它可以对时间信息进行计时并显示。

此外还具有闰年补偿等功能。

随着经济的发展，生活质量不断的提高，它也渐渐成为人们身边不可缺少的物品。

本设计用STC89C52单片机作为系统控制的核心。

选择时钟日历芯片DS1302作为时钟芯片，来提供年月日等时间信息。

通过4个按键来实现对日期时间等信息的调节、秒表的转换以及对闹钟的定时的功能。

当系统时间走到闹钟的定时时间的时候，蜂鸣器会自动发出警示的声音。

电子万年历的设计过程应该是软件设计与硬件设计同时进行，最后在进行实物与程序的制作与联合调试。

程序采用C语言编写，以便更简单便利地实现各项设计的功能。

本电子时钟日历具有显示直观、功能丰富、电路简单以及性价比高等优点。

关键词：

单片机；电子时钟；DS1302；LCD1602

Abstract

Electronicperpetualcalendarisakindofwidelyuseddailytimingtool.Itcantiminganddisplayontimeinformation.Inadditionalsohastheleapyearcompensation,andotherfunctions.Withthedevelopmentofworldeconomy,people'slifequalityrequirementsareconstantlyimprove.Sothedigitalelectronicclockalsograduallybecomepeopleindispensableitemsinourdailylife.ThisdesignbasedontheSTC89C52asthecontrolcore.Through4keyboardtoadjustthetimeaswellasthetimingalarmclock,conversionfunction.Whenthetimingalarmclocktimewhenusingthebuzzeralarmautomatically.Electroniccalendarusingintuitivefiguresshowcontent.ItdisplaydateontheLCD1602，monthandyear,usingthebuzzeralarmclocktiming,timealignmentandstopwatchfunction.Thedesignprocessofhardwareandsoftwareshouldbeatthesametime,thelastinthephysicalproductionanddebugging.HardwaredesignpartismainlycomposedofSCMofSTC89C52,LCD1602displaycircuit,DS1302clockcircuitand4keyscircuit,etc.Softwaredesignmainlyincludestheclockdisplayprogram,timetoadjust,thealarmclockprogramandastopwatchprogram,etc.ProceduresarewrittenusingClanguage,inordertomoreeasilyachievevariousfunctions.ThisElectronicclockcalendarhasreadconvenient,directdisplay,functionaldiversity,simplecircuitandlowcostadvantages.

KeyWords:

SCM；Electronicclock；DS1302；LCD1602

基于单片机的万年日历系统

前言

自20世纪末至今各种电子技术得到了飞速的发展。

在其推动下，现代电子产品几乎应用于社会的各个领域；使现代电子产品性能进一步提升。

但这也使得产品的更新替代的节奏也越来越快。

就目前来看，数电技术也是现在发展较快快的学科，它的设计过程和方法也在不断的发展和改进。

同时由于半导体技术的迅速发展和微机的大量应用，导致了数电技术在科技领域里占有一席之地，而其应用也更加地广泛。

它也成为近代科技发展的一个重要里程碑。

时钟已成为人们日常生活中必不可少的物品，它被广泛地应用于私人场合和公共场地，给人们的社交、劳动等活动带来很大的便利。

随着社会的发展，人们已不再满足于钟表原前的简单的计时功能，而是盼望研发出一些新的功能诸如日历的显示、闹钟或秒表等功能。

而所有这些创新都是以数字化的电子时钟为基础的。

到现在，多功能数字电子时钟再各方面都发生了很大的变化。

同时单片机在多功能数字电子时钟中的应用已是非常的普遍。

数字集成电路的发展和晶振的使用，也使其精度大大超过老式时钟。

因此研究基于单片机的电子时钟及其扩展应用有一定的现实意义。

1.电子时钟的国内外研究现状

基于单片机系统的世界是多姿多彩。

电子时钟设计方式多种多样，可以用中小规模集成电路构成电子时钟；可以利用时钟芯片配上显示电路和外围电路来构成电子时钟；还可以用单片机编程来实现电子时钟。

在上述方法中，单片机电子时钟据有很多优点：

结构简单、编程灵活、便于功能扩展等。

各个国家的电子厂商都在做关于基于单片机的时钟系统的研究。

单片机方面从8位、16位到32位，应有尽有。

有与主流的C51系列兼容的，也有不兼容的。

但它们各有特色，相互补充，为电子钟发展与应用提供广阔的天地。

其中的SMD（表面封装）愈受吹捧，致使单片机系统正向着小型化发展。

从国内生产和研发的时间控制器来看，相比其他国家总体水平还是不高，但是还是处于高速发展状态。

随着经济发展以及加入WTO后的各种情况，我国政府及企业对电子计时非常重视，对相关企业资源进行改革重组，相继建立了一些国家、企业研发中心，开创新型计时研究，使我国在电子计时方面与世界接轨。

