1、焦作大学毕业设计 摘 要1摘 要万年历设计是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品 ,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用, 使得数字钟的精度, 远远超过老式钟表, 钟数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，但是所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究万年历及扩大其应用，有着非常现实的意义。本课题基于单片机设计的万年历设
2、计，用 AT89C51 来完成电路的控制，用DS1302 完成时钟的显示部分。本设计涉及到了单片机与外围器件的串行、并行通信原理和 INT0，INT1 中断原理，定时器计数器原理，键盘原理，液晶显示原理等。关键词：单片机；万年历；液晶技术；焦作大学毕业设计 摘 要2AbstractCALENDAR digital circuit design is right. Hours, minutes and seconds. Figures show that the timing devices, widely used in individual households, stations, ter
3、minals offices and other public places, become an indispensable necessity in daily life, due to the number of integrated circuits the development and extensive application of quartz crystal oscillators, making digital clock accuracy, far more than old-fashioned clocks and watches, clock digital prod
4、uction and life to people brings great convenience, but also greatly expanded the original chime clocks. Such as regular auto-alarm, schedule automatic rang the bell, the time automatic control, regular radio, automatic closed-circuit from lights, oven timer switch, on-off power equipment, and even
5、a variety of regular electrical automatically enabled and so on, but all these are based on clocks and watches digitization basis. Therefore, the study calendar and expand its application, has a very practical significance. The topic of perpetual calendar design based on single chip design, with the
6、 AT89C51 to complete the circuit control the clock with the completion of the display part of the DS1302. This design relates to the MCU and peripheral devices, serial, parallel communication principles and INT0, INT1 interrupt principle, the timer counter principle, keyboard theory, liquid crystal
7、display rationale. Keywords: SCM; calendar; liquid crystal technology;焦作大学毕业设计 Abstract3目录1 系统总体设计 .11.1 引言 .11.2 系统整体设计思路 .11.3 设计方案选择 .21.4 功能介绍 .21.5 工作原理 .31.6 本章小结 .32 系统硬件电路设计 .42.1 单片机最小系统硬件的电路设计 .42.1.1 单片机电路设计 .42.1.2 时钟电路设计 .62.1.3 复位 电路设计 .72.2 时钟电路的设计 .82.2.1 DS1302 的性能特性 .82.2.2 DS1302
8、数据操作原理 .92.3 独立式键盘设计 .112.4 显示电路的设计 .113 系统软件设计 .143.1 阳历程序 .143.2 时间调整程序 .143.3 阴历程序 .163.4 万年历总体流程图 .183.5 万年历总程序（见附录） .194 设计总结 .20参考文献 .21附 录 .22致 谢 .45焦作大学毕业设计 目 录41 系统总体设计1.1 引言随着电子技术的不断发展，单片机技术在设计中所体现在出来的优势越来越明显，它不仅是电子信息类专业的一个重要部分，而且在其它类专业工程中也是不可缺少的。广泛地应用于家电、工业过程控制、仪器仪表、智能武器、航空和空间飞行器等领域发展更是迅速
