數(shù)字萬年歷的設(shè)計說明

1、摘 要電子萬年歷是一種非常廣泛日常計時工具，對現(xiàn)代社會越來越流行。它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，還具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，而且DS1302的使用壽命長，誤差小。對于數(shù)字電子萬年歷采用直觀的數(shù)字顯示，可以同時顯示年、月、日、周日、時、分、秒和溫度等信息，還具有時間校準(zhǔn)等功能。該電路采用AT89S52單片機(jī)作為核心，功耗小，能在3V的低壓工作，電壓可選用35V電壓供電。本設(shè)計是基于51系列的單片機(jī)進(jìn)行的電子萬年歷設(shè)計，可以顯示年月日時分秒與周信息，具有可調(diào)整日期和時間功能。萬年歷的設(shè)計過程在硬件與軟件方面進(jìn)行同步設(shè)計。硬件部分主要由AT89C52單片機(jī)，LED顯示電路，以與調(diào)時按鍵

2、電路等組成。在單片機(jī)的選擇上本人使用了AT89C52單片機(jī)，該單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。74HC164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。軟件方面主要包括日歷程序、時間調(diào)整程序，公歷轉(zhuǎn)陰歷程序，顯示程序等。所有程序編寫完成后，在wave軟件中進(jìn)行調(diào)試，確定沒有問題后，在Proteus軟件中嵌入單片機(jī)進(jìn)行仿真。最后總在老師同學(xué)的幫助以與自己的努力下完成了此次電子萬年歷的設(shè)計。關(guān)鍵詞：時鐘電鐘 DS1302 DS18B20 動態(tài)掃描 單片機(jī)18 / 22AbstractE-calendar day time is a very wide range of to

3、ols, increasingly popular in modern society. It can be year, month, day, Sunday, hours, minutes, seconds for time, but also has a leap year compensation to a variety of functions, and the DS1302's long life, small error. For the digital electronic calendar using an intuitive digital display can

4、simultaneously display year, month, day, Sunday, hours, minutes, seconds, and temperature and other information, but also a time-calibration and other functions. The circuit uses AT89S52 microcontroller as the core, power consumption, low-voltage work in 3V, the voltage can choose 3 5V voltage suppl

5、y.The design is based on 51 series of microcontrollers to the design of electronic calendar, you can display date information on when the minutes and seconds, and weeks, with adjustable date and time functions. At the same time in the design of the theoretical basis of the MCU and peripheral expansi

6、on of knowledge of the more comprehensive preparation. The hardware and software design, there is no good basic knowledge and practical experience will be greatly limited, each feature is required to achieve the kind of hardware, procedures, how to write, how to implement such algorithms, there is n

7、o certain foundation can not be good implementation. Found during the preparation process to the existing knowledge to complete the preparation of the task alone difficult,In the help of teachers and students to complete the program part of the preparation.Calendar of the design process in hardware

8、and software to synchronize the design. Hardware mainly by the AT89C52 microcontroller, LED display circuit, and the tune composed of the circuit when the button. In the SCM choice I used the AT89C52 microcontroller, which is suitable for many of the more complex control applications. Monitor the us

9、e of two 7SEG-MPX8-CA and a 7SEG-MPX4-CA. 7SEG-MPX8-CA is a total of eight-yang diode display, 7SEG-MPX4-CA is a total of four-yang diode display. In order to more easily control the three monitors, I use three 74HC164 to drive.74HC164 is an 8-bit edge-triggered shift register, serial input data, an

10、d parallel output. The software includes calendar program, time to adjust procedures, turn the lunar calendar programs, display programs. Programs written in assembly language used in order to more easily adjust the time and the realization of the lunar calendar display. All programming is complete,

11、 the wave software debugging, make sure that no problems, in the Proteus software within a microcontroller embedded in the simulation. The final overall the teacher to help students, as well as their own efforts to complete the design of the electronic calendar.Keywords:Clock electric clockDS1302DS1

12、8B20Dynamic scan SCM目錄第一章設(shè)計要求與方案論證1第一節(jié)設(shè)計要求1第二節(jié)系統(tǒng)基本方案選擇和論證1第三節(jié)電路設(shè)計最終方案決定3第二章系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)4第一節(jié)電路設(shè)計框圖4第二節(jié)系統(tǒng)硬件概述4第三節(jié)主要單元電路的設(shè)計4第三章系統(tǒng)的軟件設(shè)計8第一節(jié)程序流程框圖8第四章指標(biāo)測試12第一節(jié)測試儀器12第二節(jié)硬件測試12第三節(jié)軟件測試13第四節(jié)測試結(jié)果分析與結(jié)論13致詞15參考文獻(xiàn)16附錄一系統(tǒng)電路圖17附錄二系統(tǒng)使用說明書18第一章 設(shè)計要求與方案論證第一節(jié) 設(shè)計要求一、基本要求：1.具有年、月、日、星期、時、分、秒等功能；2.時間與陰、陽歷能夠自動關(guān)聯(lián)；3.具有溫度計功能； 4

