【正文】 勝數(shù)，但多數(shù)是只針對(duì)時(shí)間顯示，功能單一，使用不便，壽命不長(zhǎng)不能滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枨?。而電子萬(wàn)年歷采用智能電子控制和顯示技術(shù)，改善了紙制日歷的缺陷。 課題的研究目的與意義二十一世紀(jì)是數(shù)字化技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，而單片機(jī)在數(shù)字化高速發(fā)展的時(shí)代扮演著極為重要的角色。電子萬(wàn)年歷的開(kāi)發(fā)與研究在信息化時(shí)代的今天亦是當(dāng)務(wù)之急，因?yàn)樗鼞?yīng)用在學(xué)校、機(jī)關(guān)、企業(yè)、部隊(duì)等單位禮堂、訓(xùn)練場(chǎng)地、教學(xué)室、公共場(chǎng)地等場(chǎng)合，可以說(shuō)遍及人們生活的每一個(gè)角落。所以說(shuō)電子萬(wàn)年歷的開(kāi)發(fā)是國(guó)家之所需，社會(huì)之所需，人民之所需。由于社會(huì)對(duì)信息交換不斷提高的要求及高新技術(shù)的逐步發(fā)展，數(shù)字萬(wàn)年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡(jiǎn)潔、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)，促使電子萬(wàn)年歷發(fā)展并且投入市場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用，具有廣闊的市電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2場(chǎng)前景。 課題研究的主要內(nèi)容本課題所研究的電子萬(wàn)年歷是單片機(jī)控制技術(shù)的一個(gè)具體應(yīng)用，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：(1) 選用電子萬(wàn)年歷芯片時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮功能實(shí)在、使用方便、單片存儲(chǔ)、低功耗、抗斷電的器件。(2) 根據(jù)選用的電子萬(wàn)年歷芯片設(shè)計(jì)外圍電路和單片機(jī)的接口電路。(3) 在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)要盡量簡(jiǎn)單實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)電路盡量簡(jiǎn)單。(4) 根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路， 自制 PCB 電路板完成器件的焊接，并編寫(xiě)控制AT89S52 芯片的單片機(jī)程序。(5) 通過(guò)編程、編譯、調(diào)試，把程序下載到單片機(jī)上運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的功能。(6) 軟件設(shè)計(jì)時(shí)必須要有完善的思路，要做到程序簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)32 系統(tǒng)功能要求與總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)一個(gè)能顯示年、月、日、時(shí)、分、秒、星期和當(dāng)前溫度的數(shù)字萬(wàn)年歷，采用 LCD 顯示并具備以下功能：一、 基本功能能夠任意設(shè)定年、月、日、時(shí)、分、秒、星期。二、 發(fā)揮功能(1) 任意設(shè)定報(bào)時(shí)時(shí)間；(2) 帶有溫度顯示；(3) 能夠區(qū)分平年、閏年和月份的大小；(4) 帶有掉電保護(hù)（停電后時(shí)鐘正常運(yùn)行，可以不顯示） 。(5) 有整點(diǎn)提示和鬧鐘。 系統(tǒng)方案選擇根據(jù)系統(tǒng)功能要求，初步確定系統(tǒng)由主控模塊、時(shí)鐘模塊、顯示模塊、按鍵接口模塊、電源模塊 5 部分模塊組成，另外再擴(kuò)充一個(gè)溫度檢測(cè)模塊，用于顯示測(cè)的實(shí)時(shí)的溫度，具體可由以下兩種方案實(shí)現(xiàn)。方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)為主控制核心，時(shí)間和溫度數(shù)據(jù)是通過(guò)時(shí)鐘芯片 DS1302 和數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 來(lái)讀取的，通過(guò)液晶顯示器顯示出來(lái)，并采用按鍵來(lái)完成對(duì)當(dāng)前時(shí)間的調(diào)整和定時(shí)時(shí)間的設(shè)定。方案二：以單片機(jī)為住控制核心，時(shí)間通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器，得出一秒的時(shí)間，再根據(jù)秒、分、時(shí)、日、星期、年之間的進(jìn)制關(guān)系，完成基本的時(shí)鐘功能，再通過(guò) LED 顯示模塊顯示出來(lái)。溫度檢測(cè)部分有熱敏電阻將溫度轉(zhuǎn)換成模擬量的電壓信號(hào)，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器，將其轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，再通過(guò)單片機(jī)把溫度值傳給 LED 顯示模塊顯示出來(lái)，并用按鍵來(lái)完成對(duì)當(dāng)前時(shí)間的調(diào)整和定時(shí)時(shí)間的設(shè)定。