在日常生活和自动控制系统中，我们常常会遇到对时间进行实时监控的要求。

这就提供了巨大的市场给具有多功能的电子时钟。

因此，研究电子时钟及其扩展功能有实际的意义。

2.设计要求和思路与方案论证

2.1设计要求

（1）具有年、日、月、星期、时、分功能及对其的校准功能。

（2）具有以蜂鸣器为输出的闹钟定时功能。

2.2设计思路

硬件电路应包括输出显示模块、时钟控制模块、温度模块、按键模块、单片机主控模块和闹钟模块。

软件部分主要用编程对芯片进行数据读/写操作，然后通过液显程序将时间信息显示出来，通过按键操作实现个功能的实现和转换。

设计时应结合软、硬件联合设计，以求达到控制要求的效果和功能。

2.3设计方案论证

2.3.1显示模块的方案选择

方案一点阵显示。

它是由八行八列的LED管集成在电路上的。

主要用途是显示汉字，也可以显示数字和少量图像。

但是其焊接麻烦，成本较高，并且它不符合设计要求。

方案二LED数码管静态显示。

其电路容易理解，驱动程序简单。

但是需要多片七段译码器来驱动，这不仅是成本增加、程序编写难度的提高，还多增占用了单片机的几个I/O口，也令实物的焊接带来困难。

方案三采用LED数码管动态扫描显示。

这个方案虽然减少了I/O口的占用，但是驱动程序不容易理解和编写。

方案四采用LCD1602液晶显示器。

其作为显示设具有以下特点：

（1）显示质量高。

由于液显的每个点在收到信号后，无需刷新。

这样就使其显示比较稳定。

（2）数字式接口。

它是数字式的，与单片机连接方便可靠。

（3）体积小，重量轻。

其原理是以控制屏内液晶分子的状态方式来控制显示内容的。

（4）功耗低。

其主要功耗在其内部，而不是在电极和驱动上，因而耗电量少得多。

综上所述，本系统选取了LCD1602液晶显示器。

这种方案不仅简化了系统的硬件设计,而且极大地提高了系统的可靠性。

2.3.2时钟芯片的方案选择

方案一直接采用单片机定时计数器提供时间信号。

它令系统实现时间计数的功能。

此方案虽然减少了芯片的使用数量，节省了制作成本。

但是这会使系统出现较大误差。

方案二DS1302时钟芯片。

它可以对时间信息进行自动计数以及闰年补偿，而且精度也较高。

其内部有时钟/日历寄存器、数据暂存寄存器和高速数据暂存的31*8位RAM。

数据通信仅仅通过一条串行输入输出口，实时提供对年月日时分秒进行计数。

它仅仅只需要使用三根数据线：

I/O线（复位（RST）、I/O数据线和串行时钟（SCLK））。

更重要的是，它可以用后备电源计时，主电源掉电后不需要重新调整。

还可由其他电源对后备电源进行充电，来确保后备电源不自耗。

所以本系统采用方案2——DS1302时钟芯片来向系统提供时钟信号。

2.3.3键盘的方案选择

使用按键对时间/日期进行切换和校准。

这里有两种按键方案：

1、使用独立键盘。

它是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。

2、使用4*4矩阵键盘。

它是由行、列线构成，按键位于行与列的交叉点上。

行线、列线连到按键开关两端。

其特点是简单且不增加成本，适合按键数较多的场合。

比较两种方案，因本系统的设计，系统内需要的按键不多，要求简单，所以采用方案一。

2.3.4单片机的方案选择

方案一采用8031芯片。

其内部没有ROM，需要加外扩程序存储器，会造成电路焊接的困难，这都会造成设计成本增加。

方案二采用STC89C52作为系统的硬件核心。

它采用8KBROM的FlashROM、512字节的内部RAM。

控制模式是电源控制，能在3V的超低压的情况下工作。

可用软件编程实现各种控制和功能。

功耗低、体积小和性价比高等优点。

2.3.5温度传感器的方案选择

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。

2.3.6电路设计最终方案决定

综上所述，此次作品方案选定：

采用主控芯片使用51系列STC89C52，时钟芯片采用DS1302，LCD1602液晶显示器作为显示设备，使用4个按键对时间进行调节以及闹钟的转换，组成一个完整的万年历系统。

