【正文】 . 22 附錄：程序 ......................................................................................................... 24 1 緒論 隨著社會、科技的發(fā)展，人類得知時間，從觀太 陽、擺鐘到現(xiàn)在電子鐘，不斷研究、創(chuàng)新。為了在觀測時間的同時，能夠了解其它與人類密切相關(guān)的信息，比如溫度、星期、日期等，電子萬年歷誕生了，它集時間、日期、星期和溫度功能于一身，具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔等諸多優(yōu)點，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢。伴隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是隨大規(guī)模集成電路出現(xiàn)，給人類生活帶來了根本性的改變。由其是單片機技術(shù)的應用產(chǎn)品已經(jīng)走進了千家萬戶。電子萬年歷的出現(xiàn)給人們的生活帶來的諸多方便，作為一種附加功能，現(xiàn)在越來越廣泛的被應用于各種電子產(chǎn)品中，具有廣闊的市場前景。 通過以往對工業(yè)自動化的相關(guān)課程學習和理解獨立完成制作電子萬年歷的設計。電子萬年歷作為電子類小產(chǎn)品不僅是市場上的寵兒，也是是單片機設計培訓中一個很實用的題目。因為這個課題有很好的開放性和可發(fā)揮性，對制作者的要求比較高，不僅考察了對單片機的掌握能力更加強調(diào)了對單片機擴展的應用。而且要求設計的電子萬年歷在操作上力求簡潔，功能上盡量齊全，顯示界面也要出色。所以，電子萬年歷制作無論從實用目的，還是從培養(yǎng)能力的角度來看都是很有價值的畢業(yè)設計課題。本電子萬年歷的設計在硬件方面主要采用 AT89S51 單片機作為主控核心 ，由 DS1302 時鐘芯片提供時鐘、 1602LCM 點陣液晶顯示屏顯示。 AT89S51 單片機是由 Atmel 公司推出的，功耗小，電壓可選用 4～ 6V電壓供電 [1]； DS1302 時鐘芯片是美國 DALLAS 公司推出的具有涓細電流充電功能的低功耗實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，還具有閏年補償?shù)榷喾N功能，而且 DS1302 的使用壽命長，誤差?。粩?shù)字顯示是采用的 LED 液晶顯示屏來顯示，可以同時顯示年、月、日、星期、時、分、秒等信息。此外，該電子萬年歷還具有時間校準等功能。在軟件方面，主要包括日歷程序 、時間調(diào)整程序，顯示程序等。所有程序編寫完成后，在 Keil 軟件中進行調(diào)試，確定沒有問題后，在 Proteus 軟件中嵌入單片機內(nèi)進行仿真。最后在老師同學的幫助以及自己的努力下完成了此次電子萬年歷的設計。 2 第一章 方案設計 第一節(jié) 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 單片機芯片的選擇 本設計采用 AT89S51 芯片作為硬件核心，該芯片采用 Flash ROM，內(nèi)部具有 4KB ROM存儲空間 ,相對于本設計而言程序空間完全夠用。能于 3V的超低壓工作 ,而且與 MCS51 系列單片機完全兼容 ,而且運用于電路設計中時具備 ISP 在線 編程技術(shù) ,當在對電路進行調(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，避免芯片的多次拔插對芯片造成的損壞。 顯示模塊選擇方案和論證 方案 一 ： 采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(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 ,且價格也相對較高 ,所以也不用此種作為顯示 。 方案二： 采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描 ,LED 數(shù)碼管價格雖適中 ,對于顯示數(shù)字也最合適 ,而且采用動態(tài)掃描法與單片機連接時 ,占用的單片機口線少。但是由于數(shù)碼管動態(tài)掃描需要借助74LS164 移位寄存器進行移位，該芯片在電路調(diào)試時往往會有很多障礙，所以不采用 LED數(shù)碼管作為顯示 [2]。 方案三： 采用 LCD 液晶顯示屏 ,液晶顯示屏的顯示功能強大 ,可顯示大量文字 ,圖形 ,顯示多樣 ,清晰可見 [3],對于電子萬年歷而言，一個 1602 的液晶屏即可，價格也還能接受 ,需要的接口線較多 ,但會給調(diào)試帶來諸多方便，所以此設計中采用 LCD1602 液晶顯示屏作為顯示模塊 。 時鐘芯 片的選擇方案和論證 方案 一 ： 直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、 3 秒計數(shù)。采用此種 方案雖然可以減少時鐘芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大。所以不采用此方案。 方案二： 采用 DS1302 時鐘芯片實現(xiàn)時鐘， DS130 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。采用三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 內(nèi)部有一個 31 8 的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 DS1302 是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通 晶振 [4]。因此，本設計中采用 DS1302 提供時鐘。 １ .4 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，并進行 A/D 轉(zhuǎn)換。此設計方案需用 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格線性的，會產(chǎn)生較大的測量誤差 [5]。 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)線進行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機連接，可以避免 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路 [6]。另外，數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點。因此，本設計 DS18B20 溫度傳感器作為溫度采集模塊。 第二節(jié) 電路設計最終方案決定 綜上各模塊的選擇方案與論證，確定最后的主要硬件資源如下：采用 AT89S51 作為主控制系統(tǒng)；DS1302 提供時鐘； DS18B20 作為數(shù)字式溫度傳感器； LCD1602 液晶屏作為顯示。 4 第二章 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn) 第一節(jié) 電路設計框圖 本系統(tǒng)的電路系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。 AT89S51 單片機對 DS1302 和 DS18B20 寫入控制字并讀取相應的數(shù)據(jù)，繼而控制 LCM1602 作出對應的顯示。 圖 1 系統(tǒng)硬件框圖 第二節(jié) 系統(tǒng)硬件概述 本電路是由 AT89S51單片機作為控制核心，能在 3V 超低壓工作， AT89S51是 一個低功耗，高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 4kBytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)及 80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案；時鐘電路由 DS1302提供，它是一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、 周、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。采用三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302內(nèi)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、時、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點，同時具有掉電自動保存功能；溫度的采集由 DS18B20完成，它具有獨特的單線接口方式， DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20的雙向通訊，測溫范圍 － 55℃～＋ 125℃，固有測 溫分辨率 ℃，支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián) 8個，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定，實現(xiàn)多點測溫， 工作電源 :3～ 5V/DC，在使用中不需要任何外圍元件；顯示部份由 LCD1602液晶顯示器完成，該顯示器為 工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16x02鍵盤控制模塊 溫度采集模塊 AT89S51 主控模塊 LCD1602 液晶顯示模塊 DS1302 時鐘模塊 5 即 32個字符（ 16列 2行）。 第三節(jié) 主要單元電路的設計 AT89S51單片機主控制模塊的設計 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點： 40個引腳，4kBytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128Bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2個 16位可編程定時計數(shù)器 ,2個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外， AT89S51 設計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。 AT89S52 單片機為 40 引腳雙列直插芯片 ,有四個 I/O口 P0,P1,P2,P3,MCS51單片機共有 4個 8位的 I/O 口（ P0、 P P P3），每一條 I/O 線都能獨立地作輸出或輸入 [7]。 P0口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當用 6 于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地 址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀 入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。輸入緩沖器 CPU 將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作。這是由硬件自動完成的，不需要我們操心， 1 然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯，如果不對端口置1，端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0Q 端為 0Q^為 1 加到場效應管柵極的信號為 1，該場效應管就導通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為 1，也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的 1 信號讀入后不一定是 1。若先執(zhí)行置 1 操作，則可以使場效應管截止引腳信