1、物理与电子工程学院 2011 级本科课程设计III基于单片机的万年历设计课程设计摘 要电子万年历是一种非常广泛的日常计时工具，它不仅能够对时间技术，还能够对日期、温度、湿度等进行显示，所以在现代社会受到广泛应用。本设计是一个基于 AT89C51 单片机的多功能日历显示系统，本设计能显示公历年、月、日，以及时、分、秒、温度、星期等信息，而且还具有日期调整、时间校准以及温度采集等功能。系统所用的时钟日历芯片 DS1302 和数字式温度传感器 DS18B20 具有高性能、低功耗、接口简单的特点，使本系统电路简化，编程方便，同时功能也很强。采用 AT89C51 单片机的万年历系统可以很好的改善传统采用
2、模拟电路引起的计时不准确，不可靠，一致性差等问题。本文设计是用单片机为主控制，通过电路仿真而实现的。在 Proteus7 软件绘制硬件电路原理图，用 Keil 软件进行编程与调试，最终生成 hex 文件，载入单片机，从而实现仿真效果。本文设计经过最终调试，能够正确显示年、月、日、周、时、分、秒以及温度等所需信息，并能正常使用对日期与时间的调整与校正功能。系统使用1602LCD 液晶屏显示信息，界面简洁、直观、易于操作。关键词：万年历；单片机；AT89C51；DS1302；DS18B20物理与电子工程学院 2011 级本科课程设计V目 录1 引言 .11.1 研究的目的和意义 .11.2 本系统
3、主要研究的内容 .12 系统方案论证 .22.1 控制部分的选择方案与论证 .22.2 显示部分的选择方案与论证 .22.3 时钟芯片的选择方案与论证 .22.4 温度传感器的选择方案与论证 .32.5 电路设计最终方案系统原理及总体结构图 .33 系统设计 .43.1 系统硬件仿真原理图 .43.2 单片机 89C51 控制模块的设计 .43.3 LCD 液晶显示模块设计 .73.4 DS1302 时钟模块的设计 .93.5 DS18B20 温度采集模块的设计 .124 系统调试 .154.1 硬件调试 .154.2 软件调试 .155 结论 .15参 考 文 献 .16物理与电子工程学院
4、2011 级本科课程设计VI附 录 .17物理与电子工程学院 2011 级本科课程设计11 引言人类的日常生活离不开时间，任何具有周期变化的自然现象都可用来测量时间。而现在人们日常生活中广泛使用的是机械表、电子表、电子中等。随着科技的发展，电子技术和计算机应用领域不断扩大，特别是单片机的出现，是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑。基于单片机的万年历结合了时钟和日立的功能，将其二者融为一体，在现实时间的同时还能显示日期和年月，它主要通过单片机来读取时钟芯片的时间、日期，然后送给显示设备显示出来。本系统的万年历除了显示年月日外还能准确显示温度它所处环境的温度。本设计采用的测温元件是美国 DAL
5、LAS 半导体公司生产的一种智能温度传感器DS18B21，测温范围为-55125C，最高分辨率达到 0.0625C。1.1 研究的目的和意义随着电子技术的迅速发展，特别是大规模集成电路出现，给人类生活带来了根本性的变化，尤其是单片机技术的应用产品已经走进了千家万户。近年来，我国科技不断发展，我国经济发展的支柱产业电子产业获得长足发展，各种电子产品琳琅满目，随处可见，随着电子产品的更新速度的加快，各种功能强大，款式新颖的电子产品不断问世。万年历便是这一发展趋势中的代表，万年历则顺应了人们对时间方面的要求。它的出现给人们的生活带来的诸多方便，在时间极显宝贵的现代生活中，起作用更是不言而喻的。他在学
6、校、车站、码头、剧院、医院、办公室等公共场所的应用非常广泛。但传统的万年历除了显示时间之外，功能较为单一，逐渐失去了市场。顺应技术发展和人们生产生活需求，各种功能的新式万年历不断涌现，且功能不断更新。万年历作为电子类的小产品以其方便、实用等优势成为市场上的宠儿，同时也成为单片机设计培训中一个很实用的课题。因为这个课题有很好的开发性和可发挥性，因此对设计者的要求比较高，不仅考察了队单片机的掌握能力更加强调了对单片机扩展的应用。而且要求设计的万年历在操作上力求简洁，功能上尽量齐全，显示界面也要出色。所以万年历不论从实用角度还是培养能力角度都很有价值。1.2 本系统主要研究的内容本系统的主要研究内容
7、是：（1）选用电子万年历芯片时，应重点考虑功能实在、使用方便、单片存储、低功耗、抗断电的器件。（2）根据选用的电子万年历芯片设计外围电路和单片机的接口电路。（3）在硬件设计时，结构要尽量简单实用，易于实现，是系统电路尽量简物理与电子工程学院 2011 级本科课程设计2单。（4）根据硬件电路，编写控制 AT89C51 芯片的单片机程序。（5）通过编程、编译、调试，把程序下载到单片机上运行，并实现本设计的功能。2 系统方案论证2.1 控制部分的选择方案与论证方案一：用可编程逻辑器件设计可采用 PLD 器件，设计起来结构清晰，各个模块从硬件上设计起来相对简单，控制与显示的模块间连接也会比较方便。但是
