【正文】 電子信息工程之?dāng)?shù)字萬年歷課程設(shè)計方案一．設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一個數(shù)字萬年歷，利用現(xiàn)有的89C51單片機(jī)編程實現(xiàn)。要求顯示年、月、日，時間（到分鐘即可），農(nóng)歷（陰歷）；可以采用專門時鐘芯片（如DS1302）；限于51單片機(jī)小系統(tǒng)只有4位顯示，可以用按鍵轉(zhuǎn)換分屏顯示。二．設(shè)計要求 設(shè)計思路清晰，畫出設(shè)計框圖；畫出具體原理電路；對電路進(jìn)行分析計算，確定器件參數(shù)；*制作樣機(jī)需要購買器件必須與指導(dǎo)老師協(xié)商，測量、調(diào)試步驟；編寫設(shè)計說明書。 主要設(shè)計條件提供89C51單片機(jī)小系統(tǒng)；提供直流穩(wěn)壓電源；面包板、導(dǎo)線等。說明書格式1） 課程設(shè)計封面；2） 設(shè)計任務(wù)書；3） 說明書目錄；4） 設(shè)計思路，基本原理和框圖；5） 電路設(shè)計、計算，原理分析；6） 制作、測試，仿真；7） 總結(jié)與體會；8） 附錄（程序清單）；9） 參考文獻(xiàn)；10）電路原理圖。進(jìn)度安排 第1周： Mon：下達(dá)設(shè)計任務(wù)書，介紹課題內(nèi)容與要求；Tue~ Fri：查找資料，確定設(shè)計方案，設(shè)計方案論證；第2周：畫電路原理圖，元器件選擇確定，計算分析； 第3周：程序流程圖、程序調(diào)試、軟件仿真； 書寫設(shè)計說明書，整理資料，答辯。參考文獻(xiàn) 電子工程專輯（） 中國電子設(shè)計網(wǎng)（） 何立民．MCS51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003 目錄系統(tǒng)概述 6系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 6 硬件的設(shè)計總框圖 7 各種功能模塊硬件設(shè)計及實現(xiàn) 7 、AT89S52單片機(jī) DS1302實時時鐘芯片 1溫度模塊 11602液晶顯示器 17系統(tǒng)程序設(shè)計 19 19 20 22設(shè)計總結(jié) 42參考文獻(xiàn) 43附錄 4446 系統(tǒng)概述本設(shè)計主要分為硬件電路設(shè)計和軟件實現(xiàn)兩大部分。硬件電路設(shè)計采用模塊設(shè)計：中央處理電路、時鐘電路、溫度測量電路三大部分；軟件采用C語言編程實現(xiàn)，設(shè)計采用按功能模塊劃分，包括：主程序、顯示程序、溫度測量程序、時鐘程序等。在中央處理器上我們采用MCS51單片機(jī),該單片機(jī)是集CPU ,RAM ,ROM ,計數(shù)和多種接口于一體的微控制器。自20世紀(jì)70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注。它體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易，廣泛應(yīng)用于智能生產(chǎn)和工業(yè)自動化上。在時間功能上主要依靠實時時鐘芯片DS1302來完成大部分功能，DS1302是具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實時時鐘電路，它以其接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛地采用。它的主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。所以用此款芯片來實現(xiàn)時間功能是完全能滿足電路的要求。溫度方面工作由數(shù)字式溫度傳感器DS18B20來完成，這款溫度傳感器是具有線路簡單，體積小，方便易用等特點(diǎn)，溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，℃，被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。選用這個芯片使電路簡化，提高了效率。本課題通過MCS5單片機(jī)來設(shè)計，系統(tǒng)由主控制器AT89S5時鐘電路DS1302.、顯示電路、按鍵電路和復(fù)位電路等各部分構(gòu)成，能實現(xiàn)時鐘日歷顯示功能，能進(jìn)行時、分、秒、溫度的顯示。本文詳細(xì)介紹了AT89S52單片機(jī)的基本原理，分析了AT89S52各個管腳的功能及它在設(shè)計電路中的作用。本文論述了LCD1602液晶屏和時鐘芯片DS1302的工作原理及其軟件設(shè)計過程。系統(tǒng)硬件設(shè)計 采用 AT89S52單片機(jī)來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制。鍵盤四個獨(dú)立按鍵控制，時鐘芯片采用DS1302，溫度傳感器采用DS18B20。此系統(tǒng)硬件簡潔，將復(fù)雜的硬件功能用軟件實現(xiàn)，因此系統(tǒng)控制靈活，能很好地滿足本題的基本要求和擴(kuò)展要求。此方案基本原理框圖如圖1所示。 比較以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方案二簡潔、靈活、可擴(kuò)展性好，能完全達(dá)到設(shè)計要求，故采用第二種方案。 硬件的設(shè)計總框圖液晶顯示部分DS18B20溫度傳感器部分AT89S52單片機(jī)DS1302實時時鐘部分鍵盤輸入部分 圖1. 系統(tǒng)方框圖 本次設(shè)計的基于單片機(jī)控制的電子萬年歷，其具有年、月、日、星期、時、分、秒的顯示功能；具體時間與陰、陽歷能夠自動關(guān)聯(lián)；可以設(shè)置鬧鈴的功能。其具體實現(xiàn)過程就是由主控制發(fā)送信息給DS1302時鐘芯片再由時鐘芯片反饋給LCD顯示信息。并且可以在鍵盤設(shè)置模塊輸入修改時間，設(shè)置鬧鈴等信息，當(dāng)鍵盤設(shè)置時間、日期時，單片機(jī)主控制根據(jù)輸入信息，通過串口通信此傳送給DS1302時鐘芯片，DS1302芯片讀取當(dāng)前新信息產(chǎn)生反饋傳送給單片機(jī)，然后單片機(jī)根據(jù)控制最后輸送顯示信息到LCD模塊上顯示 各種功能模塊硬件設(shè)計及實現(xiàn)本設(shè)計以單片機(jī)AT89S52為控制核心，由實時時鐘部分、顯示部分、鍵盤輸入部分、溫度采集部分等部分組成。其中實時時鐘采用DS1302可實現(xiàn)年月日時分秒等時間信息的采集和鬧鐘功能。溫度檢測模塊由DS18B20集成溫度傳感器對現(xiàn)場環(huán)境溫度進(jìn)行實時檢測。鍵盤采集部分由四個獨(dú)立按鍵組成，可實現(xiàn)時間顯示、鬧鐘設(shè)置、環(huán)境溫度測量等功能。硬件設(shè)計是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方方面面很多，除了實現(xiàn)此設(shè)計基本功能以外，主要還要考慮如下幾個因素：①系統(tǒng)穩(wěn)定度；②器件的通用性或易選購性；③ 軟件編程的易實現(xiàn)性；④系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計至關(guān)重要?，F(xiàn)從各功能模塊的實現(xiàn)逐個進(jìn)行分析探討。 、AT89S52單片機(jī)AT89S52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS8位單片機(jī)片內(nèi)8Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大。AT89S52單片機(jī)可為你提供許多高性價的應(yīng)用場合，可靈活的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。主要性能參數(shù)：216。 與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)的全兼容4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器圖2. 單片機(jī)引腳圖216。 1000次可擦寫周期216。 全靜態(tài)操作：0Hz24MHz216。 三級加密程序存儲器216。 1288字節(jié)內(nèi)部RAM 216。 32個可編程I/O口線216。 2個16位定時/計數(shù)器 216。 5個中斷源 216。 可編程串行UART通道216。 