方案一和方案二的比較：時(shí)鐘設(shè)計(jì)可以用軟件編程或硬件實(shí)現(xiàn)，若用軟件設(shè)計(jì)誤差相對(duì)于硬件設(shè)計(jì)略大，在軟件設(shè)計(jì)中定時(shí)器如采用軟件查詢(xún)的方法占用大量的CPU 資源，所以最好采用中斷的方式以節(jié)約資源，但用軟件編程的方法對(duì)晶振要求電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4很高。因?yàn)闀r(shí)間的誤差主要來(lái)源于理想機(jī)器周期和實(shí)際周期之間的微小差距，此外還有送定時(shí)器初值時(shí)產(chǎn)生的誤差，況且用軟件編程比較復(fù)雜，所以本設(shè)計(jì)采用日歷時(shí)鐘芯片。時(shí)鐘芯片時(shí)間精確度高，性?xún)r(jià)比高，相對(duì)于軟件編程性能有很大提高，且可二次開(kāi)發(fā)，用于實(shí)時(shí)記錄一些重要的數(shù)據(jù)。為了增加設(shè)計(jì)的實(shí)用性方案一和方案二都增加了溫度顯示模塊，采用數(shù)字溫度芯片具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、調(diào)試方便或不用調(diào)試、易于實(shí)現(xiàn)群測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，而且直接輸出數(shù)字量的溫度值，簡(jiǎn)化了測(cè)量電路的同時(shí)又保證了測(cè)溫精度。采用熱敏電阻檢測(cè)溫度，其原理是熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，從而改變電路電壓或電流，這樣就得出與溫度有對(duì)應(yīng)電壓或電流的信號(hào)，再經(jīng)計(jì)算，就可得出被測(cè)溫度。由于電壓或電流量都是模擬量，易于受外界干擾，并且熱敏元件存在非線性誤差，這都將影響溫度的測(cè)量精度，還給計(jì)算帶來(lái)了麻煩。顯示模塊采用 LCD 能同時(shí)顯示所有信息，顯示直觀，軟件易于實(shí)現(xiàn)。綜合上面比較論證，本設(shè)計(jì)采用方案一來(lái)實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括單片機(jī)主控模塊、時(shí)鐘模塊、溫度采集模塊、顯示模塊、按鍵接口模塊、電源模塊?？驁D如圖 21 所示。單片機(jī)L C D 1 6 0 2時(shí)鐘模塊數(shù)字溫度模塊按鍵電源模塊蜂鳴器系統(tǒng)主控模塊由 AT89S52 單 片 機(jī) 組 成 ， 完 成 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 信 息 采 集 和 控 制 。 時(shí)鐘 模 塊 采 用 的 是 DS1302 數(shù) 字 時(shí) 鐘 芯 片 ， 主 要 為 萬(wàn) 年 歷 提 供 系 統(tǒng) 時(shí) 鐘 ， 并 帶有圖 21 系統(tǒng)框圖電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)5掉電保護(hù)。外 接 電 源 為 一 個(gè) 伏 的 紐 扣 電 池 ， 以 保 證 系 統(tǒng) 電 源 掉 電 后 時(shí)鐘正常運(yùn)行，可以不顯示。按鍵有四個(gè)獨(dú)立按鍵組成。顯示模塊選用的是 LCD1602 做顯示，完成系統(tǒng)時(shí)間和溫度的顯示。溫度采集選用的是 DS18B20，主要完成實(shí)時(shí)溫度的采集。蜂鳴器完成整點(diǎn)提示和鬧鐘功能。電源模塊為經(jīng)典的 7805 穩(wěn)壓模塊，為整個(gè)系統(tǒng)提供電源。本系統(tǒng)由 DS1302 提供萬(wàn)年歷系統(tǒng)時(shí)鐘，DS18B20 采集實(shí)時(shí)溫度，經(jīng)單片機(jī)由軟件處理后顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘和實(shí)時(shí)溫度。并且通過(guò)按鍵對(duì)時(shí)鐘和鬧鐘的調(diào)整，有蜂鳴器完成鬧鐘提示。電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)63 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)主控模塊的設(shè)計(jì) AT89S52 功能特性 AT89S52[2]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 ， 與 工 業(yè)80C51 產(chǎn) 品 指 令 和 引 腳 完 全 兼 容 。 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 AT89S52 為 眾 多 嵌 入 式 控 制 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 提 供 高 靈 活 、 更 有 效 的 解 決方 案 。AT89S52 具 有 以 下 標(biāo) 準(zhǔn) 功 能 ： 8k 字 節(jié) Flash， 256 字 節(jié) RAM， 32 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 ， AT89S52 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 。 同時(shí)該芯片還具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三 種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 AT89S52 引腳結(jié)構(gòu)介紹AT89S52 單片機(jī)引腳圖如圖 31 所示：電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)7 AT89S52 單片機(jī)共有 40 個(gè)引腳，主電源引腳 Vcc 和 GND，外部晶振引腳XATL1 和 XATL2，控制和復(fù)位引腳，輸入 /輸出引腳。