8、考虑到本设计的特点，EDA 在能够扩展上比较受局限，占用的资源也多。从成本上讲，可编程逻辑器件价格比较高。方案二：用单片机设计用 单片机芯片作为控制部分，单片机有丰富的中断源，它的准确5189CAT度相当高，并且 C 语言的灵活运用，给编程带来了方便。单片机 I/O 功能也比较强大，容易对其进行扩展，使设计更加完善，此外单片机的成本也比较低。综上所述， 资源丰富，程序编写也灵活简单，可移植性强，性价比也高，所以选择 作为主控芯片。5189T2.2 显示部分的选择方案与论证方案一：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，对于显示文字比较合适，但是基于电子万年历主要是显示数字
9、，就显得太浪费了，且价格相对较高。方案二：采用 LCD 液晶显示屏LCD 液晶显示屏的显示功能特别强大，可以显示大量文字、图形，显示多样清晰可见，使得万年历的内容更加丰富，加上动态显示效果，更加吸引观众的眼球。2.3 时钟芯片的选择方案与论证方案一：直接采用单片机定时计数器直接采用单片机定时计数器提供时间单位秒，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，实现时间误差较大，而且不具有实时性，必须用到断电存贮资料，否则一断电，时钟就不会准确，误差太大。方案二：采用 DS1302 时钟芯片实现时钟DS1302 时钟芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动
10、对秒、时、分、日、周、物理与电子工程学院 2011 级本科课程设计3月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高的 RAM 作为数据暂存区，工作电压 2.5V5.5V 范围内，2.5V 时耗电小于 300mA。此外可以外接电池，具有实时性，断电后时间还会走，比较精准。2.4 温度传感器的选择方案与论证方案一：使用热敏电阻作为传感器用热敏电阻与一个相应该阻值相串联分压，用热敏电阻随温度变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并用 A/D 转换。此设计方案需用 A/D 转换电路，增加硬件成本而且热敏电阻的温性曲线并不是严格线性的，会产生较大测量误差。方案二：采用数字式温度传感器 DS18B20此类传
11、感器为数字式传感器，而且仅需要一条数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以去除 A/D 模块，降低硬件成本，简化系统电路，测量温度精度高。2.5 电路设计最终方案系统原理及总体结构图本系统包括主控模块，显示模块，时钟模块，温度采集模块，综上各方案所述，电路设计最终方案：采用 作为主控制系统，1602LCD 液晶作为显5189CAT示部分，DS1302 作为时钟模块，DS18B20 传感器来采集温度信息。根据上述电路设计最终方案，系统总体设计方案如图 2-1 所示设计的电路主要由四大模块构成：温度传感器电路，单片机控制电路，显示电路以及校正电路。图 2-1 系统总体结构图当温度传感器接受到外面
12、的信号，送入单片机，单片机将接受到的信号输出，物理与电子工程学院 2011 级本科课程设计4让它在液晶上显示。同时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显示器显示。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，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
13、计数器清零。设计采用的是年、月、日和时、分、星期显示，所以在单片机通过对数据处理进行同时在液晶上显示。3 系统设计3.1 系统硬件仿真原理图本次设计是在 Proteus 软件绘制的硬件图，如下图 3-1 所示图 3-1 硬件仿真原理图3.2 单片机 89C51 控制模块的设计AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 CMOS8 位单片机，片内含4KB 的可反复擦除的只读程序存储器（PEROM）和 128B 随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 FLA