9、，已成为新一代一些电子设备不可缺少的核心部件。目前世界上单片机年产量已达十多亿片，通常是当年微处理器产量的 4-5 倍以上。用最少的芯片就能实现最强大的功能。可以想见，这是将来电子产品的主流方向，它将无可置疑地一步步取代其它同类产品，其数量之大和应用面之广，是其它任何类型的计算机所无法比拟的 1。单片机是应工业测控需要而诞生的。它把计算机最基本的功能电路，如CPU、程序存储器、数据存储器、I/O 接口、定时、计数器、中断系统等集成到一块芯片上,形成单片形态的计算机。单片机通常以最小系统运行，在家用电器中和常用的智能仪器仪表中常常可以“单片”工作，同时单片机在我们日常生活中也经常见到，如电子表、
10、舞厅里的一些灯光的控制、一些招牌灯光的控制、工厂一些自动控制等。将来只要有自动控制方面的都会离不开单片机的开发和使用，对于现代的自动化控制起着举足轻重的作用。为了顺应形势发展的需要，我们学习了单片机课程，此次用液晶显示万年历和时间设置以及显示测温度的数据对单片机的学习起到了很好的巩固作用，尤其是对汇编语言程序的设计。 1.2 系统整体设计思路此设计即在数码管上显示年、月、日、时、分、秒、星期和阴历月、日，以及在显示农历时间时，能表明是否为闰年。原理框图如图 1-1 所示。电路一般包括以下几个部分：时钟电路模块、键盘扫描、单片机最小系统和显示电路等部分 2。对于各部分：为使时钟走时与标准时间一致
11、，校时电路是必不可少的，键盘用来校正液晶焦作大学毕业设计 1 系统总体设计2上显示的时间。单片机通过输出各种电脉冲信号来驱动控制各部分正常工作。（3）单片机发送的信号经过显示电路在数码管上显示出来。图 1-1 电子万年历电路系统构成框图Figure 1-1 Constitute a block diagram of electronic circuitry Calendar1.3 设计方案选择方案一 用 EDA 技术及 VHDL 语言控制来实现显示及测温度，且显示也可以用数码管，但设计电路复杂，不易实现。此外，对于 VHDL 语言也不够了解，故不采用此方案。方案二 主控芯片使用 51 系列 A
12、T89C52 单片机，时钟芯片采用美国 DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟 DS1320。采用 DS1320 作为计时芯片，可以做到计时准确。更重要的是，DS1320 可以在很小电流的后备电源（2.55.5 V 电源，在 2.5V 时耗电小于 300nA）下继续计时，而且 DS1320 可以变成编程选择多种充电电流来对后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电，显示模块采用普通的共阳 LED 数码管，键输入采用查询法实现功能调整，用汇编语言编程来控制单片机让它在数码管上显示数据及文字 3。由于单片机结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等优点，综合上
13、述方案的选择与比较，选择方案二。也主要是由于电器元件的熟悉程度以及市场的供求关系。在方案二中，大部分的电器元件我们较熟悉并且更容易获得。1.4 功能介绍此设计即在数码管上显示年、月、日、时、分、秒、星期和阴历月、日，以及在显示农历时间时，能表明是否为闰年。本次设计主要用单片机控制程序让它在数码管上显示年、月、日、时、分、焦作大学毕业设计 1 系统总体设计3秒及星期，时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送数码管显示。当计时发生误差的时候可以用校时电路进行校正。时计数器计满 24 小时后自动向日计数器进一，日计数器由平年、闰年的 28/30/31 对大、小月和二月的判断应与当月相应的日期相一致，
14、当日计数器计满时，向月计数器进位，月计数器计满 12 月向年计数器进位，当年计数器计满 100 时所以计数器清零。设计采用的是年、月、日和时、分、秒、星期以及温度同时显示。1.5 工作原理设计的电路主要由四大模块构成：单片机最小系统模块、时钟电路模块、键盘扫描模块和显示电路模块。由单片机控制的万年历以及时间显示，当时间及秒计数计满 60 时就向分进位，分计数器计满 60 分后向时计数器进位，小时计数器按“24 翻 1”规律计数。时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送数码管显示。当计时发生误差的时候可以用校时电路进行校正。时计数器计满 24 小时后自动向日计数器进一，日计数器由平年、闰年的 2
15、8/30/31 对大、小月和二月的判断应与当月相应的日期相一致，当日计数器计满时，向月计数器进位，月计数器计满 12 月向年计数器进位，当年计数器计满 100 时所以计数器清零。设计采用的是年、月、日和时、分、秒、星期显示，所以在单片机通过对数据处理进行同时在数码管上显示。1.6 本章小结本章主要介绍了万年历系统整体设计思路、设计方案选择、功能介绍和工作原理等，使对整个系统有个大致的了解，明白以后的设计方案和原理，为下面的硬件和软件设计埋下伏笔。焦作大学毕业设计 2 系统硬件电路设计42 系统硬件电路设计2.1 单片机最小系统硬件的电路设计2.1.1 单片机电路设计（1）AT89C51 的简介
16、AT89C51 是一种低功耗，高性能的 CMOS8 位微处理器，内部有 8K 字节的闪速PEROM ，该芯片采用 ATMEL 公司高密度、非挥发性存储器工艺制成且与工业标准的 MCS-51 系列的引脚及指令兼容，FLASH 系列存储器为快速擦写存贮器。相对于MCS-51 系列芯片而言，其特点如下 ：1、可擦写 1000 次2、全静态操作：0Hz.24MHz3、32 根可编程 I/O 口线4、内部 RAM 为 256 字节5、两个 16 位的定时/计数器6、5 个中断源AT89C51 有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含 2个外中断口，2 个 16 位可编程定时计
