简易电子校历系统的整体设计.docx

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简易电子校历系统的整体设计

摘要

单片微型计算机简称单片机，它是把微型计算机的各个功能部件：

中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口、定时器/计数器以及串行通信接口等待集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机，故又把它称为单片微型计算机。

当今信息科技高速发展，随着集成电路制造工艺的进步，集成度越来越高，出现了大规模和超大规模集成电路，使用方便、低成本、通过软硬件结合而达到一定功能的智能电子设备已逐步成为我们日常生活中电子产品的主力军。

本设计是以AT89C52单片机为主控制芯片，同时配合外围时钟电路、温度采集电路、键盘电路、显示电路和相关软件程序，从而实现年、月、日、时、分、秒、星期、开学周数、温度以及重要节假日的的显示。

该方案既涉及到硬件的设计，同时也涉及到程序的编写，能够使设计者在程序设计和硬件设计方面得到很大的锻炼和提高。

关键词：

单片机；数码管；程序设计；硬件设计

Abstract

Singlechipmicrocomputerhereinafterreferredtoasmicrocontroller,itisthefunctionofthemicrocomputercomponents:

centralprocessingunitCPU,RAM,randomaccessmemory,read-onlymemoryROM,I/Ointerfaces,timer/counterandtheserialcommunicationinterfaceforintegrationonachip,constituteacompletemicrocomputer,soitisalsoknownassinglechipmicrocomputer.

Intoday'sinformationtechnologyhighspeeddevelopment,alongwiththeprogressoftheintegratedcircuitmanufacturingtechnology,theintegrationismoreandmorehigh,alargeandverylargescaleintegratedcircuit,convenientuse,lowcost,combiningsoftwareandhardwareandreachesacertainfunctionofintelligentelectronicdeviceshavegraduallybecomethemainforceofelectronicproductsinourdailylife.

OfthisdesignisbasedonAT89C52singlechipmicrocomputercontrolchip,atthesametime,cooperatewiththeperipheralclockcircuit,temperaturecollectioncircuit,keyboardcircuit,displaycircuitandrelevantsoftwareprogram,soastorealizeyear,month,day,hours,minutes,seconds,weeksandweeksofschool,temperature,andmajorholidaysofthedisplay.Theplaninvolvesthedesignofthehardwarealready,alsoinvolvesthewritingoftheprogramatthesametime,canmakedesignersintheprogramdesignandgotalotofexerciseandimprovethehardwaredesign.

Keywords:

singlechipmicrocomputer;digitaltube;hardwaredesign;programdesign

1绪论

1.1电子校历的发展史

人类在自然界斗争的过程中，不断总结和丰富着自己的知识。

电子科学技术就是在生产斗争和科学实验中发展起来的。

1883年美国发明家爱迪生发现了热电子效应，随后在1904年弗莱明利用这个效应制成了电子二极管，并证实了电子管具有“阀门”作用，他首先被用于无线电检波。

1906年美国的德弗雷斯在弗莱明的二极管中放进了第三个电极——栅极而发明了电子三极管，从而建树了早期电子技术上最重要的里程碑。

半个多世纪以来，电子管在电子技术中立下了很大功劳；但是电子管毕竟成本高，制造繁，体积大，耗电多，从1948年美国贝尔实验室的几位研究人员发明晶体管以来，在大多数领域中已逐渐用晶体管来取代电子管。

但是，我们不能否定电子管的独特优点，在有些装置中，不论从稳定性，经济性或功率上考虑，还需要采用电子管。

集成电路的第一个样品是在1958年见诸于世的。

集成电路的出现和应用，标志着电子技术发展到了一个新的阶段。

它实现了材料、元件、电路三者之间的统一；同传统的电子元件的设计与生产方式、电路的结构形式有着本质的不同。

随着集成电路制造工艺的进步，集成度越来越高，出现了大规模和超大规模集成电路（例如可在一块6mm平方的硅片上制成一个完整的计算机），进一步显示出集成电路的优越性。

正是因为电子技术的飞速发展，才有了现在各种各样电子产品的出现。

介绍电子校历之前，先简要介绍一下电子钟。

电子钟有着很长的历史，从民国19年的电钟，研制始於60年代中期的国内电晶体、半导体管钟，到研制始於70年代末的石英电子钟，再到今天我们所用的智能电子钟。

以前的电子钟存在着很多缺点，其外观体积庞大，在功能上有死摆、走时时间不长、走时精确度不高等缺点。

如今无论是外观，还是在功能上，电子钟都有了很大的改进。

虽然电子钟有很长的发展历史，但是适用于学校的电子钟确是近几年才发展起来的。

在21世纪以前，电子校历在各大高校没有出现过，它是近几年随着电子钟的发展才发展起来的。

虽然起步晚，但是原理上与电子钟没有太大的差异，只是增加了一些辅助功能，再加上如今如此发达的软硬件技术，所以在功能上已经接近完善。

针对于不同的学校，校历在软件和硬件的设计上会有略微的差异。

1.2设计的目的与意义

人类的生活包括：

工作、学习、休息以及参与社会的多种实践活动，环环有条有理，更加丰富多彩。

今天做什么，明天做什么，心中要有数，要制定学习计划，绝不能信马由缰。

在偌大的自考队伍中，有的是部门领导、公司经理，他们的工作要比一般人员忙得多，却能在每次考试中取得较理想的成绩，有的甚至学了专科又学本科，且做到自学与工作两不误，很有时间安排的计划性。

