【正文】 圖書分類號：密 級：畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)基于AT89C51單片機(jī)的多功能電子萬年歷的設(shè)計(jì)AT89C51 SCMBASED ELCTRONIC DESIGN CALENDAR學(xué)生姓名郭輝學(xué)院名稱專業(yè)名稱指導(dǎo)教師2010年5月20日摘 要本文介紹了基于AT89C51單片機(jī)的多功能電子萬年歷的硬件結(jié)構(gòu)和軟硬件設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制器，以串行時(shí)鐘日歷芯片DS1302記錄日歷和時(shí)間，它可以對年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，還具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。萬年歷采用直觀的數(shù)字顯示，可以在LED上同時(shí)顯示年、月、日、周日、時(shí)、分、秒，還具有時(shí)間校準(zhǔn)等功能。此萬年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場前景。關(guān)鍵字AT89C51；電子萬年歷； DS1302I目 錄1 緒論 1 1 1 12 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 2 2 器件的選用 2 23 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 4 4 4 AT89C51單片機(jī) 4 8位移位寄存器74LS164（串行輸入，并行輸出） 8 ds1302 114 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 14 主程序 14 從1302讀取日期和時(shí)間程序 155 PROTEUS使用 16 16 ISIS對電子萬年歷的硬件電路設(shè)計(jì) 16 ISIS進(jìn)行電子萬年歷的仿真測試 20結(jié)論 23致謝 24參考文獻(xiàn) 25附錄 26附錄1 26401 緒論 課題研究的背景 隨著科技的快速發(fā)展，時(shí)間的流逝,從觀太陽、擺鐘到現(xiàn)在電子鐘，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀(jì)錄。它可以對年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，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(shí)顯示年、月、日、時(shí)、分、秒和溫度等信息，還具有時(shí)間校準(zhǔn)等功能。該電路采用AT89C51單片機(jī)作為核心，功耗小，能在3V的低壓工作，電壓可選用3~5V電壓供電?！　〈巳f年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、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，具有廣闊的市場前景。 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。電子萬年歷的開發(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)練場地、教學(xué)室、公共場地等場合，可以說遍及人們生活的每一個(gè)角落。所以說電子萬年歷的開發(fā)是國家之所需，社會之所需，人民之所需。由于社會對信息交換不斷提高的要求及高新技術(shù)的逐步發(fā)展，促使電子萬年歷發(fā)展并且投入市場得到廣泛應(yīng)用。本課題所研究的電子萬年歷是單片機(jī)控制技術(shù)的一個(gè)具體應(yīng)用，主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：（1）選用電子萬年歷芯片時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮功能實(shí)在、使用方便、單片存儲、低功耗、抗斷電的器件。（2）根據(jù)選用的電子萬年歷芯片設(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)要盡量簡單實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)電路盡量簡單。（4）根據(jù)硬件電路圖，在開發(fā)板上完成器件的焊接。（5）根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路，編寫控制AT89C51芯片的單片機(jī)程序。（6）通過編程、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。（7）在硬件電路和軟件程序設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮提高人機(jī)界面的友好性，方便用戶操作等因素。（8）軟件設(shè)計(jì)時(shí)必須要有完善的思路，要做到程序簡單，調(diào)試方便。2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)單片機(jī)電子萬年歷的制作有多種方法，可供選擇的器件和運(yùn)用的技術(shù)也有很多種。所以，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案應(yīng)在滿足系統(tǒng)功能的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所選的結(jié)構(gòu)要簡單使用、易于實(shí)現(xiàn)，器件的選用著眼于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗以及低廉的成本。系統(tǒng)的功能往往決定了系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過成本，性能，功耗等多方面的考慮決定用三個(gè)8位74LS164串行接口外接LED顯示器，RESPACK8對單片機(jī)AT89C51進(jìn)行供電，時(shí)間芯片DS1302連接單片機(jī)AT89C51。從而實(shí)現(xiàn)電子萬年歷的功能。 