【正文】 設(shè)計(jì)一個(gè)電子萬(wàn)年歷，要求能顯示陽(yáng)歷年、月、日、星期、小時(shí)、分鐘、秒和陰歷年、月、日，在顯示農(nóng)歷時(shí)間時(shí)，能標(biāo)明是否為閏年。主控芯片使用AT89C52 單片，時(shí)鐘芯片使用美國(guó) DALlAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘 DS1302。任務(wù)分析：實(shí)現(xiàn)對(duì)陽(yáng)歷時(shí)間、日期及陰歷日期的顯示，需要單片機(jī)的控制，并通過(guò)顯示模塊進(jìn)行顯示。能對(duì)時(shí)間、日期進(jìn)行調(diào)節(jié)，就需要按鍵模塊。西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22. 本設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方案 方案論證與比較 方案一：基于 AT89C52 的電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì) 采用 AT89C52 芯片作為硬件核心，采用 Flash ROM，內(nèi)部具有 4KB ROM 存儲(chǔ)空間,能于 3V 的超低壓工作,而且與 MCS51 系列單片機(jī)完全兼容，編程也簡(jiǎn)單，而且價(jià)格便宜，使整體的設(shè)計(jì)成本降低。采用 LCD12864 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(jiàn),顯示美觀，方便查看。采用 DS1302 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘，DS1302 芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度高, RAM做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓 ～ 范圍內(nèi)， 時(shí)耗電小于 300nA。本方案的系統(tǒng)框圖如圖 所示。圖 方案一系統(tǒng)框圖 方案二：基于 PLD 的電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)采用 ALTERA 公司的 FLEX10K 系列 PLD 器件。設(shè)計(jì)起來(lái)結(jié)構(gòu)清晰，各個(gè)模塊，從硬件上設(shè)計(jì)起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，控制與顯示的模塊間的連接比較方便。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(duì)于顯示文字比較適合。采用 DS1302 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘，DS1302 芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度高, RAM主 控 模 塊（ AT89C52）時(shí) 鐘 電 路（ DS1302） 鍵 掃 描 電 路LCD12864顯示 電 路電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)3做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓 ～ 范圍內(nèi)， 時(shí)耗電小于 300nA。本方案的系統(tǒng)框圖如圖 所示。圖 方案二系統(tǒng)框圖 方案三：基于凌陽(yáng)單片機(jī)的電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)凌陽(yáng) 16 位單片機(jī)有豐富的中斷源和時(shí)基。它的準(zhǔn)確度相當(dāng)高，并且 C 語(yǔ)言和匯編兼容的編程環(huán)境也很方便來(lái)實(shí)現(xiàn)一些遞歸調(diào)用。I/O 口功能也比較強(qiáng)大，方便使用。用凌陽(yáng) 16 位單片機(jī)做控制器最有特色的就是它的可編程音頻處理，可完成語(yǔ)音的錄制播放和識(shí)別。這些都方便對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行擴(kuò)展，使設(shè)計(jì)更加完善，成本也相對(duì)低一些。采用 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描,LED 數(shù)碼管價(jià)格適中,對(duì)于顯示數(shù)字最合適,而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí),占用的單片機(jī)口線少。直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒計(jì)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(shí)間誤差較大。本方案的系統(tǒng)框圖如圖 所示。主 控 模 塊（ PLD）時(shí) 鐘 電 路（ DS1302） 鍵 掃 描 電 路點(diǎn) 陣 數(shù) 碼 管主 控 模 塊 （ 凌陽(yáng) ） 鍵 掃 描 電 路LED數(shù) 碼 管西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4圖 方案三系統(tǒng)框圖 本設(shè)計(jì)方案選擇在方案二中，但是考慮到本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，PLD 在功能擴(kuò)展上比較受局限，而且占用的資源也相對(duì)多一些。顯示模塊使用的點(diǎn)陣式數(shù)碼管的價(jià)格相對(duì)較高。在方案三中，凌陽(yáng)單片機(jī)在控制與顯示的結(jié)合上有些復(fù)雜，顯示模組資源相對(duì)有限，而且單片機(jī)的穩(wěn)定性不是很高。顯示模塊使用的數(shù)碼管編程繁瑣，操作比液晶顯示復(fù)雜，也不便于直觀的查看。綜上各所述,本次設(shè)計(jì)將選擇方案一：基于 AT89C52 的電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)。采用 AT89C52 作為控制系統(tǒng)； DS1302 提供時(shí)鐘；LCD12864 作為顯示。電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)53．硬件電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 控制電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 電路選擇最小控制系統(tǒng)由單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路組成。晶體振蕩器的兩端分別接兩個(gè)電容，來(lái)對(duì)晶振信號(hào)退耦。單片機(jī)復(fù)位采用的上電復(fù)位的方式。如圖 所示為控制系統(tǒng)電路圖。圖 控制系統(tǒng)電路圖 元器件的選型及參數(shù)計(jì)算單片機(jī) AT89C52 AT89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM，32西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89C52 的引腳圖如圖 所示。圖 AT89C52 引腳圖P0 口：P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時(shí)，P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。如圖 所示為 P0 口的上拉電阻電路連接圖。圖 P0 口上拉電阻電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)7P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。 此外， 和 分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（） ，具體如下表所示。