基于DS1302的万年历毕业论文 数码管显现 附程序 硬件电路图.docx
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基于DS1302的万年历毕业论文数码管显现附程序硬件电路图
XX学院
毕业论文
作者：
学号：
.
学系：
电子信息工程与技术系.
专业：
应用电子.
题目：
电子万年历
指导者：
2011年01月长沙
XX学院专科生毕业论文评语
系部：
电子信息工程与技术专业：
应用电子
学生姓名：
班级学号
题目：
电子万年历
指导教师评语：
指导教师（签字）：
年月日
答辩委员会（小组）评语：
答辩委员会（小组）负责人（签字）：
.
年月日
题目：
电子万年历论文
摘要
单片机应用技术飞速发展，纵观我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。
单片机是集CPU,RAM,ROM,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。
它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。
而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
这次毕业设计通过对它的学习和应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。
本文通过对一个基于单片机实现万年历功能电子时钟的设计，从而达到学习、了解单片机相关方面的应用。
系统由主控制器AT89C51、时钟电路DS1302、显示电路、按键电路、和复位电路等部分构成，能实现时钟日历显示的功能，通过按键能对年、月、日、时、分、秒进行修改。
这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，时间精度高，操作简单，编程容易。
该电子时钟可以应用于一般的生活和工作中，也可通过改装，提高性能，增加新功能，从而给人们的生活和工作带来更多的方便。
关键词：
万年历，AT89C51，时钟日历芯片
Title:
Electroniccalendarpapers
Abstract
Microcomputerapplicationtechnologyrapiddevelopment,throughoutourlivesiswidelyusedinallkindsofintelligentICcard,electronicpets,etc,theseareinseparablefrommicrocontroller.SCMissetfortheCPU,RAM,ROM,time,countandmultipleinterfaceintheintegrationofmicrocontroller.Itssmallsize,lowcost,thefunctionisstrong,widelyusedinintelligentindustryandindustrialautomation.And51seriesmicrocontrolleristhemosttypicalandvariousmicrocontrollermostrepresentativeone.Thegraduationdesignthroughtoitslearningandapplication,thusachievedthestudy,design,development,softandhardability.
ThisarticlethroughtoonebasedonSCMrealizingcalendarfunctionelectronicclockdesign,soastoachievethelearning,single-chiptechniquerelatedapplications.SystemconsistsofthemaincontrollerAT89C51,clockingcircuitDS1302,displaycircuit,keycircuits,andresetcircuitetccomponents,canrealizethefunctionofclockcalendardisplays,throughthekeystodateandtime,minutesandsecondsmodified.Theapproachistheadvantageofcircuitissimple,reliableperformance,goodreal-time,highprecisiontime,simpleoperationandprogrammingofeasy.
Theelectronicclockcanbeappliedtogenerallifeandwork,alsocanimproveperformancebydisguisedhimself,andaddingnewfunctions,thustopeople'slifeandworktobringmoreconvenient.