器件的選用單片機(jī)AT89C51電容RESPACK8三個(gè)74LS164串行接口傳感器DS1302單片機(jī)自70年代問世以來以微處理器（MPU）技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，用廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動得到蓬勃發(fā)展，單片機(jī)功能正日漸完善。單片機(jī)的應(yīng)用，使許多領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動化程度大大提高，可以說當(dāng)今世界正在經(jīng)受一場以單片機(jī)技術(shù)為標(biāo)志的新技術(shù)革命浪潮的沖擊。主要單片機(jī)類型如下：(1)MCS51系列單片機(jī)MCS51系列單片機(jī)主要是指Intel公司生產(chǎn)的以51位內(nèi)核的單片機(jī)芯片，具有8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、可擴(kuò)展外部64K字節(jié)RAM和ROM、2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、4個(gè)8位并行I/O口、1個(gè)全雙工串行I/O口、21字節(jié)的專用寄存器、5個(gè)中斷源、片內(nèi)自帶振蕩器、片內(nèi)單總線等功能部件。（2）AT89C51單片機(jī)AT89C51單片機(jī)的主要特性如下：l 與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容l 4K字節(jié)的在線編程Flash存儲器，1000次擦寫周期l ～l 全靜態(tài)工作模式：0～33MHzl 三級程序存儲器鎖l 1288字節(jié)內(nèi)部RAM l 32個(gè)可編程I/O口線l 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器l 6個(gè)中斷源l 全雙工串行UART通道l 低功耗空閑和掉電模式l 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)l 看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針l 掉電標(biāo)識和快速編程特性l 具有掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)功能l 靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁寫模式）由于AT89C51單片機(jī)片內(nèi)有4K字節(jié)的在線編程Flash存儲器，可以擦寫1000次，具有掉電模式，而且具有掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)功能，對設(shè)計(jì)開發(fā)非常實(shí)用。所以選用AT89C51單片機(jī)作為電子萬年歷芯片的控制單片機(jī)。3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)根據(jù)上述所確定的系統(tǒng)方案構(gòu)想，下面進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。系統(tǒng)硬件框圖如圖31時(shí)鐘芯片DS1302串口AT89C51P2口LED顯示器驅(qū)動電路圖31 系統(tǒng)硬件框圖 AT89S51單片機(jī)本系統(tǒng)采用的是美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)，首先我們來熟悉一下AT89C51單片機(jī)的外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。AT89C51單片機(jī)有40個(gè)引腳。l Vcc：電源電壓+5Vl GND：接地l P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動8個(gè)TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線服用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)要求外接上拉電阻。l P1口：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。l P2口：P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（MOVX @Ri指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，P2亦接收低高位地址和其他控制信號。l P3口：P3口是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O，P3的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，見表31所示：P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。表31 P3口的第二功能圖端口引腳第二功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）INT0（外中斷0）INT1（外中斷1）T0（定時(shí)/計(jì)時(shí)器0外部輸入）T1（定時(shí)/計(jì)時(shí)器1外部輸入）WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）l 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使單片機(jī)復(fù)位。WDT溢出將使引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRT0（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。l ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE（地址鎖存器允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過多特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置，可禁止ALE操作。