基于单片机的电子万年历毕业论文.docx

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基于单片机的电子万年历毕业论文

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摘要

现今信息技术飞速发展,时间和每一个人都有非常密切的相互联系,时间对任何人都有着非常重要的影响。

随着科技的快速发展，流逝的时间，我们从根据太阳来判断时间，发展到了用钟摆看时间，到现在又有了各种电子表等。

当各类电子表在我们生活中广泛应用的时候，电子万年历的的出现又把我们引入到一个全新的时代。

电子万年历是一种使用非常广泛的日常计时工具，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，还具有时间校准等功能。

本设计是基于51系列的单片机进行的电子万年历设计，主要由时钟芯片DS1302采集数据到单片机进行处理再通过LCD1602显示出来。

电子万年历的软件部分是使用c语言编写，主要用到的硬件电路有时钟芯片DS1302、液晶显示LCD1602，主控制芯片AT89C51，还有按键。

关键词：

单片机，LCD602，AT89C51，DS302

Abstract

Nowadaysinformationtechnologydevelopsrapidly,andtimeandeveryonehaveverycloseinterconnections,andtimehasaveryimportantinfluenceonanyone.Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,thetimeelapsed,wejudgethetimeaccordingtothesun,developtousethependulumtowatchthetime,andnowhaveallkindsofelectronicwatchesandsoon.Whenallkindsofelectronicwatchesarewidelyusedinourlives,theadventofelectroniccalendarbringsustoawholenewera.Electroniccalendarisakindofwidelyuseddailytimingtool,whichisbecomingmoreandmorepopularinmodernsociety.Itcantimetheyear,month,day,Sunday,hour,minute,second,alsohaveleapyearcompensationandsoonmanyfunctions,stillhavetimecalibrationandsoonfunction.

Thisdesignisbasedontheelectroniccalendardesignof51seriesofsingle-chipmicrocomputer,mainlybytheclockchipDS1302collectingdatatothesinglechipmicrocomputerforprocessingandthenthroughLCD1602.Thesoftwarepartoftheelectroniccalendariswritteninclanguage.ThemainhardwarecircuitsusedareclockchipDS1302,liquidcrystaldisplayLCD1602,mastercontrolchipAT89C51,andbuttons.

Keywords:

Microcontroller;LCD1602;AT89C51;DS1302

第1章绪论

1.1背景及目的

1.1.1课题研究背景

在当代繁忙的工作与生活中，时间与我们每一个人都有非常密切的关系，每个人都受到时间的影响，随着社会、科技的发展，人类得知时间，从观太阳、摆钟到现在电子钟，不断研究、创新。

为了在观测时间的同时，能够了解其它与人类密切相关的信息，比如温度、星期、日期等，电子万年历诞生了，它集时间、日期、星期和温度功能于一身，具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势。

伴随着电子技术的迅速发展，特别是随大规模集成电路出现，给人类生活带来了根本性的改变。

由其是单片机技术的应用产品已经走进了千家万户。

电子万年历的出现给人们的生活带来的诸多方便，作为一种附加功能，现在越来越广泛的被应用于各种电子产品中，具有广阔的市场前景。

1.1.2选题的意义及目的

LCD液晶显示的日历钟显示清晰直观、走时准确、可以进行夜视并且还可以扩展出多种功能。

功能也越来越齐全。

由于单片机的性能好，可靠性强，低功耗，抗干扰和使用轻便快捷等优点，且最近几年发展迅速，单片机已经应用于众多行业。

所以单片机技术为核心，软硬件结合，设计出了功能多样、电路简洁，操作简单，功耗低，成本小等多项优点的万年历系统。

适合批量生产，符合电子仪器仪表的未来发展趋势，具有广阔的市场前景。

1.2国内外发展现状及水平

随着社会、科技的发展，集直观性，精度高，寿命长，功能全等为一体的记录方式更为人们所需求。

在电子产业高速发展这一时代背景下，大规模集成电路大量出现，电子万年历也因读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等诸多优点随之诞生，它的出现极大地影响了人们的生活，我们的时间记录更为全面和科学。

