基于52单片机可调式电子日历与时钟.docx
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基于52单片机可调式电子日历与时钟
单片机课程设计说明书
用DS1302与1602LCD设计的可调式电子日历与时钟
专业
电气工程及其自动化
学生姓名
江伟
班级
B电气081
学号
0810601135
指导教师
张兰红
完成日期
2011年6月22日
目录
1概述1
1.1背景与意义1
1.2设计内容1
2设计要求与方案论证1
2.1设计要求：
1
2.2系统基本方案选择和论证1
2.2.1单片机芯片的选择方案和论证：
1
2.2.2显示模块选择方案和论证：
1
2.2.3时钟芯片的选择方案和论证：
2
2.3电路设计最终方案决定2
3.系统的硬件设计与实现2
3.1电路设计框图2
3.2系统硬件概述3
3.3主要单元电路的设计3
3.3.1STC89C52单片机管脚说明3
3.3.2时钟电路模块的设计5
3.3.3电路原理及说明6
4系统的软件设计8
4.1程序流程框图8
4.2时间调整程序流程图9
4.3计算阳历程序流程图10
5系统调试与仿真10
5.1软件调试问题分析11
5.2Proteus仿真11
5.3硬件测试11
5.4软件测试12
5.5测试结果分析与结论12
5.5.1测试结果分析12
5.5.2测试结论12
5.5.3实物图12
5.5.4调试结果14
6电路板的制作与检查16
7作品总结17
参考文献17
附录18
附录一：
基于52单片机可调式电子日历与时钟原理图18
附录二：
基于52单片机可调式电子日历与时钟PCB图19
附录三：
proteus仿真图19
附录四：
基于52单片机可调式电子日历与时钟设计C语言程序清单19
附录五：
基于52单片机可调式电子日历与时钟设计器件目录表24
基于52单片机可调式电子日历与时钟系统设计
1概述
1.1背景与意义
此可调式电子日历与时钟小巧便于携带，界面清爽，一目了然，方便的使您知晓当前时间，并可对时间做出修改，实在是居家旅行日常生活之必备用品！
1.2设计内容
在现今的可调式电子日历与时钟具有性能稳定、精确度高、成本低、易于产品化，以及方便、实用等特点。
本次设计可分为两部分：
硬件系统、软件系统。
利用LED显示器能显示出当前的时间包括年月日时分秒的电子日历装置。
由于LED显示器只有六个数码管所以同时显示年月日和时分秒。
通过键盘的按键来改变的年月日时分秒，利用单片机将RC复位电路、动态显示电路、电源电路、去抖电路等正确的连接在一起，并通过单片机的编程来实现本次设计任务中的要求。
2设计要求与方案论证
2.1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；
2.2系统基本方案选择和论证
2.2.1单片机芯片的选择方案和论证：
根据设计内容，提出了如下两种方案：
方案一:
采用STC89C52芯片作为硬件核心，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-52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STC89C52,片内ROM全都采用FlashROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-52系列单片机完全该芯片内部存储器为8KBROM存储空间，同样具有89C52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STC89C52作为主控制系统.
2.2.2显示模块选择方案和论证：
根据设计内容，提出了如下三种方案：
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。
2.2.3时钟芯片的选择方案和论证：
根据设计内容，提出了如下两种方案：
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。
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.
2.3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STC89C52作为主控制系统;DS1302提供时钟;LED数码管动态扫描作为显示。
3.系统的硬件设计与实现
STC89C52主控制模块
3.1电路设计框图
3.2系统硬件概述
本电路是由STC89C52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；
3.3主要单元电路的设计
3.3.1STC89C52单片机管脚说明
图3-3-1AT89S52单片机管脚图
ATMEL公司的STC89C52是一种高效微控制器。
采用40引脚双列直插封装形式。
STC89C52单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。
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口的管脚第一次写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FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH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。
P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2INT0（外部中断0）
P3.3INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
ALE/
：
当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。
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。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号端。
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。
/VP：
当
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，
将内部锁定为RESET；当
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。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。
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-52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.