Keywords:
calendar,AT89C51，clockcalendarchip
一、设计要求与方案论证…………………………………………………………1
1.1设计要求……………………………………………………………………1
1.2方案设计与论证……………………………………………………………1
1.2.1单片机芯片的选择方案和论证………………………………………1
1.2.2显示模块选择方案和论证…………………………………………………1
1.2.3时钟芯片的选择方案和论证…………………………………………2
1.2.4电路设计最终方案决定………………………………………………2
二、基于单片机的万年历硬件设计………………………………………………2
2.1主要IC芯片选择…………………………………………………………2
2.1.1单片机…………………………………………………………………2
2.1.2DS1302…………………………………………………………………4
2.2万年历硬件电路设计………………………………………………………8
2.2.1时钟电路设计…………………………………………………………9
2.2.2显示电路………………………………………………………………9
2.2.3按键电路………………………………………………………………10
2.2.4复位电路………………………………………………………………11
三、万年历软件设计…………………………………………………………………13
3.1主程序设计…………………………………………………………………13
3.2子程序设计…………………………………………………………………14
3.2.1实时时钟日历子程序设计……………………………………………14
3.2.2显示子程序设计………………………………………………………14
3.2.3中断0子函数设计……………………………………………………14
3.2.4时间设置函数ftion0…………………………………………………14
3.2.5加1修改时间功能函数cum…………………………………………15
3.2.6日期设置函数ftion1…………………………………………………15
3.2.7加1修改日期功能函数cum1…………………………………………15
四、系统调试………………………………………………………………………20
4.1单片机基础电路测试………………………………………………………21
4.2显示电路调试………………………………………………………………21
4.3DS1302电路调试……………………………………………………………22
结论……………………………………………………………………………………23
致谢…………………………………………………………………………………24
参考文献……………………………………………………………………………25
附录A程序…………………………………………………………………………26
附录B万年历硬件电路原理图……………………………………………………38
第一章设计要求与方案论证
1.1 设计要求：
（１）基本要求
1显示准确的北京时间（时、分、秒），可用24小时制式；
2随时可以调校时间。
（2）创新要求
1增加公历日期显示功能（年、月、日），年号只显示最后两位；
2随时可以调校年、月、日；
3允许通过转换功能键转换显示时间和日期；
1．2方案论证与设计
1.2.1单片机芯片的选择方案和论证：
方案一:
采用AT89S52,片内ROM全都采用FlashROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全兼容，芯片内部存储器为8KBROM存储空间，但该设计程序简单，内部存储器资源浪费。
所以在此设计中不采用AT89S52作为主控系统.
方案二:
采用89C51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-51系列单片机完全兼容,内部ROM足够满足要求，且价格比89S52便宜。
所以选择采用AT89C52作为主控制系统.
1.2.2显示模块选择方案和论证：
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。
1.2.3时钟芯片的选择方案和论证：
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。
1
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.
1.2.4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AT89C51作为主控制系统;DS1302提供时钟;LED数码管动态扫描作为显示。
第二章基于单片机的万年历硬件设计
2.1主要IC芯片选择
2.1.1单片机
AT89C51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。
如图2.1所示。
1．内部结构
按功能分为8部分：
CUP，程序存储器，数据存储器，时钟电路，串行口，并行I/O口，中断系统，定时/计数器。
2.引脚定义及功能
1）.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。
2）.控制引脚
RST/Vpq：
RST是复位信号输入端，Vpd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Vpd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入端。