低功耗空閑和掉電模式 AT89S52功能特性描述： AT89S52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口， 片內(nèi)震蕩器及時鐘電路。同時，AT89S52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，竄行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。（1）AT89S52引腳功能說明：Vcc：電源電壓GND：地P0口：PO口是一組8位漏極開路行雙向I/O口，也既地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口?？勺鳛檩敵隹谑褂脮r，每位可吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，PO口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求接上拉電阻。P1口：P1口是一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸入緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個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，此時可作輸出口。作輸入口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流（I）。Flash編程和程序校驗期間，P1口接收8位地址。P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸入緩沖極可以驅(qū)動（輸入或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時和作為輸出口，作輸出口時，因為存在內(nèi)部上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部存儲器或1位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，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（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口線的內(nèi)容（也既特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦接收高地址和其他控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸入緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。作輸出端口時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除可作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能如表1所示： 表1 AT89S52端口：P3口還接收一些用于Flas 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號ALE/當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)，即使不訪問外部字節(jié)，ALE仍時鐘震蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘脈沖或用于定時目的。要注意的是：每次訪問外部存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還要輸入編程脈沖（）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令可激活。此外，此引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)該置ALE無效RST：復(fù)位輸出。當(dāng)震蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平使機(jī)器復(fù)位。 ：程序存入允許（）輸出的是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S52由外部程序取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次有效，既輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的信號不出。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。要注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V的編程電壓Vpp。XTAL1：震蕩器反向放大器及內(nèi)部時鐘的輸入端。XAAL2：震蕩器反向放大器的輸出端。時鐘震蕩器：AT89S52中有一個構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益 圖4 . 內(nèi)部震蕩電路圖5 . 外部震蕩電路由于外部時鐘信號是通過一個2分頻的觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的所以外部時鐘的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)的時間和最大低電平持續(xù)的時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。表2 AT89S52寄存器寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容PC0000HTMOD00HACC00HTCOM00HB00HTH000HPSW00HTLO00HSP07HTH100H0DPTR0000HTH100HP1—P30FFHSCON00HIPxxx00000SBUF不定IE0xxx00000PCON0xxx00000 其中單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路圖如圖6所示。圖6. 單片機(jī)最小系統(tǒng)、 DS1302實時時鐘芯片DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、星期、月、年的信息，每個月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM標(biāo)志位決定采用24或12小時時間格式。DS1302與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需三根I/O線：復(fù)位（RST）、I/O數(shù)據(jù)線、串行時鐘（SCLK）。時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達(dá)31字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時，功耗小于1mW。圖7. DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS1302的外部引腳功能說明如圖8所示：X1，X2GND地RST復(fù)位I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出SCLK串行時鐘VCC1電池引腳VCC2主電源引腳圖8. DS1302封裝圖DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要組成部分為：移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實時時鐘以及RAM。雖然數(shù)據(jù)分成兩種，但是對單片機(jī)的程序而言，其實是一樣的，就是對特定的地址進(jìn)行讀寫操作DS1302含充電電路，可以對作為后備電源的可充電電池充電，并可選擇充電使能和串入的二極管數(shù)目，以調(diào)節(jié)電池充電電壓。不過對我們目前而言，最需要熟悉的是和時鐘相關(guān)部分的功能，對于其它參數(shù)請參閱數(shù)據(jù)手冊。DS1302的工作原理DS1302工作時為了對任何數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化，需要將復(fù)位腳（RST）置為高電平且將8位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時鐘（SCLK）的上升沿串行輸入，前