輸入/輸出有 4 個(gè)準(zhǔn)雙向并行的 8 位 I/O 口 P0~P3，P0 口為三態(tài)雙向口，可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 電路，P1，P2 ，P3口為準(zhǔn)雙向口（作為輸入時(shí)，口線被拉成高電平故稱(chēng)為準(zhǔn)雙向口） ，其負(fù)載能力為 4個(gè) TTL 電路。VCC（40 腳）：電源端，接+5V。GND（20 腳）：接電源地。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 口具有內(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。P1 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（I IL）。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)。P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)圖 31 AT89S52 單片機(jī)引腳圖電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 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（TTL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送“1”。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 Flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 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）。P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表 31所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號(hào)。引腳號(hào) 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時(shí)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)器 1 外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)RST（9 引腳）：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T(mén)狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無(wú)效。DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG（30 引腳）：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，表 31 P3 口第二功能表電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)9鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash 編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “1”，ALE 操作將無(wú)效。這一位置 “1”，ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。PSEN（29 引腳）：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT89S52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN 將不被激活。EA/VPP（31 引腳）：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接 VCC。在 Flash 編程期間， EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。XTAL1（19 引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路主要有晶體振蕩電路和復(fù)位電路組成。(1) 振蕩電路石英晶體振蕩器也稱(chēng)石英晶體諧振器，它用來(lái)穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件。 本設(shè)計(jì)所用的晶體振蕩電路如圖32所示。 圖 32 晶體振蕩電路。時(shí)鐘周期就是單片機(jī)外接晶振的倒數(shù)，它的時(shí)間周期就是（1/12 us），是計(jì)算機(jī)中最基本的、最小的時(shí)間單位。電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)10在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個(gè)最基本的動(dòng)作。對(duì)于某種單片機(jī)來(lái)說(shuō)，若采用了1MHz的時(shí)鐘頻率，則時(shí)鐘周期為1us；若采用4MHz的時(shí)鐘頻率，則時(shí)鐘周期為250μs。由于時(shí)鐘脈沖是計(jì)算機(jī)的基本工作脈沖，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏（使計(jì)算機(jī)的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來(lái)）。顯然，對(duì)同一種機(jī)型的計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率越高，計(jì)算機(jī)的工作速度