該位置后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會被激活。另外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無效。l PSEN：程序存儲允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲器取指令（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。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的PSEN信號。l EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時(shí)，該引腳加上+12V的變成電壓Vpp.l XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。l XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) l 看門狗（WDT）：WDT是一種需要軟件控制的復(fù)位方式。WDT 由13位計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時(shí)器復(fù)位存儲器（WDTRST）構(gòu)成。WDT 在默認(rèn)情況下無法工作；為了激活WDT，用戶必須往WDTRST 寄存器（地址：0A6H）中依次寫入01EH 和0E1H。當(dāng)WDT激活后，晶振工作，WDT在每個(gè)機(jī)器周期都會增加。WDT計(jì)時(shí)周期依賴于外部時(shí)鐘頻率。除了復(fù)位（硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位），沒有辦法停止WDT工作。當(dāng)WDT溢出，它將驅(qū)動RSR引腳輸出一個(gè)高電平。l 可編程串口（UART）在AT89C51中，UART 的操作與AT89C51 和AT89C52 一樣。AT89C51系列單片機(jī)的串行通信口可以工作于同步和異步通信方式。當(dāng)工作于異步方式時(shí)，它具有全雙工的操作功能，也就是說，它可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。串行口內(nèi)的接收器采用的是雙緩沖結(jié)構(gòu)，能夠在接收到的第一個(gè)字節(jié)從接收寄存器讀走之前就開始接收第二個(gè)字節(jié)（當(dāng)然，如果第二個(gè)字節(jié)接收完畢，而第一個(gè)字節(jié)仍然沒有被讀走，那將會丟掉一個(gè)字節(jié)）。串行口的發(fā)送和接收操作都是通過特殊功能寄存器中的數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF進(jìn)行的，但在SBUF的內(nèi)部，接收寄存器和發(fā)送寄存器在物理結(jié)構(gòu)上是完全獨(dú)立的。如果將數(shù)據(jù)寫入SBUF，數(shù)據(jù)會被送入發(fā)送寄存器準(zhǔn)備發(fā)送。如果執(zhí)行SBUF指令，則讀出的數(shù)據(jù)一定來自接收緩存器。因此，CPU對SBUF的讀寫，實(shí)際上是分別訪問2個(gè)不同的寄存器。這2個(gè)寄存器的功能決不能混淆。l 振蕩電路：AT89C51系列單片機(jī)的內(nèi)部振蕩器，由一個(gè)單極反相器組成。XTAL1反相器的輸入，XTAL2為反相器的輸出?？梢岳盟鼉?nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘，只要XTAL1和XTAL2引腳上一個(gè)晶體及電容組成的并聯(lián)諧振電路，便構(gòu)成一個(gè)完整的振蕩信號發(fā)生器，此方式稱為內(nèi)部方式。另一種方式由外部時(shí)鐘源提供一個(gè)時(shí)鐘信號到XTAL1端輸入，而XTAL2端浮空。在組成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，多數(shù)采用這種方式，這種方式結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高。在電路中，對電容C1和C2的值要求不是很嚴(yán)格，如果使用高質(zhì)的晶振，則不管頻率為多少，CC2通常都選擇30pF。l 定時(shí)/計(jì)數(shù)器：AT89C51單片機(jī)內(nèi)含有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。當(dāng)用于定時(shí)器方式時(shí)，定時(shí)器的輸入來自內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路，每過一個(gè)機(jī)器周期，定時(shí)器加1，而一個(gè)機(jī)器周期包含有12個(gè)振蕩周期，所以，定時(shí)器的技術(shù)頻率為晶振頻率的1/12，而計(jì)數(shù)頻率最高為晶振頻率的1/24。為了實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，定時(shí)器中含有3種基本的寄存器：控制寄存器、方式寄存器和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。控制寄存器是一個(gè)8位的寄存器，用于控制定時(shí)器的工作狀態(tài)，方式寄存器是一個(gè)8位的寄存器，用于確定定時(shí)器的工作方式，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是16位的計(jì)數(shù)器，分為高字節(jié)和低字節(jié)兩部分。l RAM：高于7FH內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的地址是8位的，也就是說其地址空間只有256字節(jié)，但內(nèi)部RAM的尋址方式實(shí)際上可提供384字節(jié)。的直接地址訪問同一個(gè)存儲空間，高于7FH的間接地址訪問另一個(gè)存儲空間。這樣，雖然高128字節(jié)區(qū)分與專用寄器 ，即特殊功能寄存器區(qū)的地址是重合的，但實(shí)際上它們是分開的。究竟訪問哪一區(qū)，存是通過不同的尋址方