3.3.2时钟电路模块的设计
图2-3-3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。
图3-2-2DS1302的引脚图
3.3.3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。
（2）DS1302的控制字节
DS1302的控制字如表2-3-4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
RAMRD
1A4A3A2A1A0
/CK/WR
图3-3-3DS1302的控制字格式
图3-3-4DS1302读/写时序图
（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-2所示
此外，DS1302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相关的寄存器等。
时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。
DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：
一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。
4系统的软件设计
4.1程序流程框图
图4-1主程序流程图
4.2时间调整程序流程图
图4-2时间调整程序流程图
4.3计算阳历程序流程图
图4-3计算阳历程序流程图
5系统调试与仿真
系统调试包括硬件调试和软件调试，而且两者是密不可分的。
我们设计好的硬件电路和软件程序，只有经过联合调试，才能验证其正确性；软硬件的配人情况以及是否达到设计任务的要求，也只有经过调试，才能发现问题并加以解决、完善，最终开发成实用产品。
硬件调试分单元电路调试和联机调试，单元电路试验在硬件电路设计时已经进行，这里的调试只是将其制成印刷电路板后试验电路是否正确，并排除一些加工工艺性错误（如错线、开路、短路等）。
这种调试可单独模拟进行，也可通过开发装置由软件配合进行，硬件联机调试则必须在系统软件的配合下进行。
软件调试一般包括分块调试和联机调试两个阶段。
程序的分块调试一般在单片机开发装置上进行，可根据所调程序功能块的入口参量初值编制一个特殊的程序段，并连同被调程序功能块一起在开发装置上运行；也可配合对应硬件电路单独运行某程序功能块，然后检查是否正确，如果执行结果与预想的不一致，可以通过单步运行或设置断点的方法，查出原因并加以改正，直到运行结果正确为止。
这时该程序功能块已调试完毕，可去掉附加程序段。
其它程序功能块可按此法进行调试。
程序联机调试就是将已调试好的各程序功能块按总体结构联成一个完整程序，在所研制的硬件电路上运行。
从而试验程序整体运行的完整性、正确性和与硬件电路的配合情况。
在联调中可能会有某些支路上的程序、功能块因受条件制约而得不到相应的输入参数，这时，调试人员应创造条件进行模拟调试。
在联调中如发现硬件问题也应及时修正，直到单片机系统的软件、硬件全部调试成功为止。
系统调试完成后，还要进行一段时间的试运行，从而检验系统的稳定性和抗干扰能力，验证系统功能是否达到设计要求，是否达到预期的效果。
5.1软件调试问题分析
LED显示问题：
本次设计的最终方案是采用LED显示屏实现显示功能，最初LED显示不正常，出现闪烁现象。
通过调试发现这是由于延时时间选择不当会使人眼产生视觉暂留效果，每一次显示时都必须加入适当的时间延时。
由于一开始所选用的延时时间太短因此出现闪烁现象，在增加显示延时之后，数码管显示正常。
5.2Proteus仿真
Proteus软件是来自英国LabcenterElectronics公司的EDA工具软件,Proteus软件除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图,PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外,其革命性的功能是,他的电路仿真是互动的,针对微处理器的应用,还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,并实现软件源码级的实时调试,如有显示及输出,还能看到运行后输入输出的效果,配合系统配置的虚拟仪器如示波器,逻辑分析仪等,您不需要别的,Proteus为您建立了完备的电子设计开发环境!
PROTUES的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。
该软件的特点：
1.全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。
2.具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS-232动态仿真、C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
3.目前支持的单片机类型有：
68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。
4.支持大量的存储器和外围芯片。
总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，可仿真51、AVR、PIC。
5.3硬件测试
电子万年历的电路系统较大，对于焊接方面更是不可轻视，庞大的电路系统中只要出于一处的错误，则会对检测造成很大的不便，而且电路的交线较多，对于各种锋利的引脚要注意处理，否则会刺被带有包皮的导线，则会对电路造成短路现象。
在本成电子万年历的设计调试中遇到了很多的问题。
回想这些问题只要认真多思考都是可以避免的，以下为主要的问题：
（１）LED数码管的断码错乱,原因出于没有认真看清a、b、c等引脚信息。
解决：
重新排列74LS47的输出端，相应接入LED数码管，即可解决出现在的断码或乱码。
（2）对万年历修改时间或日期时，有时LED数码管被屏蔽掉，造成不亮现象。
解决：
根据仪器的测试，发现电路的驱动能力不足，最后在DS1302时钟芯片的/CS、SCLK、RET端接入5.1K的上拉电阻后,电路的驱动能力才能满足，即可解决不亮现象。
5.4软件测试
电子成年历是多功能的数字型，可以看当前日期（阴、阳历）,时间，还有温度的仪器。
电子成年历功能很多，所以对于它的程序也较为复杂,所以在编写程序和调试时出现了相对较多的问题。
最后经过多次的模块子程序的修改，一步一步的完成，最终解决了软件。
在软件的调试过程中主要遇到的问题如下：
1．烧入程序后，LED数码管显示闪动,而且亮度不均匀。
解决：
首先对调用的延时进行逐渐修改，可以解决显示闪动问题。
其次，由于本作品使作动态扫描方式显示的数字，动态扫描很快，人的肉眼是无法看出,但是调用的显示程序时，如果不在反回时屏蔽掉最后的附值，则会出现很亮的现象，所以在显示的后面加了屏蔽子令，最后解决了此问题。
2．修改时间、日期时没有农历没有自动对应上。
解决：
把不相关的程序暂时屏蔽，地农历的子程序独立调试，发现在调用农历自动更新时，对十进制和十六进制处理不好，所以会造成错乱。
最后把相应的十进制进行修改，使得可以与十六进制对应，最后解决了此问题.