2.4设计流程和预期成果

本系统设计的主要流程如下：

首先参阅大量书籍文献和设计实例，分析总结进行方案的设计及确定。

在检查无误的情况下，购买所需要的元器件。

在万用板上焊接各元器件，同时结合程序进行调试、修改并完善程序。

本系统设计的预期成果：

（1）显示日历信息并可有通过4个按键调整。

（2）闹钟定时报警功能；

（3）电池掉电后，重新上电后需要校正时钟。

3.系统的硬件设计与实现

3.1系统设计框图

按照系统设计的要求，初步确定系统由STC89C52单片机主控模块、DS1302时间控制模块、LCD1602显示模块、报警模块、温度模块和键盘模块共6个模块组成。

设计框图如图1所示：

DS1302时间控制模块

LCD1602显示模块

STC89C52主控模块

按键模块

温度模块

报警模块

图1系统构成框图

3.2系统硬件概述

本设计所需要的器件包括一块STC89C52为控制核心，一块DS1302提供时钟电路，一块LCD1602作物显示输出。

还有32.768KHZ晶体振荡器1个，2MHZ晶体振荡器1个，22pF电容2个，10KΩ电阻4个，10KΩ可调电阻1个，按键4个，蜂鸣器1个，1KΩ电阻1个，三极管1个，导线若干。

图2单片机引脚图

3.3主要模块单元的设计

3.3.1控制器STC89C52模块单元的设计

1.本设计使用单片机STC89C52作为系统的控制核心。

可以用它实现对系统的软件控制。

STC89C52的引脚说明：

电源及时钟引脚：

VCC：

接+5V电源；VSS：

接地；XTAL1和XTAL2：

时钟引脚，外接晶体引线端。

当使用芯片内部时钟时，此两引脚端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

控制引脚：

RST/VPT：

RST是复位信号输入端，VPT是备用电源输入端。

当RST输入端保持2个机器周期以上高电平时，单片机完成复位初始化操作。

当主电源VCC发生故障而突然下降到一定低电压或断电时，第2功能VPT将为片内RAM提供电源以保护片内RAM中的信息不丢失。

ALE/PROG：

地址锁存允许信号输出端。

在存取外存储器时，用于锁存低8位地址信号。

当单片机正常工作后，ALE端就会周期性地以时钟振荡频率的1/6固定频率向外输出正脉冲信号。

此引脚的第2功能PROG是对片内带有4K字节EPROM的8751固化程序时，作为编程脉冲输入端。

PSEN：

程序存储允许输出端。

是片外程序存储器的读选通信号，低电平有效。

CPU从外部程序存储器取指令时，PSEN信号会自动产生负脉冲，作为外部程序存储器的选通信号。

EA/VPP：

程序存储器地址允许输入端。

当EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC中的值超过0FFFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令；当EA为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。

对8031单片机，EA必须接低电平。

在8751中，当对片内EPROM编程时，该端接21V的编程电压。

I/O口引脚：

P0.0～P0.7：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

P1.0～P1.7：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动4个TTL逻辑电平。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

P2.0～P2.7:

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动4个TTL逻辑电平。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。

在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3.0～P3.7：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动4个TTL逻辑电平。

P3口亦作为STC89C52特殊功能（第二功能）使用。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

用单片机STC89C52做控制核心完全可以到达系统的控制要求。

2.复位电路其功能是：

系统上电时提供复位信号，等到电源情况稳定再撤销。

其中，电源接入后还要延时才撤销复位信号以防出现抖动而影响复位。

STC89C52的复位信号从RST口输入。

系统正常工作时，RST引脚应保持低电平。

刚开机时电源对电容充电，使复位端保持一会儿低电平状态。

然后电平逐渐被拉高，实现上电复位。

电路如图3，复位电路保证了在系统上电到稳定之间的电路安全。

图3复位电路

3.晶振电路的设计

由于本设计功能需要系统计时来完成，所以要使用始终震荡信号。

而单片机CPU的时钟震荡信号有两个来源：

一个是其内部的振荡器，这是需要在TAX1和TAX2引脚连接一只频率为0-33MHz的晶体振荡器或陶瓷振荡器和两个30pF的电容，利用单片机其内部自身的振荡器来完成定时功能，从而实现时钟的计时。

