【正文】 萬年歷設(shè)計方案第一章 緒論萬年歷是我國古代傳說中最古老的一部太陽歷。為紀(jì)念歷法編撰者萬年功績，便將這部歷法命名為“萬年歷”。而現(xiàn)在所使用的萬年歷，實際上就是記錄一定時間范圍內(nèi)（比如100年或更多）的具體陽歷或陰歷的日期的年歷，方便有需要的人查詢使用，與原始歷法并無直接聯(lián)系。而隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，人類用于計時的工具也在不斷發(fā)展更新，單片機技術(shù)的出現(xiàn)使得萬年歷有了新的發(fā)展方向。單片機以其體積小、功能全、性價比高等諸多優(yōu)點，在工業(yè)控制、家用電器、通信設(shè)備、信息處理、尖端武器等各種測控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨占鰲頭，單片機開發(fā)技術(shù)已成為電子信息、電氣、通信、自動化、機電一體化等專業(yè)技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)。目前世界上單片機年產(chǎn)量已達十多億片，通常是當(dāng)年微處理器產(chǎn)量的45倍以上。用最少的芯片就能實現(xiàn)最強大的功能，這是將來電子產(chǎn)品的主流方向，它將無可置疑地一步步取代其它同類產(chǎn)品，其數(shù)量之大和應(yīng)用面之廣，是其它任何類型的計算機所無法比擬的。以基于單片機的萬年歷作為設(shè)計的課題，因為它有很好的開放性和可發(fā)揮性，對作者的要求比較高，不僅考察了對單片機的掌握能力而且強調(diào)了對單片機擴展的應(yīng)用。另外液晶顯示的萬年歷已經(jīng)越來越流行，特別適合在家庭居室、辦公室、大廳、會議室、車站和廣場等地方使用，它具有顯示清晰直觀、走時準(zhǔn)確、可以進行夜視等功能，并且還可以擴展出其它多種功能。所以，電子萬年歷作為設(shè)計課題很有價值。本論文主要研究基于單片機的萬年歷設(shè)計。當(dāng)程序執(zhí)行后，LCD顯示即時時間、年月日、星期、溫度。設(shè)置3個操作鍵：K1：設(shè)置鍵；K2：上調(diào)鍵；K3：下調(diào)鍵。本設(shè)計的主要內(nèi)容：了解單片機技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，熟悉萬年歷各模塊的工作原理；選擇適當(dāng)?shù)男酒驮骷?，確定系統(tǒng)電路，繪制電路原理圖，尤其是各接口電路；熟悉單片機使用方法和C語言的編程規(guī)則，編寫出相應(yīng)模塊的應(yīng)用程序；分別在各自的模塊中調(diào)試出對應(yīng)的功能，在Proteus軟件上進行仿真。設(shè)計目標(biāo)：使基于STC89C52單片機的萬年歷實現(xiàn)以下四個功能：具有年、月、日、星期、時、分、秒等功能；具備年、月、日、星期、時、分、秒校準(zhǔn)功能；具有與即時時間同步的功能；具有顯示溫度的功能；：第一章：緒論是介紹了基于STC89C52單片機的萬年歷研究意義，重點闡述了本課題的研究內(nèi)容和研究工作。第二章：單片機的概述主要闡述了單片機系統(tǒng)的定義以及單片機系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。因為只有對單片機有了更深入的了解，才能設(shè)計出更好的單片機控制系統(tǒng)。本章的結(jié)尾是對單片機C語言編程的介紹。第三章：主要介紹了設(shè)計要求和課題器件選擇的論證方案。第四章：硬件基礎(chǔ)中主要描述了萬年歷的各個模塊的硬件設(shè)計方案，并結(jié)合各個元器件和相應(yīng)的硬件原理圖進行分析，最后展示為了實現(xiàn)研究目標(biāo)所需要的全部硬件基礎(chǔ)。第五章：軟件基礎(chǔ)主要羅列了實現(xiàn)萬年歷各個功能的C語言程序的流程圖，并分別對其進行了解釋和分析，最后把各個C語言子程序在巧妙結(jié)合在一起，共同控制整個系統(tǒng)，也就形成了實現(xiàn)研究目標(biāo)所需要的所有軟件基礎(chǔ)。第六章：主要對Keil軟件Proteus軟件進行簡單介紹，并給出了關(guān)于Proteus軟件仿真調(diào)試萬年歷的過程。最后簡要的介紹了硬件調(diào)試中的問題和解決辦法。第七章：主要是對本次實驗研究的總結(jié)，提出本次實驗的不足之處以及相應(yīng)的改進方法，以便后人繼續(xù)深入研究。本章是論文的緒論部分，著重介紹了萬年歷的研究意義。然后介紹了本文所要解決的實際問題及意義，以及要電子萬年歷系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能和方法。最后簡單地描述了本論文的整體框架和論文章節(jié)的安排。第二章 單片機的概述目前單片機滲透到了我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及遠程控制玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域中的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。單片機具有結(jié)構(gòu)簡單、控制功能強、可靠性高、體積小、價格低等優(yōu)點，因而在許多行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用，并且在諸多領(lǐng)域中都發(fā)揮了無可比擬的巨大作用。單片機即單片微型計算機，是把中央處理器、存儲器、定時/計數(shù)器、輸入輸出接口都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。與應(yīng)用在個人電腦中的通用型微處理器相比，它更強調(diào)自供應(yīng)（不用外接硬件）和節(jié)約成本。單片機也被稱為微控制器（Microcontroller），是因為它最早被用于工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機的芯片內(nèi)僅由CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。單片機以其卓越的性能，得到了廣泛的應(yīng)用，已深入到各個領(lǐng)域。單片機應(yīng)用在檢測、控制領(lǐng)域中，具有如下特點：體積小、控制功能強、成本低。