因此，对万年历的研究与探索是具有相当重要的现实意义和实用价值。

万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。

近些年我国也开始重视对电子万年历的开发与设计，让更多的电子万年历能够走进人民生活，跟多人能够应用到功能强大，精度高的电子万年历。

第2章系统的方案选择及论证

2.1单片机芯片选择

本设计采用AT89C51芯片作为硬件核心，该芯片采用FlashROM，内部具有4KBROM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，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，相对于本设计而言程序空间完全够用。

2.2时钟芯片的选择与论证

方案一：

直接使用单片机定时器提供秒信号，计数的脉冲由外部提供，定时的脉冲由外部晶振提供，定时时间与初值和晶振频率有关。

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，但程序复杂度较高，计时不精准。

方案二：

采用DS1302时钟芯片，该芯片是由美国DALLAS公司推出的。

该芯片是一种高性能、功耗低、带有RAM的实时时钟电路，采用32.768Khz晶振，可对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。

工作电压为2.5~5.5V,可为掉电保护电源提供可编程的涓流电流充电功能；采用接口与CPU进行串行数据传输，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。

经过多方面比较，最终选择方案二。

2.3显示模块的选择与论证

方案一：

采用LED数码管显示，数码管显示虽然经济实惠，但是不能显示文字，只能显示数字而且在动态扫描过程中需要用到移位寄存器，在调试过程中会略显繁琐。

方案二：

采用LCD液晶显示，使用LCD1602显示效果明显，操作方便显示功能强大，显示多样化。

对于本设计一个1602就够了，且价格适中接口多方便调试。

综上本设计采用方案二LCD显示。

2.4电路设计最终方案

综合上面各种方案，最终本设计：

采用AT89C51芯片作为主控制系统，采用DS1302提供时钟信号，最后使用LCD1602液晶屏幕进行显示。

第3章系统的硬件设计与实现

3.1电路设计框图

图3-1系统主要框图

3.2系统硬件概述

本电路是由AT89C51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；显示部份由LCD液晶显示屏显示。

3.3系统的电路设计

3.3.1系统总体电路设计图

图3.3.1系统总体设计图

按键K0接P2.7口，按下按键后（锁定）进入修改状态，光标闪烁；

按键K1接P2.5口，按下按键后，选择修改的值，按照年份，星期，月，日，时，分，秒的顺序选择。

按键K2接P2.3口，按下按键，相对应的值加1。

按键K3接P2.1口，按下按键，相对应的值减1。

3.3.2单片机主控制模块

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的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单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

1.芯片引脚图

图3.3.2-1AT89C51引脚图

2．主要特性：

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

寿命：

1000写/擦循环

数据保留时间：

10年

·全静态工作：

0Hz-24Hz

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

3．管脚说明：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

表3.3.2-1P3口特殊功能口

端口管脚

备选功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

/INT0（外部中断0）

P3.3

/INT1（外部中断1）

P3.4

T0（记时器0外部输入）

P3.5

T1（记时器1外部输入）

P3.6

/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7

/D（外数据存储器读控制信号）

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

4．振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

5．芯片擦除：

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

3.3.3时钟电路模块

DS1302时钟芯片，该芯片是由美国DALLAS公司推出的。

该芯片是一种高性能、功耗低、带有RAM的实时时钟电路，采用32.768Khz晶振，可对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。

工作电压为2.5~5.5V,可为掉电保护电源提供可编程的涓流电流充电功能；采用接口与CPU进行串行数据传输，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。

（1）引脚功能

DS1302芯片引脚图如图3.3-1所示。

图3.3-1DS1302芯片引脚图

图3.3-2DS1302内部结构图

X1、X2:

外接32768Hz晶振。

SCLK:

串行时钟脉冲输入端。

I/O：

串行数据输入/输出端。

______RST:

复位/片选端。

______RST=0，DS1302复位；______RST=1，允许对DS1302读写操作。

Vcc1和Vcc2为主电源，接+5V电源；Vcc1为备用电源，可外接3.6V锂电池。

GND：

接地端。

（2）操作控制字

操作控制字实际上是一个地址有着固定的结构，其中包含了操作对象和操作命令，如表3.3所示。

表3.3DS1302操作控制字

D7：

操作使能位。

1有效，允许操作；0无效，禁止操作。

D6:

操作数据区选择位。

1选择操作RAM，0选择操作时钟。

D5~D1：

被操作单元A4~A0位地址，与其余各位共同组成操作单元8位地址信号，即操作控制字。

D0：

读写选择位。

1表示进行读操作，0表示写操作。

因此，读操作单元地址（控制字）均为奇数，写操作单元地址（控制字）均为偶数。

读写DS1302首先要写入操作控制字。

（3）读写时序

图3.4为DS1302读写时序，其串行数据传输的顺序与80C51串行口相同，无论输入输出，均从低位到高位。

控制字最低位RD/______WR最先串出，待最后操作使能位1串出后，紧接着下一个SCLK脉冲就是数据读写。

写DS1302是上升沿触发，读DS1302是下降沿触发。

图3.4DS1302读写时序

（4）片内寄存器

DS1302内部共有12个寄存器，具有时钟读写、RAM读写、充电和写保护等功能，如表3-5所示.

表3-5DS1302寄存器

1.时钟。

有年、星期、月、日、时、分、秒等日历时钟单元。

寄存器读单元地址与写单元地址分开，读时用单数（81H~8DH），写时用双数（80H~8CH）。

需要注意的是，DS1302在第一次加电后，必须进行初始化操作。

初始化后就可以按正常的方法调整时间，数据格式为BCD码。

其中：

a.秒单元（80H/81H）中的bit7功能特殊，定义为时钟暂停标志CH。

CH=1,时钟振荡器停，DS1302处于低功耗状态；CH=0,时钟振荡器运行。

b.小时单元（84H/85H）可有12小时模式或者24小时模式，由bit7确定：

bit7=0，24小时模式，此时bit5为20小时标志位；bit7=1，12小时模式，此时bit5处于AM/PM模式：

bit5=0，AM（上午）；bit5=1，PM（下午）。

c.星期单元（8BH/8AH）中bit3的数据1对应星期日，2~7对应星期一~星期六。

周数据与我国习惯用的星期序数不一样，所以显示程序中做了修改。

2.写保护。

写保护单元（8EH/8FH）中，bit7为写保护位WP，当WP=1且其余各位均为0时禁止写DS1302，保护各寄存器数据不被改写，防止误操作。

WP=0，允许写DS1302。

3.RAM。

DS1302内部有31字节8位RAM，因其有备用电源,供电连续有保障，因此可将一些需要保护的数据存入其中。

RAM地址范围为C0H~FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作。

4.突发操作。

DS1302每次读写一个字节，均要先写入操作控制字比较繁琐。

突发操作用于连续读写，分为时钟突发和RAM突发，可一次性顺序读写多字节时钟数据或RAM数据。

时钟突发控制字为BEH（写）/BFH（读），RAM突发控制字为FEH（写）/FFH（读）。

需要注意的是，突发写时钟必须一次性写满8字节时钟数据（包括写保护寄存器），若少写一个字节，将出错。

但是突发读时钟可只读7字节时钟数据。

3.3.4显示模块

LCD1602液晶显示器由液晶显示屏和驱动控制集成电路（HD44780）组成，分析其功能实际上主要是分析驱动电路HD44780的功能。

LCD1602的外形和引脚结构图3.4所示。

图3.4LCD1602的外形和结构引脚

（1）引脚功能

LCD1602共有16个引脚，其名称和功能如下。

1.Vss：

电源地端。

2.VDD：

电源正级。

4.5~5.5V通常接+5V。

3.Vo：

LCD对比度调节端。

调节范围为0~+5V，接正电源时对比度最弱接地时对比度最高；一般将其调节到0.3~0.4V时对比度效果最好。

4.RS：

寄存器选择端。

RS=1，读写数据寄存器；RS=0,读写指令寄存器。

5.R/——W：

读写控制端。

R/——W=1，读出数据；R/——W=0，写入数据。

6.E:

使能端。

E=1，允许读写操作，下降沿触发；E=0，禁止读写操作。

7.D0~D7：

8位数据线，三态双向，也可采用4位数据传送方式。

8.BLA：

LCD背光源正极。

9.BLK：

LCD背光源负极。

（2）内部寄存器

LCD1602内部寄存器有指令寄存器IR、数据寄存器DR、地址计数器AC、数据显示存储器DDRAM、字符发生存储器CGROM、自定义字符存储器CGRAM、光标控制寄存器、输入/输出缓冲器和忙标志位BF等。

其中与编程应用有关的寄存器简介如下：

1.数据显示存储器DDRAM（DataDisplayROM）。

DDRAM存放LCD显示的点阵字符代码，共有80字节。

LCD1602是2x16位，即可显示2行，每行16个字符。

其对应的存储器地址分别为：

00H~0FH（第一行）和40H~4FH（第二行），其余存储单元可作一般RAM使用。

2.字符发生存储器CGROM内部固化了192个点阵字符（160个5x7点阵字符和32个5x10点阵字符）。

其中，标点符号、阿拉伯数字和英文大小写字母等字符为ASCII码。

3.自定义字符存储器CGRAM。

有64字节RAM，可自定义8个5x8点阵字符或4个5x11点阵字符。

4.地址计数器AC。

作为DDRAM或CGRAM的地址指针，具有自动加1和自动减1功能。

当数据从DR送到DDRAM/CGRAM时，AC自动加1；当数据从DDRAM/CGRAM送到DR时，AC自动减1。

当RS=0、R/——W=1时，在使能端E=1激励下，AC的内容送到D7~D0。

5.忙标志BF。

BF=1时，忙；BF=0时，空闲。

在RS=0、R/——W=1时，令E=1，BF信号输出到D7上，CPU可对其读出判别。

与LED比较，LCD是一种慢响应器件，从地址建立、保持到数据建立、保持均需要时间（ms级），在其内部操作未完成前对其读写，将出错。

因此，LCD1602编程应用时，需要充分考虑延时操作也可以对其“忙”状态查询，在确认LCD1602“空闲”条件下，才能对其进行读写操作。

（3）控制指令

LCD1602读写控制由寄存器RS、读/写控制端R/——W和使能端E确定。

如下表所示。

表3.3.4LCD1602读写控制

在RS=0、R/____W=0并E=1的条件下，写入LCD1602的操作指令如表3.3.5所示。

表3.3.5写入LCD1602的操作指令

第4章系统的软件设计

4.1程序流程框图：

Y

N

NY

图4.1主程序流程图

主程序流程图如上图4.1所示。

由于在硬件电路方面上设计了时间调整按键和开关，因此应有对应的时间调整程序。

时间调整程序的流程图如图4.2所示。

图4.2时间调整程序流程图

K0键为开始，按下K0键后光标闪烁，首先年闪烁，等待修改，按下K1键选择需要修改的值，按照年，星期，月份，日，小时，分钟的顺序循环选择。

第一次修改年份，按下K2键（加按键）有效，年份的值加1，按下K3键（减按键）有效，年份数值减1。

年份值修改完毕后，按下K1键进入修改星期值，对应光标闪烁，按下K2键（加按键）有效，星期的值加1，按下K3键（减按键）有效，星期的数值减1。

星期值修改完毕后，按下K1键进入月调整程序，修改月份值，对应光标闪烁，按下K2键（加按键）有效，月份的值加1，按下K3键（减按键）有效，月份的数值减1。

月份的值修改完毕后，按下K1键进入日调整程序，修改日值，对应光标闪烁，按下K2键（加按键