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固外程序时，作为编程脉冲输入端。
PSEN：
程序存储器允许输出端。
当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0FFFH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。
3）.I/O口引脚
P0.0~P0.7:
P0口8位双向I/O口；
P1.0~P1.7:
P1口8位准双向I/O口；
P2.0~P2.7:
P2口8位准双向I/O口；
P3.0~P3.7:
P3口8位准双向I/O口。
图2.1
2.1.2DS1302
1.DS1302简介
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟日历芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI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和RAM数据。
实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。
工作电压宽达2.5～5.5V。
采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。
有主电源和备份电源双引脚，而且备份电源可由大容量电容（＞1F）来替代。
需要强调的是，DS1302需要使用32.768KHz的晶振。
2.DS1302引脚说明
DS1302引脚图参照图2.2。
图2.2DS1302芯片引脚图
其引脚功能参照表2.3。
表2.3DS1302引脚功能说明
引脚号
名称
功能
1
VCC1
备份电源输入
2
X1
32.768KHz晶振输入
3
X2
32.768KHz晶振输出
4
GND
地
5
RST
控制移位寄存器/复位
6
I/O
数据输入/输出
7
SCLK
串行时钟
8
VCC2
主电源输入
3.DS1302的控制字和读写时序说明
在编程过程中要注意DS1302的读写时序。
DS1302是SPI总线驱动方式。
它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。
要想与DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。
DS1302的控制字如表2.4。
表2.4DS1302控制字（即地址及命令字节）
BIT7
BIT6
BIT5
BIT4
BIT3
BIT2
BIT1
BIT0
1
RAM
A4
A3
A2
A1
A0
RD
控制字的作用是设定DS1302的工作方式、传送字节数等。
每次数据的传输都是由控制字开始。
控制字各位的含义和作用如下：
1.BIT7：
控制字的最高有效位，必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。
2.BIT6：
如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；
3.BIT5至BIT1（A4～A0）：
用A4～A0表示，定义片内寄存器和RAM的地址。
定义如下：
当BIT6位=0时，定义时钟和其他寄存器的地址。
A4～A0=0～6，顺序为秒、分、时、日、月、星期、年的寄存器。
当A4～A0=7，为芯片写保护寄存器地址。
当A4～A0=8，为慢速充电参数选择寄存器。
当A4～A0=31，为时钟多字节方式选择寄存器。
当BIT6=1时，定义RAM的地址，A4～A0=0～30，对应各子地址的RAM，地址31对应的是RAM多字节方式选择寄存器。
4.BIT0（最低有效位）：
如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作。
控制字总是从最低位开始输出。
在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。
同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。
图2.5DS1302数据读写时序
DS1302的数据读写方式有两种，一种是单字节操作方式，一种是多字节操作方式。
每次仅写入或读出一个字节数据称为单字节操作，每次对时钟/日历的8字节或31字节RAM进行全体写入或读出的操作，称其为多字节操作方式。
当以多字节方式写时钟寄存器时，必须按数据传送的次序依次写入8个寄存器。
但是，当以多字节方式写RAM时，不必写所有31字节。
不管是否写了全部31字节，所写的每一个字节都将传送至RAM。
为了启动数据的传输，CE引脚信号应由低变高，当把CE驱动至逻辑1的状态时，SCLK必须为逻辑0，数据在SCLK的上升沿串行输入。
无论是读周期还是写周期，也无论送方式是单字节传送还是多字节传送，都要通过控制字指定40字节中的哪个将被访问。
在开始8个时钟周期把命令字（具有地址和控制信息的8位数据）装入移位寄存器之后，另外的时钟在读操作时输出数据，在写操作时输入数据，所有的数据在时钟的下降沿变化。
所有写入或读出操作都是先向芯片发送一个命令字节。
对于单字节操作，包括命令字节在内，每次为2个字节，需要16个时钟；对于时钟/日历多字节模式操作，每次为7个字节，需要72个时钟；而对于RAM多字节模式操作，每次则为32字节，需要多达256个时钟。
这里仅给出单字节读写时序，如图2.5。
多字节操作方式与其类似，只是后面跟的字节数不止一个。
4.DS1302的片内寄存器