因而可以方便地組裝各種智能式控制設(shè)備和儀器，做到機、電、儀一體化。易擴展。很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，為應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)帶來極大方便?？煽啃院?、使用溫度范圍寬。在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠的工作，這是其他機種無法比擬的。種類多，型號全。很多單片機廠家逐年擴大適應(yīng)各種需要，有針對性地推出一系列型號產(chǎn)品，使系統(tǒng)開發(fā)工程師有很大的選擇余地。大部分產(chǎn)品有較好的兼容性，保證了已開發(fā)產(chǎn)品能順利移植，較容易地使產(chǎn)品進行升級換代。低功耗。現(xiàn)在新型單片機的功耗越來越小，甚至1V，工作電流從mA降到181。A級，工作頻率從十幾兆可編程到幾十千赫茲。特別是很多單片機都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待、暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等?？梢圆捎肅語言開發(fā)環(huán)境，具有友好的人機互交環(huán)境。大多數(shù)單片機都提供基于C語言開發(fā)平臺，并提供大量的函數(shù)供使用，這使產(chǎn)品的開發(fā)周期、代碼可讀性、可移植性都大為提高。單片機技術(shù)在不斷的發(fā)展，它反映在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功率消耗、外部電壓等級以及制造工藝上。在這幾方面，較為典型地說明了數(shù)字單片機的技術(shù)水平。在目前，用戶對單片機的需要越來越多，但是，要求也越來越高。下面分別就這三個方面說明單片機的技術(shù)進步狀況。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進步 單片機在內(nèi)部已集成了越來越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時器，比較器，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，串行通信接口，Watchdog電路，LCD控制器等。有的單片機為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN。例如，Infineon公司的C 505C，C515C，C167CR，C167CS32FM，81C90。因此，這類單片機十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜時，構(gòu)成一個控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。 為了能在變頻控制中方便使用單片機，形成最具經(jīng)濟效益的嵌入式控制系統(tǒng)。有的單片機內(nèi)部設(shè)置了專門用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路，這些單片機有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola 公司的MC68HC08MR1MR24等。在這些單片機中，脈寬調(diào)制電路有6個通道輸出，可產(chǎn)生三相脈寬調(diào)制交流電壓，并內(nèi)部含死區(qū)控制等功能。 特別引人注目的是：現(xiàn)在有的單片機已采用所謂的三核（TrCore）結(jié)構(gòu)。這是一種建立在系統(tǒng)級芯片（System on a chip）概念上的結(jié)構(gòu)。這種單片機由三個核組成：一個是微控制器和DSP核，一個是數(shù)據(jù)和程序存儲器核，最后一個是外圍專用集成電路（ASIC）。這種單片機的最大特點在于把DSP和微控制器同時做在一個片上。這是目前單片機最大的進步之一。這些單片機都是高檔單片機，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位結(jié)構(gòu)，工作頻率一般在60MHz以上。 功耗、封裝及電源電壓的進步 現(xiàn)在新的單片機的功耗越來越小，特別是很多單片機都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電等工作方式。而單片機的封裝水平也大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片機也大量采用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現(xiàn)，以大量減少體積。在這種形勢中，Microchip公司推出的8引腳的單片機特別引人注目。這是PIC12CXXX系列?！?K程序存儲器，25～128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器，6個I/O端口以及一個定時器，有的還含4道A/D ，完全可以滿足一些低檔系統(tǒng)的應(yīng)用。擴大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是今天單片機發(fā)展的目標(biāo)之一。目前，～。而一些廠家，～6V的條件下工作的單片機。 工藝上的進步 現(xiàn)在的單片機基本上采用CMOS技術(shù)，有個別的公司。這些技術(shù)的進步大大地提高了單片機的內(nèi)部密度和可靠性。單片機在目前的發(fā)展形勢下，表現(xiàn)出幾大趨勢：可靠性及應(yīng)用越來越水平高，和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向；所集成的部件越來越多，NS（美國國家半導(dǎo)體）公司的單片機已把語音、圖像部件也集成到單片機中，也就是說，單片機的意義只是在于單片集成電路，而不在于其功能了。如果從功能上講它可以講是萬用機。原因是其內(nèi)部已集成上各種應(yīng)用電路；功耗越來越低和模擬電路結(jié)合越來越多。隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展及系統(tǒng)設(shè)計水平的提高，單片機還會不斷產(chǎn)生新的變化和進步，最終人們可能發(fā)現(xiàn)：單片機與微機系統(tǒng)之間的距離越來越小，甚至難以辨認。