13、.具備年、月、日、星期、時、分、秒校準(zhǔn)功能。二、創(chuàng)新要求1.具有上、下課響鈴功能；2.具有防御報警功能；第二節(jié) 系統(tǒng)基本方案選擇和論證一、單片機(jī)芯片的選擇方案和論證：方案一: 采用89C51芯片作為硬件核心，采用Flash ROM，部具有4KB ROM 存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,但是運(yùn)用于電路設(shè)計中時由于不具備ISP在線編程技術(shù), 當(dāng)在對電路進(jìn)行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。方案二:采用AT89S52,片ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底壓工作；同時也與MCS-51系

14、列單片機(jī)完全該芯片部存儲器為8KB ROM 存儲空間，同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對電路進(jìn)行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞。所以選擇采用AT89S52作為主控制系統(tǒng).二、顯示模塊選擇方案和論證：方案一：采用LED液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,但是價格昂貴,需要的接口線多,所以在此設(shè)計中不采用LED液晶顯示屏.方案二：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi),且價格也相對較高

15、,所以也不用此種作為顯示.方案三：采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價格適中,對于顯示數(shù)字最合適,而且采用動態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時,占用的單片機(jī)口線少。所以采用了LED數(shù)碼管作為顯示。三、時鐘芯片的選擇方案和論證：方案一：直接采用單片機(jī)定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時間誤差較大。所以不采用此方案。方案二：采用DS1302時鐘芯片實(shí)現(xiàn)時鐘，DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以與閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計數(shù)，而且精度高,位的RAM做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓2.5V5.5V圍

16、，2.5V時耗電小于300nA.四、溫度傳感器的選擇方案與論證:方案一：使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個相應(yīng)阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個電阻變化的分壓值，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。此設(shè)計方案需用A/D轉(zhuǎn)換電路，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴(yán)格線性的，會產(chǎn)生較大的測量誤差。方案二：采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，此類傳感器為數(shù)字式傳感器而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機(jī)連接，可以去除A/D模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。另外，數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量圍廣等優(yōu)點(diǎn)。第三節(jié) 電路設(shè)計最終方案決定綜上各方案所述,對

17、此次作品的方案選定: 采用AT89S52作為主控制系統(tǒng); DS1302提供時鐘;數(shù)字式溫度傳感器;LED數(shù)碼管動態(tài)掃描作為顯示。第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)第一節(jié) 電路設(shè)計框圖LED數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示模塊AT89S52主控制模 塊鍵盤模塊DS1302時鐘模塊溫度采集模塊第二節(jié) 系統(tǒng)硬件概述本電路是由AT89S52單片機(jī)為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在3V超低壓工作；時鐘電路由DS1302提供，它是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次

18、傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302部有一個31*8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點(diǎn)，同時具有掉電自動保存功能；溫度的采集由DS18B20構(gòu)成；顯示部份由個數(shù)碼管，74ls138、74ls47譯碼器構(gòu)成。使用動態(tài)掃描顯示方式對數(shù)字的顯示。第三節(jié) 主要單元電路的設(shè)計一、單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計AT89S52單片機(jī)為40引腳雙列直插芯片,有四個I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51單片機(jī)共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一條I/O線都能獨(dú)立地作輸出或輸入。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如下圖所示,18

19、引腳和19引腳接時鐘電路,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,在片它是振蕩器倒相放大器的輸出.第9引腳為復(fù)位輸入端,接上電容,電阻與開關(guān)后夠上電復(fù)位電路,20引腳為接地端,40引腳為電源端.如圖2.1所示圖2.1 主控制系統(tǒng)二、時鐘電路模塊的設(shè)計圖2.2示出DS1302的引腳排列，其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，DS1302由

20、Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.KHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RSTS置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電動行時，在Vcc大于等于2.5V之前，RST必須保持低電平。中有在SCLK 為低電平時，才能將RST置為高電平，I/O為串行數(shù)據(jù)輸入端（雙向）。SCLK始終是輸入端。圖2.2 DS13

21、02的引腳圖三、溫度采集模塊設(shè)計采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，它是數(shù)字式溫度傳感器，具有測量精度高，電路連接簡單特點(diǎn)，此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用0.7與DS18B20的I/O口連接加一個上拉電阻,Vcc接電源,Vss接地。如圖2.3所示。圖2.3 DS18B20溫度采集四、電路原理與說明(1) 時鐘芯片DS1302的工作原理：DS1302在每次進(jìn)行讀、寫程序前都必須初始化，先把SCLK端置 “0”，接著把RST端置“1”，最后才給予SCLK脈沖；讀/寫時序如下圖4所示。圖5為DS1302的控制字，此控制字的位7必須置1，若為0則不能把對DS1302進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)。對于位6