表2.6DS1302有关日历、时间的寄存器
读寄
存器
写寄
存器
BIT7
BIT6
BIT5
BIT4
BIT3
BIT2
BIT1
BIT0
范围
81H
80H
CH
10秒
秒
00-59
83H
82H
10分
分
00-59
85H
84H
0
10
时
时
1-12
0-23
AM/PM
87H
86H
0
0
10日
日
1-31
89H
88H
0
0
10月
月
1-12
8BH
8AH
0
0
0
0
0
周日
1-7
8DH
8CH
10年
年
00-99
8FH
8EH
WP
0
0
0
0
0
0
0
—
通过控制字对DS1302片内寄存器进行寻址之后，即可就所选中寄存器的各位进行操作。
片内各寄存器及各位的功能定义如表2.6。
DS1302有关日历、时间的寄存器共有10个，时钟/日历包含在其中的7个写/读寄存器内，这7个寄存器分别是秒、分、小时、日、月、星期和年。
小时寄存器（85H、84H）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。
当为12小时制式时，位5为“0”表示AM；为“1”表示PM。
在24小时制式下，位5是第二个10小时位（20～23时）。
秒寄存器（81H、80H）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。
当该位置为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位置为0时，时钟开始运行。
一般在设置时钟时，可以停止其工作，设定完之后，再启动其工作。
控制寄存器（8FH、8EH）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。
在任何片内时钟/日历寄存器和RAM，在写操作之前，WP位必须为0，否则将不可写入。
当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。
因此，通过置写保护位，可以提高数据的安全性。
另外，还有慢速充电控制寄存器和RAM寄存器。
如表2.7。
表2.7充电控制寄存器和RAM寄存器各位定义
BIT7
BIT6
BIT5
BIT4
BIT3
BIT2
BIT1
BIT0
充电控制寄存器
TCS
TCS
TCS
TCS
DS
DS
RS
RS
RAM寄存器
—
—
—
—
—
—
—
—
慢速充电寄存器控制着DS1302的慢速充电特性。
寄存器的BIT4～BIT7（TCS）决定是否具备充电性能：
仅在编码为1010的条件下才具备充电性能，其他编码组合不允许充电。
BIT2和BIT3选择在VCC2和VCC1之间是一个还是两个二极管串入其中。
如果编码DS是01，选择一个二极管；如果编码是10，选择两个二极管；其他编码将不允许充电。
该寄存器的BIT0和BIT1用于选择与二极管相串联的电阻值。
其中编码RS=01为2KΩ，RS=10为4KΩ，RS=11为8KΩ，而RS=00将不允许进行充电。
因此，根据慢速充电寄存器的不同编码可得到不同的充电电流。
RAM寄存器寻址空间一次排列的31字节静态RAM可为用户使用，备用电源位RAM提供了掉电保护功能。
寄存器和RAM的操作通过命令字节的BIT6加以区别。
当BIT6为“0”时对RAM区进行寻址；否则将对时钟/日历寄存器寻址。
其操作方法与前述相同。
2.2万年历硬件电路设计
万年历包括时间显示电路、按键电路、供电电源、时钟电路等几部分。
硬件电路框图参照图2.8。
该系统使用AT89C51单片机作为核心，通过读取时钟日历芯片DS1302，万年历的主要功能——时钟/日历。
使用比较通用的8段共阳数码管，做6位显示，分别显示时/年，分/月，秒/日。
图2.8多功能电子时钟硬件系统框图
键盘是为了完成时钟/日历的校对和日历/时间的切换显示功能。
+5V电源将为整个电路供电，具体电路图请参见附录A。
2.2.1时钟电路设计
系统时钟应用了实时时钟日历芯片DS1302，其连接如图2.9。
该硬件电路设计简单，抗干扰能力强。
AT89C51单片机P1.0直接接DS1302的RST端，上电后，AT89C51的P1.0脚自动输出高电平。
P1.2作为串行时钟接口，P1.1作为时钟数据的I/O。
DS1302采用单电源供电，平时由+5V电源供电，备用电池脚接空。
特别需要注意X1和X2两端连接的晶振Y1，该晶振频率为32.768KHz。
图2.9系统时钟电路
2.2.2显示电路
动态显示方式：
动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式，动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短，发光的亮度等因素，硬件电路简单，占用的I/O少硬件电路简单，电路采用PNP9012三极管做位选的驱动，如图2.10。
图2.10显示面板LED分布图
2.2.3按键电路
根据功能需要，本时钟需要设置以下功能键：
校对选择键，加1操作键，时间日历之间切换键。
按照键盘与单片机的连接方式可分为独立式键盘和矩阵式键盘。
独立式键盘是各个按键相互独立，每个按键占用一个I/O口线，每根I/O口线上的按键不会影响其他I/O口上按键工作状态。
独立式键盘电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口，在按键数量较多时，I/O口线浪费较大，且电路结构复杂。
矩阵式键盘适合按键较多时使用。
由于本设计的电子钟最多需要4个按键，若采用矩阵式键盘时会有按键浪费，故采
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