3.最小系统不亮。
解决：
换了个电容，电容值太小。
5.5测试结果分析与结论
5.5.1测试结果分析
（1）．在测试中遇到LED数码管为不显示时,首先使用试测仪对电路进行测试,观察是否存在漏焊,虚焊,或者元件损坏.
（2）．LED数码管显示不正常，还有亮度不够，首先使用试测仪对电路进行测试,观察电路是否存在短路现象。
查看烧写的程序是否正确无误，对程序进行认真修改。
5.5.2测试结论
经过多次的反复测试与分析,可以对电路的原理及功能更加熟悉,同时提高了设计能力与及对电路的分析能力.同时在软件的编程方面得到更到的提高,对编程能力得到加强.同时对所学的知识得到很大的提高与巩固.
5.5.3实物图
5.5.4调试结果
6电路板的制作与检查
考虑到本系统所用元器件较少，大部分功能都是通过软件编程来实现，同时也出于对毕业设计成本的考虑，因此所用到的板子是自己手工制作的PCB板。
在电路板的制作中，首先要进行线路的排布。
利用PROTEL软件模拟实际电路板的线路走向，尽量避免线路出现交叉短路，电源线路尽量安排在电路板的最外圈。
PCB板刻录完成之后，开始进行焊接工作。
焊接完后进行电路板检查，将原线路图与实际焊接的电路板进行对比，由于线路不多，所以用万用表的欧姆档或是短路声响指示功能来做焊点的检测，如此可以避免焊接时漏焊、虚焊和配线错误的问题，同时保证了所制作出来的线路与原设计线路的一致性。
一般来说，造成硬件问题的首要问题就是焊接了，也就是说焊接的好与坏直接响产品的正常运行。
造成焊接质量不高的常见原因是:
1.焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积；焊锡过少,不足以包裹焊点。
2.冷焊。
焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮（不光滑）,有细小裂纹。
3.夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。
若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜；若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。
对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。
对于已形成黑膜的,则要"吃"净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。
4.焊锡连桥。
指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。
这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。
5.焊剂过量,焊点明围松香残渣很多。
当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。
6.焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。
这多是由于加热温度不足或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当浩成的内。
最小系统的电路不工作，首先应该确认电源电压是否正常。
用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压，看是否符合电源电压，常用的是5V左右。
接下来就是检测复位引脚的电压是否正常，EA引脚的电压要正常为5V左右。
7作品总结
在整个设计过程中，发挥团队精神，分工合作，充分发挥人的主观能动性，自主学习，学到了许多没学到的知识。
较好的完成了作品。
达到了预期的目的，在最初的设计中，发挥“三个臭皮匠，顶个诸葛亮”的作用。
相互学习、相互讨论、研究。
完了最初的设想。
在电路焊接时虽然没什么大问题，但从中也知道了焊接在整个作品中的重要性，电路工程量大，不能心急，一个个慢慢来不能急于求成。
反而达到事半功倍的效果。
对电路的设计、布局要先有一个好的构思，才显得电路板美观、大方。
程序编写中，由于思路不清晰，开始时遇到了很多的问题，经过静下心来思考，和同组员的讨论，理清了思路，反而得心应手。
在此次设计中，知道了做凡事要有一颗平常的心，不要想着走捷径，一步一脚印。
也练就了我们的耐心，做什么事都在有耐心。
此次比赛中学到了很多很多东西，这是最重要的。
总
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