在1972年，他取了BCPL的第二個字母作為這種語言的名字，這就是C語言。在眾多的程序設(shè)計語言中，C語言簡潔緊湊，語言表達能力強，其結(jié)構(gòu)化的流程控制有助于編制結(jié)構(gòu)良好的程序。C語言程序經(jīng)編譯后生成的目標(biāo)程序代碼效率高，幾乎可以與匯編語言媲美。C語言既具備高級語言使用方便、接近自然語言和數(shù)學(xué)語言的特性，同時也具備對計算機硬件系統(tǒng)的良好操縱和控制能力。C語言可移植性好，一個C語言源程序可以不做改動，或者稍加改動，就可以從一種型號的計算機移轉(zhuǎn)到另外一種型號的計算機上編譯運行。因此，C語言被廣泛應(yīng)用于各類系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的開發(fā)。所以本系統(tǒng)以C語言進行軟件設(shè)計，增加了程序的可讀性和可移植性，便于擴展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔了。本章主要介紹了單片機的定義和特點，重點描述了單片機發(fā)展現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢，最后簡單地介紹了選擇的編程語言。59第三章 設(shè)計要求和方案論證 設(shè)計要求 具備在液晶上顯示年、月、日、星期、時、分、秒的功能； 具備年、月、日、星期、時、分、秒校準(zhǔn)功能； 具有與即時時間同步的功能； 具有顯示溫度的功能； 單片機芯片的選擇方案和論證方案一:采用AT89S51芯片作為硬件核心，內(nèi)部具有4KB ROM 存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS51系列單片機完全兼容,但是運用于電路設(shè)計中時由于不具備ISP在線編程技術(shù)，所以在對電路進行調(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，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。方案二:采用STC89C52芯片,STC89C52是一種低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有8K的可編程Flash存儲器。同樣具有AT89S51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)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，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞,因此選擇采用STC89C52作為主控制系統(tǒng)核心。 顯示模塊選擇方案和論證方案一：采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價格適中,對于顯示數(shù)字合適,采用動態(tài)掃描法與單片機連接時,雖然占用的單片機口線少，但連線還需要花費一點時間，所以也不用此種作為顯示。方案二：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,若采用在顯示數(shù)字顯得太浪費,且價格也相對較高,所以在此也不用此種作為顯示。方案三：采用1602液晶顯示屏,該液晶顯示屏的顯示功能強大,內(nèi)置192種字符，可顯示大量符號、數(shù)字,清晰可見,而且功率消耗小壽命長抗干擾能力強。所以在此設(shè)計中采用1602液晶顯示屏。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、秒計數(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，DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年進行計數(shù)，而且精度高,位的RAM做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，～。所以本設(shè)計采用DS1302時鐘芯片。方案一：使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個相應(yīng)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(shè)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(yán)格線性的，會產(chǎn)生較大的測量誤差。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，可以去除A/D模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。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(shè)計選用DS18B20溫度傳感器。 電路設(shè)計最終方案決定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用STC89C52作為主控制芯片，DS1302時鐘芯片計時，DS18B20采集溫度，LCD1602作為顯示模塊。 本章主要介紹了系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能和萬年歷系統(tǒng)硬件平臺的選擇，比較了主控模塊，時鐘模塊，顯示模塊，溫度采集模塊中不同器件的優(yōu)劣，最后確定了電路設(shè)計的整體方案。這也是完成設(shè)計的先決條件。第四章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 電路設(shè)計框圖根據(jù)上章確定的方案給出了系統(tǒng)整體的設(shè)計框圖：為使時鐘走時與標(biāo)準(zhǔn)時間一致，校時電路是必不可少的，鍵盤模塊用來校正液晶上顯示的時間；溫度傳感器則用來檢測當(dāng)前的環(huán)境溫度；STC89C52單片機通過輸出各種電脈沖信號來驅(qū)動控制各部分正常工作；而系統(tǒng)的時間、溫度等數(shù)據(jù)則最終通過液晶模塊顯示出來。 系統(tǒng)硬件概