基于单片机的电子万年历带计算器.docx

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基于单片机的电子万年历带计算器

基于单片机的电子万年历带计算器

单片机课程设计题目:

基于单机的电子万年历带计算器

专业:

电气工程及其自动化

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第一章内容摘要

随着科技的快速发展，电子万年历是一种非常广泛日常计时工具，在现代社会越来越流行。

它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能。

本次设计选用DALLAS公司生产的日历时钟芯片DS1302来作为实时时钟芯片，为本系统提供详细的年、月、日和小时、分钟、秒等时间信息，而且DS1302的使用寿命长，误差小，功耗低等优点。

电子万年历采用直观数字显示，可以同时显示年、月、日、时、分、秒等信息，还具有定时和时间校准等功能。

该电路采用STC89C52RC单片机作为核心，功耗小，电压可选用3.3,5.5V电压供电。

本次设计在电子万年历的基础上加上了计算器，通过切换键来实现两个功能的互换。

计算器可以进行7位数的加、减、乘、除，但是最大有效显示结果为9位数。

本系统硬件部分由STC89C52RC单片机、DS1302时钟芯片、1602液晶显示器、4*4键盘等部分构成;拥有时间设置、时间显示、计算器、功能切换等功能。

具体实现功能如下:

（1）显示年、月、日、时、分、秒等信息

（2）具有可调整日期和时间功能

（3）与即时时间同步（不接外部电源）

（4）按切换键后可进行简单的四则运算

第二章关键词

时钟芯片DS1302;单片机STC89C52RC;液晶显示器LCD1602;晶振;万年历;计算器;4*4键盘

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第一章内容摘要......................................................................................................1第二章关键词..............................................................................................................1第三章引言..................................................................................................................3

3.1、概述..............................................................................................................3

3.2、设计任务及要求..........................................................................................3第四章设计内容........................................................................................................4

4.1、单片机的介绍...............................................................................................4

4.1.1、STC89C52单片机...........................................................................4

4.1.2、主要性能............................................................................................5

4.1.3、单片机的应用....................................................................................5

、单片机的应用原理............................................................................54.1.4

4.2、LCD1602的原理及其应用..........................................................................6

4.2.1、LCD1602的介绍...............................................................................6

4.2.2、LCD1602的引脚..............................................................................7

4.2.3、LCD1602的引脚说明.......................................................................8

、LCD1602主要技术参数...................................................................94.2.4

4.3、时钟芯片DS1302的工作原理...................................................................9

4.3.1、DS1302的简介.................................................................................9

、DS1302的结构...............................................................................104.3.2

4.3.3、DS1302的特点...............................................................................10

4.3.4、DS1302的引脚功能.......................................................................11

4.3.5、DS1302电路原理图:

......................................................................11

第五章整体设计........................................................................................................12

5.1、设计方法....................................................................................................12

5.2、硬件设计...................................................................................................12

5.3、系统框架图.................................................................................................12

5.4、电路设计原理图.........................................................................................13

5.5、各部分电路的说明.....................................................................................13

5.5.1、复位电路.........................................................................................13

5.5.2、矩阵键盘.........................................................................................13

5.5.3、LCD1602的显示电路....................................................................14

5.5.4、DS1302时钟电路...........................................................................14

5.6、元件清单.....................................................................................................14第六章测试结果及分析............................................................................................15

6.1、软件设计....................................................................................................15

6.2、软件仿真....................................................................................................15

6.3、硬件调试.....................................................................................................16第七章总结与体会...................................................................................................17第八章致谢..............................................................................................................18第九章参考文献......................................................................................................18第十章附加程序........................................................................................................19

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第三章引言

3.1、概述

众所周知单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

本设计要制作的就是单片机于生活中最为常见的几种应用——简易计算器和电子万年历。

本简易计算器和电子万年历以AT89S52单片机作为核心，可以显示简易的计算和时间，时间可以人为设定;另外还可以显示当前的日历，显示格式为年（四位），月（两位），日（两位）。

设置时间的位切换、设定数值、启动定时器、切换日历通过外部中断来实现。

简易计算器不仅可以进行简易的计算还可以显示时间。

简易计算器显示电路由LCD1602组成，制作该装置的材料需要有软硬件的支持，硬件方面STC89C52单片机，晶振，电源，液晶屏LCD1602，DS1302时钟芯片。

3.2、设计任务及要求

1、本课题设计的是简单的计算器和万年历，可以进行四则运算和显示时间，为了得到较好的显示效果，所以采用背光LCD1602显示数据和结果;2、计算器部分:

键盘包括数字键（0-9）、符号键（+、-、*、/、.）、清除键（ON/C）和等号键（=），故需要16个按键，设计中采用4*4矩阵键盘;3、时间显示的部分，有年、月、日、时、分、秒，时间显示和计算器控制键的分别设置，故需要一个功能切换的按键。

显示时间状态时，可以对当前的时间进行设置;

4、执行程序:

开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符（包过小数），计算器在内部执行数值转换和存储，并

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等待再次键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果;5、错误提示:

当单片机执行程序中有错误时，会在LCD上显示相应的提示，如:

当输入的数值或计算器得到的结果大于计算器的显示范围时，计算器会在LCD上提示溢出（显示-1）;当除数为0时，计算器会在LCD上提示错误，显示“0”。

第四章设计内容

4.1、单片机的介绍

4.1.1、STC89C52单片机

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业89C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

STC89C52具有以下标准功能:

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器，1个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

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4.1.2、主要性能

1、与MCS-51单片机产品兼容2、8K字节在系统可编程Flash存储器3、1000次擦写周期4、全静态操作:

0Hz,33Hz5、三级加密程序存储器6、32个可编程I/O口线

7、三个16位定时器/计数器8、八个中断源

9、全双工UART串行通道10、低功耗空闲和掉电模式

l1、掉电后中断可唤醒l2、看门狗定时器

l3、双数据指针l4、掉电标识符

4.1.3、单片机的应用

（1）在智能仪器仪表上的应用

（2）在工业控制中的应用（3）在家用电器中的应用（4）在计算机网络和通信领域中的应用（5）单片机在医用设备领域中的应用（6）在各种大型电器中的模块化应用（7）单片机在汽车设备领域中的应用

4.1.4、单片机的应用原理

STC89C52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,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4.1.4所示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1

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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。

图4.1.4如下:

单片机AT89S52的引脚图（图4.1.4）

4.2、LCD1602的原理及其应用

4.2.1、LCD1602的介绍

LCD1602已很普遍了，具体介绍我就不多说了，市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。

字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC（15脚）和地线GND（16脚），其控制原理与14脚的LCD完全一样。

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4.2.2、LCD1602的引脚

图4.2.2

1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说

明如下表4.2.3。

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4.2.3、LCD1602的引脚说明

表4.2.3

第1脚:

VSS为地电源。

第2脚:

VDD接5V正电源。

第3脚:

VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚:

RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚:

R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚:

E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7,14脚:

D0,D7为8位双向数据线。

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第15脚:

背光源正极。

第16脚:

背光源负极。

4.2.4、LCD1602主要技术参数

显示容量:

16×2个字符

芯片工作电压:

4.5—5.5V

工作电流:

2.0mA（5.0V）

模块最佳工作电压:

5.0V

字符尺寸:

2.95×4.35（W×H）mm

4.3、时钟芯片DS1302的工作原理

4.3.1、DS1302的简介

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗（小于1mw）、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。

DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。

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4.3.2、DS1302的结构

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传送的方法。

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RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。

上电运行时，在Vcc>2.0V之前，RST必须保持低电平。

只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。

I/O为串行数据输入输出端（双向）。

SCLK为时钟输入端。

4.3.3、DS1302的特点

1、时钟计数功能，可以对秒、分、时、日、月、年的计数。

年计数可达到2099年。

3、有31*8位的额外数据暂存寄存器（即RAM，掉电丢失）

4、最少I/O引脚传输，通过三引脚控制

5、工作电压:

2.0-5.5V

6、工作电流小于300nA（2.0V）

7、读写时钟寄存器或内部RAM（31*8位的额外

8、数据暂存寄存）可以采用单字节模式（一次读写单个字节）和突发模式（一次读写多个字节）

9、8-pinDIP（直插封装）或8-pinSOICs（贴片封装）

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4.3.4、DS1302的引脚功能

4.3.5、DS1302电路原理图:

电路原理图如图4.3.5，DS1302与单片机的连接也仅需要3条线:

CE引脚、SCLK串行时钟引脚、I/O串行数据引脚，Vcc2为备用电源，外接32.768kHz晶振，为芯片提供计时脉冲。

图4.3.5

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第五章整体设计

5.1、设计方法

本电路设计采用AT89S52单片机为核心，利用晶振产生频率为1HZ的时钟脉冲信号，利用液晶屏LCD1602显示计算及其时间信息，通过对AT89S52单片机的编程控制液晶屏LCD1602的显示。

显示时间和简易计算的信息同在LCD1602，通过按键切换选择。

外部按键可及时设定或调整时间或计算的信息。

5.2、硬件设计

本系统以AT89S52单片机为核心，本系统选用12MHZ的晶振，，使得单片机有合理的运行速度。

起振电容22pF对振荡器的频率高低、振荡器的稳定性和起振的快速性影响较合适，复位电路为按键高电平复位。

DS1302时钟芯片选用32.768KHz的晶振，以此保持时间的准确性。

并在后备电源处提供了后备电源，当没有外接电源时，后备电源就供电，这样就可以保持时钟芯片的不断电及掉电也可以准确计时。

本系统中的后备电源采用3v的电子电源，其寿命可达一年以上。

液晶显示器采用背光的，本次设计选用16引脚的LCD1602。

5.3、系统框架图

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5.4、电路设计原理图

图5.4

5.5、各部分电路的说明

5.5.1、复位电路

51单片机是高电平复位。

所以本设计采用的是上电复位和手动复位相结合的方式。

5.5.2、矩阵键盘

计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式，而是采用矩阵键盘的方案。

矩阵键盘采用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一

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个按键。

这样键盘上按键的个数就为4*4个。

这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。

5.5.3、LCD1602的显示电路

本设计采用液晶屏LCD1602来显示输出数据，通过D0-D7引脚向LCD写指令字或写数