17、数器,2 个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C51 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。（2）AT89C51 芯片的管脚、引线与功能AT89C51 芯片图如图 2-1 所示。端口引脚信号介绍：P00P07 ：P0 口 8 位双向口线 P10P17 ：P1 口 8 位双向口线P20P27 ：P2 口 8 位双向口线 P30P37 ：P3 口 8 位双向口线其它引脚信号介绍：操作限程序存储器；而当 信号为高电平时，则对 ROM 的读操作是从内部EA程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。ALE 地址定在外部 访问程序存储器控制信号：当 信号为低电平时，对EAROM 的读锁存控制信号
18、：在系统扩展时，ALE 用于控制把 P0 口输出低 8 位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外由于 ALE 是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲作用 4。以实现外部 ROM 单元的 外部程序存储器读选取通信号：在读外部 ROMPSEN焦作大学毕业设计 2 系统硬件电路设计5时 有效（低电平） ，读操作。PSENXTAL1 和 XTAL2 外接晶体引线端：当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于拉外部的时钟脉冲信号。RST 复位信号：当输入的复位信号延续 2 个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复
19、位初始化操作。VSS：地线 VCC：+5V 电源P3 口的第二功能如表 2-1:表 2-1 P3 口第二功能表Table 2-1 P3 I second menu引脚号 第二功能P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0(外部中断 0)P3.3 INT0(外部中断 0)P3.4 T0（定时器 0 外部输入）P3.5 T1（定时器 1 外部输入）P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)（3）AT89C51 的总线结构AT89C51 的管脚除了电源、复位、时钟接入、用户 I/O 口部分 P3外，其余管脚都是为实现系统扩展而设置的。
20、这些管脚构成了三总线形式，即：（1）地址总线（AB）：地址总线宽度为 16 位，因此，其外部存储器直接地址外围为 64K 字节。16 位地址总线由 P0经地址锁存器提供低 8 位地址（A 0A 7） ；P2口直接提供高 8 位地址（A 8A 15） 。（2）数据总线（DB）：数据总线宽度为 8 位，由 P0口提供。（3）控制总线 （CB）：由部分 P3口的第二功能状态和 4 根独立控制线RESET、 、ALE、 组成。AT89C51 结构框图 如图 2-2 所示。EPS焦作大学毕业设计 2 系统硬件电路设计6图 2-1 AT89C51 芯片图Figure 2-1 AT89C51 chip di
21、agram图 2-2 AT89C51 结构图Figure 2-2 AT89C51 Structure2.1.2 时钟电路设计时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执焦作大学毕业设计 2 系统硬件电路设计7行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地作。（1）时钟信号的产生单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚 XTAL1，其输出端为引脚 XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。电容器 C1和 C2的
22、作用是稳定频率和快速起振，电容值的范围在 5pF30pF,典型值为 30pF。晶振的频率通常选择两种 6MHz 和 12MHz。只要在单片机的 XTAL1和 XTAL2 引脚外接晶体振荡器就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。（2）时钟振荡电路如图 2-3 所示：2.1.3 复位电路设计复位电路是使单片机的 CPU 或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这上状态开始工作。（1）单片机常见的复位电路通常单片机复位电路有两种：上电复位电路，按键复位电路。上电复位电路：上电复位是单片机上电时复位操作，保证单片机上电后立即进入规定的复位状态。它利用的是电容充电的原理来实现的。按键复
23、位电路：它不仅具有上电复位电路的功能，同时它的操作比上电复位电路的操作要简单的多。如果要实现复位的话，只要按下 RESET 键即可。它主要是利用电阻的分压来实现的 6。在此设计中，采用的按键复位电路。按键复位电路如图 2-4 所示。（2）复位电路工作原理1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 5-May-2004 Sheet of File: C:Documents and Settings123My DocumentsMyDesign.ddbDrawn By:C130pFC230pFY16MHzXTAL2XTAL1图 2-3 时钟振荡电路