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 RST——復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG——當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG） 。PSEN——程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 PSEN 信號(hào)。EA/VPP——外部訪問(wèn)允許，欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，EA 端必須保持低電平。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端） ，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。單片機(jī)晶振電路晶振電路采用的是頻率為 12MHz 的晶體振蕩器。在晶振的兩端接兩個(gè)電容值為30pF 電容的目的是為晶振輸出信號(hào)濾波。如圖 所示為晶振電路連接圖。圖 單片機(jī)晶振電路西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8單片機(jī)復(fù)位電路復(fù)位電路采用的復(fù)位方式為上電復(fù)位。復(fù)位電路中使用的電容 C2 的值為 30pF，電阻 R11 的值為 10K。上 電 瞬 間 ， 電 容 充 電 電 流 最 大 ， 電 容 相 當(dāng) 于 短 路 ， RST 端為 高 電 平 ， 自 動(dòng) 復(fù) 位 ； 電 容 兩 端 的 電 壓 達(dá) 到 電 源 電 壓 時(shí) ， 電 容 充 電 電 流 為 零 ， 電容 相 當(dāng) 于 開(kāi) 路 ， RST 端 為 低 電 平 ， 程 序 正 常 運(yùn) 行 。 如 圖 所 示 為 復(fù) 位 電 路 圖 。圖 單片機(jī)復(fù)位電路 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 電路選擇時(shí)鐘電路的晶體振蕩器與單片機(jī)的晶振一樣，兩端分別接兩個(gè)電容，來(lái)對(duì)晶振信號(hào)退耦。如圖 所示為時(shí)鐘電路連接圖。圖 時(shí)鐘芯片電路圖電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)9 元器件的選型及參數(shù)計(jì)算時(shí)鐘芯片 DS1302DS1302 是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM 數(shù)據(jù)。DS1302 內(nèi)部有一個(gè) 318 的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。DS1302 是 DS1202 的升級(jí)產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。如圖 所示為 DS1302 引腳圖，其中 Vcc1 為后備電源，Vcc2 為主電源。X1和 X2 是振蕩源，外接 晶振。圖 DS1302 引腳圖控制字節(jié)的最高有效位(位 7)必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫(xiě)入DS1302 中，位 6 如果為 0，則表示存取日歷時(shí)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(xiě)操作，為 1 表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開(kāi)始輸出。 在控制指令字輸入后的下一個(gè) SCLK 時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開(kāi)始。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下一個(gè) SCLK 脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位 0 位到高位 7。讀寫(xiě)時(shí)序如下圖 所示。西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10圖 DS1302 讀/寫(xiě)時(shí)序圖DS1302 有 12 個(gè)寄存器，其中有 7 個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式,其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表 3１。表 31 DS1302 的日歷、時(shí)間寄存器DS1302 晶振電路DS1302 的晶振電路與單片機(jī)的晶振電路相似，唯一不同之處在晶振的頻率，DS1302 所選晶振頻率為 。如圖 所示為 DS1302 的晶振電路。圖 DS1302 晶振電路電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)11 顯示電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 電路選擇圖 顯示電路連接圖LCD12864 的引腳直接接在單片機(jī)的引腳上面，RE、RW、E、PSB 依次接在單片機(jī) 至 口上，數(shù)據(jù)口 D0D7 依次接在單片機(jī) P0 口上。A 引腳上接一個(gè) 10K 的滑動(dòng)變阻器來(lái)調(diào)節(jié)顯示屏的亮度。顯示部分電路圖如圖 所示。 元器件的選型及參數(shù)計(jì)算LCD12864 液晶顯示12864 是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示 84行 1616 點(diǎn)陣的漢字。 。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。各管腳功能如表 3—2 所示。表 3—2 12864 管腳功能表管腳號(hào) 管腳名稱(chēng) 電平 管腳功能描述1地 VSS 0V 電源地2+5V VCC +5V 電源正3中 V0 對(duì)比度（亮度）調(diào)整（可以接 Vcc）西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）124單 1 RS(CS) H/LRS=“H”,表示 DB7——DB0 為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”,表示 DB7——DB0 為顯示指令數(shù)據(jù)5單 2 R/W(SID) H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到 DB7——DB0R/W=“L”,E=“H→L”, DB7——DB0 的數(shù)據(jù)被寫(xiě)到 IR或 DR6單 3 E(SCLK) H/L 使能信號(hào)7單 39 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線8單 38 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線9單 37 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線10單 36 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線11單 35 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線12單 34 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線13單 33 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線14單 32 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線15單 4 PSB H/L H：8 位或 4 位并口方式，L：串口方式（見(jiàn)注釋 1）16 空 NC 空腳17 空 /RESET H/L 復(fù)位端，低電平有效（見(jiàn)注釋 2）18 空 VOUT LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19+5V A VDD 背光源正端（+5V） （見(jiàn)注釋 3）2