14、SH 存储单元，功能强大物理与电子工程学院 2011 级本科课程设计5AT89C51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。主要性能参数：与 MCS-51 产品指令系统完全兼容4K 字节可重擦写 FLASH 闪速存储器1000 次擦写周期全静态操作：0HZ-24MHZ三级加密程序存储器128 8 字节内部 RAM32 个可编程 I/O 口线2 个 16 位定时/计数器6 个中断源可编程串行 UART 通道图 3-2 AT89C51 引脚封装图芯片引脚介绍：（1）主电源引脚 VCC：+5 V 电源 VSS：地线。（2）时钟电路引脚XTAL1 和 XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时
15、，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，用于接外部时钟脉冲信号。（3）控制信号引脚 RST/VPD：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平物理与电子工程学院 2011 级本科课程设计6时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作;当单片机掉电时，此引脚上可接备用电源，由 VPD 向片内 RAM 提供备用电源，一保持片内 RAM 中的数据不丢失。 ALE/PROG：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE 用于控制把 P0 口输出的低 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 1/6 的固定频率输出的正脉冲，因此,可作为外部时钟或
16、外部定时脉冲使用。对于 EPROM 型单片机，在 EPRAM 编程期间，此引脚接收编程脉冲。 PSEN:片外程序存储器读选通信号输出端。 EA/VPP：访问程序存储控制信号。当 EA 信号为低电平时，对 ROM 的读操作限定在外部程序存储器；当 EA 信号为高电平时，对 ROM 的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。对于 EPROM 型单片机，在 EPRAM 编程期间，此引脚接上加 21V EPROM 编程电源 VPP。(4)I/O 引脚P0.0 P0.7： P0 口 8 位双向口线，P1.0 P1.7 ：P1 口 8 位双向口线，P2.0 P2.7 ：P2 口 8 位双向口
17、线，P3.0 P3.7 ：P3 口 8 位双向口线。 P3 口线的第二功能。P3 的 8 条口线都定义有第二功能，详见表 3-21。表 3-1 P3 口各引脚与第二功能表引脚 第二功能 信号名称P3.0 RXD 串行数据接收P3.1 TXD 串行数据发送P3.2 INT0 外部中断0申请P3.3 INT1 外部中断1申请P3.4 T0 定时/计数器 0 的外部输入P3.5 T1 定时/计数器1的外部输入P3.6 WR 外部RAM写选通P3.7 RD 外部RAM读选通以上把 8051 单片机的全部信号引脚分别以第一功能和第二功能的形式列出。对于各种型号的芯片，其引脚的第一功能信号是相同的，所不同
18、的只在引脚的第物理与电子工程学院 2011 级本科课程设计7二功能信号。对于 9、30 和 31 三个引脚，由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。但是 P3 口的情况却有所不同，它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。因此，在实际使用时，都是先按需要选用第二功能信号，剩下的才以第一功能的身份作数据位的输入/输出使用。图 3-3 单片机控制模块3.3 LCD 液晶显示模块设计显示模块主要是用来显示公历年、月、日以及时、分、秒、温度、星期等信息。LCD 智能型显示模块则是一种低功耗、低价值、低损耗的显示器件，它不但可以显示各式各样的字符、汉子和图形，同时具有可编程能力，且与单片机接口方便，基于以上优点，LCD 智能型显示模块获得了广泛的应用。1602LCD 点阵液晶显示模块是由 16*2 个液晶显示点组成的一个 16 列*2 行的阵列。每个显示点对应一位二进制数，1 表示亮，0 表示灭。存储这些点阵信息的 RAM 称为显示数据存储器，要显示某个图形或汉字就是将相应的点阵信息写入到相应的存储单元中。图形或汉字的点阵信息当然有自己设计，问题的关键就是显示点在液晶屏上的位置（行或列）与其在存储器中的地址之间的关系。每个存储单元存储