22、，若對程序進(jìn)行讀/寫時RAM=1，對時間進(jìn)行讀/寫時，CK=0。位1至位5指操作單元的地址。位0是讀/寫操作位，進(jìn)行讀操作時，該位為1；該位為0則表示進(jìn)行的是寫操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入/輸出的。表6為DS1302的日歷、時間寄存器容：“CH”是時鐘暫停標(biāo)志位，當(dāng)該位為1時，時鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位為0時，時鐘開始運(yùn)行?！癢P”是寫保護(hù)位，在任何的對時鐘和RAM的寫操作之前，WP必須為0。當(dāng)“WP”為1時，寫保護(hù)位防止對任一寄存器的寫操作。(2) DS1302的控制字節(jié)DS1302的控制字如表2.1所示?？刂谱止?jié)的高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不

23、能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5至位1指示操作單元的地址；最低有效位（位0）如為0表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出表2.1 DS1302的控制字格式1RAM/CKA4A3A2A1RD/WR五、顯示模塊的設(shè)計如圖2.5所示，采用動態(tài)掃描顯示，由個數(shù)碼管，3-8譯碼器74LS138接1K限流電阻,再接8550三極管接到共陽數(shù)碼管的CoM端作為選通位碼,每位選擇相應(yīng)的列。74ls47接240限流電阻,再接共行的LED數(shù)碼管的斷碼。圖2.5 LED動態(tài)掃描顯示第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計第一節(jié) 程序流程框圖開始初始

24、化讀、寫日期、時間和溫度分離日期時間溫度顯示值顯示子程序農(nóng)歷自動更新子程序日期、時間修改子程序閏月子程返回定時鬧鈴子程序圖3.1 主程序流程圖圖3.2計算陽歷程序流程圖圖3.3 時間調(diào)整程序流程圖圖3.4 陰歷程序流程圖第四章 指標(biāo)測試第一節(jié) 測試儀器序號名稱型號1PC機(jī)LXB-HF769A2雙路直流穩(wěn)壓電源CA17303D3V8通用單片機(jī)仿真器V8/L4數(shù)字萬用表DT92085ISP在線編程器第二節(jié) 硬件測試電子萬年歷的電路系統(tǒng)較大，對于焊接方面更是不可輕視，龐大的電路系統(tǒng)中只要出于一處的錯誤，則會對檢測造成很大的不便，而且電路的交線較多，對于各種鋒利的引腳要注意處理，否則會刺被帶有包皮的導(dǎo)

25、線，則會對電路造成短路現(xiàn)象。在本成電子萬年歷的設(shè)計調(diào)試中遇到了很多的問題?；叵脒@些問題只要認(rèn)真多思考都是可以避免的，以下為主要的問題：（）LED數(shù)碼管的斷碼錯亂,原因出于沒有認(rèn)真看清a、b 、c等引腳信息。解決：重新排列74LS47的輸出端，相應(yīng)接入LED數(shù)碼管，即可解決出現(xiàn)在的斷碼或亂碼。（2）對萬年歷修改時間或日期時，有時LED數(shù)碼管被屏蔽掉，造成不亮現(xiàn)象。解決：根據(jù)儀器的測試，發(fā)現(xiàn)電路的驅(qū)動能力不足，最后在DS1302時鐘芯片的/CS、SCLK、RET端接入5.1K的上拉電阻后,電路的驅(qū)動能力才能滿足，即可解決不亮現(xiàn)象。第三節(jié) 軟件測試電子成年歷是多功能的數(shù)字型，可以看當(dāng)前日期（陰、陽歷

26、）,時間，還有溫度的儀器。電子成年歷功能很多，所以對于它的程序也較為復(fù)雜,所以在編寫程序和調(diào)試時出現(xiàn)了相對較多的問題。最后經(jīng)過多次的模塊子程序的修改，一步一步的完成，最終解決了軟件。在軟件的調(diào)試過程中主要遇到的問題如下：1燒入程序后，LED數(shù)碼管顯示閃動,而且亮度不均勻。解決：首先對調(diào)用的延時進(jìn)行逐漸修改，可以解決顯示閃動問題。其次，由于本作品使作動態(tài)掃描方式顯示的數(shù)字，動態(tài)掃描很快，人的肉眼是無法看出,但是調(diào)用的顯示程序時，如果不在反回時屏蔽掉最后的附值，則會出現(xiàn)很亮的現(xiàn)象，所以在顯示的后面加了屏蔽子令，最后解決了此問題。2修改時間、日期時沒有農(nóng)歷沒有自動對應(yīng)上。解決：把不相關(guān)的程序暫時屏蔽，地農(nóng)歷的子程序獨(dú)立調(diào)試，發(fā)現(xiàn)在調(diào)用農(nóng)歷自動更新