但有的考生往往在报名时热情很高，在临考前却说连书都没有看完，失去了考试的信心。

究其原因，关键是他们没有有计划地利用时间。

时钟的计时功能与人类的各种行为和活动有着密切的联系，于是时钟的作用便体现出来，学校中有许多人，因为只顾忙于眼前的事情而忘记时间，从而耽误了重要的安排或者计划，造成不可挽回的损失，使之后悔莫及。

我们要养成良好的时间观念，就需要电子钟时刻提醒我们。

现在投入生产的大多是智能时钟，它的功能很全面，但价格有点昂贵，而且不太适合学校使用。

电子学校日历可以应学校的要求，使它实现的功能更加全面，例如校庆、节假日放假通知等。

而且价格便宜，无论是小学、中学还是大学都很实用。

1.3设计的基本思路与主要内容

设计一个电子产品，首先了解它能实现的功能，电子校历系统最基本的功能就是实现计时，通过单片机控制DS1302芯片实现。

此外还有温度的测量，通过单片机控制18B20温度传感器实现。

还有就是开学周数的计算。

最后在数码管上将年、月、日、时、分、秒、星期、周数、温度一一显示出来。

此外还设有四个按键，复位按键和调节按键。

可以通过按键实现年、月、日、时、分、星期、周数的调节。

每到重要节假日时，如“五一”或者“十一”，在8*8LED点阵上进行显示提醒。

硬件设计很简单，主要包括：

单片机、按键电路、温度传感器电路、时钟电路、驱动显示电路，以及LED显示器四个部分。

单片机选用AT89C52芯片，它无须外扩程序存储器，设计电路很简单。

由于本次设计用到的端口数量太多，所以采用了两个单片机。

利用单片机之间的串口通信，从而实现单片机之间的数据传输。

按键电路方面，由于只用了四个按键，所以采用独立式按键使设计更简单。

温度传感器采用常用的18B20温度传感器。

时钟芯片采用DS1302芯片。

由于要显示的数字比较多，所以显示电路采用三个八位的数码管。

考虑到I/O口的数量，所以采用CD4543来驱动数码管。

电子校历可实现校时和整点报时功能，该软件采用C语言来实现，主要包括主程序、键输入程序、显示程序、定时程序和中断程序等软件模块。

把原程序加入原理图，做出电子校历的仿真，以秒计数并显示年、月、日、星期、时、分、秒、周数。

其中秒和分为60进制，小时为24进制计数。

可通过按键实现时钟复位和年、月、日、时、分、周数、星期的校正。

2简易电子校历系统的整体设计

2.1系统功能要求

以单片机技术为核心，充分应用各种外围电路元器件，设计一个通过显示器显示时间、温度、开学周数和节假日的电子校历。

要求：

（1）上电时，年、月、日显示为13年、05月、01日，时、分、秒显示为12时、00分、00秒，星期三，并以秒为单位开始计时；

（2）上电后，通过程序控制温度传感器，显示外界温度；

（3）每到“五一”或“十一”的时候，通过点阵显示提醒；

（4）运行状态下，按动控制按扭SET_1，选择需要调节的数字；

（5）运行状态下，按动控制按扭SET_REG，复位；

（6）运行状态下，按动控制按扭SET_UP，进行加一调整；

（7）运行状态下，按动控制按扭SET_DOWN，进行减一调整。

2.2整体方案

电子校历的电路图主要由单片机（AT89C52）、键盘电路、驱动显示电路、LED显示器、时钟电路和温度传感器六部分组成，它主要实现年、月、日、时、分、秒、温度、星期、周数的显示，以及它们进行调整。

其系统整体结构如图2-1所示。

图2-1电子校历系统整体结构

（1）数码管显示方案

方案一：

静态显示就是当CPU将要显示的字或字段码送到输出口，显示器就可以显示出所要显示的字符，如果CPU不去改写它，它将一直保持下去；静态显示硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢。

方案二：

动态显示则是一位一位地轮流点亮显示器地各个位（扫描）。

对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次；动态显示耗能较小，但编写程序较复杂。

动态显示硬件连接简单，信息刷新速度快。

由于本次设计是对时间、温度等进行显示，如采用静态显示，则所占用的I/O口较多，电路较复杂,所以在此选择的是方案二，采用动态显示。

（2）键盘方案

方案一：

独立式键盘。

独立式键盘的各个按键相互独立，每个按键独立地与一根数据输入线（单片机并行接口或其他芯片的并行接口）连接。

独立式键盘配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根接口线，在按键数量不多时，接口线占用多。

所以，独立式按键常用于按键数量不多的场合。

方案二：

矩阵式键盘。

矩阵式键盘采用的是行列式结构,按键设置在行列的交点上.（当接口线数量为8时,可以将4根接口线定义为行线,另4根接口线定义为列线,形成4*4键盘,可以配置16个按键。

）

由于本设计只用了四个按键，不需