另一个是采用外部震荡，该将外部震荡器的输出信号连至TAX1引脚，而TAX2引脚浮空。

本次采用的是第一种方法来给系统提供震荡信号

图4晶振电路

3.3.2DS1302时间控制模块单元的设计

时钟电路系统是单片机的心脏。

在设计中，它提供节拍工作信号。

本设计选用的是DALLAS公司生产的DS1302。

它有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关。

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。

它可对小于31天月的月末的日期进行自动调整。

还可以修正闰年。

时钟的运行采用24小时格式。

图5DS1302引脚图

图5示出DS1302的引脚排列，其中Vcc1为后备电源（纽扣电池），VCC2接电池组（4节5号电池组）。

由于DS1302是有VCC1和VCC2两者中电压较大的一个供电，所以一般情况下，VCC2（电池组）为主电源；当主电源关闭时，由VCC1（纽扣电池）供电，来保证时钟的连续运行。

震荡源X1、X2之间是个32.768KHz的晶体振荡器。

RST口的输入有两种功能。

一是连接控制逻辑的功能。

容许地址/命令序列送入移位寄存器。

二是提供终止字节数据传送的手段。

I/O为双向串行数据输入输出端。

SCLK是输入端。

在任何数据传送时，DS1302必须先初始化。

DS1302的晶振选用32768Hz。

图6时钟控制控制模块图

3.3.3LCD1602液晶显示屏模块单元的设计

为了显示输出结果，设计了本模块单元。

模块中LCD1602的现实容量为16*2个字符，字符尺寸是2.95*4.35mm。

它在4.5～5.5V的电压和2.0mA的电流下工作。

图7LCD1602引脚图

引脚分布如图7所示，各引脚功能如下，

第1引脚：

VSS电源地。

第2引脚：

VCC接5V电源。

第3引脚：

V0液显的对比度调整端。

接电源时最弱，接地时最高。

第4引脚：

RS寄存器选择，高电平时数据寄存器、低电平时指令寄存器。

第5引脚：

RW读写信号，高电平读操作，低电平写操作。

第6引脚：

E使能端,高电平读信息，负跳变时执行指令。

第7～14引脚：

D0～D78位双向数据端。

第15、16引脚：

背灯电源。

15引脚接背光正极，16引脚接背光负极。

基本操作时序：

（1）读状态：

输入：

RS=L，RW=H,E=H；输出：

D0～D7=状态字；

（2）写指令：

输入：

RS=L,RW=L,D0～D7=指令码,E=高脉冲；输出：

无；

（3）读数据：

输入:

RS=H,RW=H,E=H；输出：

D0～D7=数据；

（4）写数据：

输入：

RS=H,RW=L,D0～D7=数据,E=高脉冲；输出：

无。

经过设计和软件编程，LCD1602完全可以达到系统设计的显示要求。

3.3.4闹钟模块单元的设计

为了使闹钟模块有输出并且减少制作成本和制作时间，本设计在单片机的P2.0引脚接了一个蜂鸣器，令其作为闹钟定时的报警输出装置。

当闹钟定时的时间到达之后，P2.0引脚输出高电平蜂鸣器发出声音警报。

3.3.5键盘模块单元的设计

为了修改时间、设置闹钟，就要增加键盘功能。

本设计使用的是独立键盘。

选取四个按键S0S1S2S3,分别连接P0.0P0.1P0.2P0.3我们可以把按键设这如下的功能：

对于按键S0，当按下S0以后系统进入时间调整模式。

通过控制按键S1的按下的次数来选择要纠正的时间位。

S0的作用是在S1选择好了待纠正的时间位以后来进行加操作，S2每次按一下数值加一，且对于秒和分每当数字到59后便自动归零；对于S2是在S0选择好了时间位以后来完成减操作，毎按一下数值减一。

对于按键S3是退出键，当时间调整好以后，按一下S3系统推出时间调整模式，计时继续进行。

3.3.6温度传感器的介绍及设计

温度传感器DS18B20具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理。

DS18B20具有如下特点：

1、适应电压范围宽，电压范围在3.0到5.5伏特，在寄生电源方式下可由数据线供电。

2、独特的的单线接口方式，它在微处理器连接时候仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信。

3、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。

4、在使用中不需要任何外围元件。

5、温度范围-55度到125度，在-10度到85度时的精度为0.5.

6、可编程分辨率可以达到9到12位，这个分辨率很高了。

7、在9位分辨时，最后在93.75ms内把温度转换成数字；12位分辨率时，最多在750ms，内把温度数字转换成数字，显然速度更快。

8、测量结果直接