【正文】 基于 AT89S52 的電子萬年歷設(shè)計 系 別：電子信息工程 專 業(yè)：電子信息工程 年 級： ?? . 姓 名： ?? .. 指導(dǎo)老師： ?? . 學(xué) 號： ……… .. 2 目錄 摘要 ??????????????????????????? ..3 關(guān)鍵字 ?????????????????????????? ..3 一、 設(shè)計任務(wù)與要求 ??????????????????? 3 二、 方案設(shè)計與論證 ??????????????????? 3 方案一 ????????????????????? ??? .. 3 方案二 ???????????????????????? ...4 方案三 ???????????????????????? ...4 三、 硬件單元電路設(shè)計 ????????????????? ..5 1. 主控制系統(tǒng) ????????????????????? .5 2. 時鐘震蕩電路 ???????????????????? .6 3. 復(fù)位電路 ?????????????????????? .6 4. DS1302 時鐘電路 ?????????????????? ...7 5. DS18B20 溫度電路 ?????????????????? 8 6. 按鍵電 路 ?????????????????????? .8 7. LCD 顯示電路 ???????????????????? 9 8. 蜂鳴器電路 ????????????????????? .9 四、 軟件設(shè)計與流程圖 ?????????????????? 10 五、 總原理圖及原件清單 ????????????????? 15 1. 總原理圖 ?????????????????????? .15 2. PCB 板圖 ?????????????????????? 16 3. 元件清單 ?????????????????????? .17 六、 安裝與調(diào)試 1. 電路安裝 ?????????????? ???????? 18 2. 電路調(diào)試 ?????????????????????? 18 3. 軟件調(diào)試 ?????????????????????? 18 七、 性能設(shè)計與分析 ?????????????????? ...18 八、 結(jié)論與心得 ???????????????????? ...19 九、 參考文獻 ????????????????????? ...19 十、 致謝 ??????????????????????? ...19 十一、 程序清單 ????????????????????? ...19 3 摘要 隨著社會的快速發(fā)展，時間的流逝，從觀察 太陽、擺鐘到現(xiàn)在的單片機電子鐘，人類不斷研究，不斷創(chuàng)造新紀錄，單片機電子萬年歷已成為當(dāng)今人類準確、快速獲取時間信息的重要工具之一。本設(shè)計的電子萬年歷以 AT89S52 單片機為控制核心，采用 Dallas 公司的 DS1302 實時時鐘構(gòu)成時鐘電路，能夠?qū)崿F(xiàn)時間和日期的顯示，還增加了鬧鐘報時的功能，此外還增加了 DS18B20 溫度傳感器，用于讀取 每時刻的溫度。設(shè)計詳細地分析設(shè)計原理和制作的全過程。 關(guān)鍵詞 ： AT89S52 單片機 實時時鐘 DS1302 實時溫度傳感器 DS18B20 一、 設(shè)計任務(wù)與要求 基本要求： 1. 能 夠現(xiàn)實年 、月、日、時、分 、 秒 2. 可以人為 校正年、月、 日、 時、分、秒 創(chuàng)新擴展： 1. 能夠顯示 實時溫度 2. 能夠顯示 當(dāng)年所屬生肖 3. 具有鬧鐘功能并能實現(xiàn)鬧鐘時、分、秒校正 4. 具有整點報時功能 二、 方案設(shè)計與論證 方案一： 按照系統(tǒng)設(shè)計的功能的要求，初步確定系統(tǒng)由主控模塊、時鐘模塊、溫度模塊、顯示模塊各鍵盤接口模塊共 5個模塊組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖 1 所示。主控芯片使用 52系列 AT89S52 單片機，時鐘芯片使用美國 DALLAS 公司推出的一款高性能、低功耗、帶 RAM的實時時鐘 DS1302。采用 DS1302 作為計時芯片，可以做到計時準確。更 重要的是， DS1302可以在很小電流的后備電源（ 電源，在 2。 5V 時耗電小于 300nA）下繼續(xù)計時，而且 DS1302 可以編程選擇多種充電電流來對后備電源進行慢速充電，可以 保證后備電源基本功不耗電。顯示模塊采用普通的共陽 LED 數(shù)碼管，鍵輸入采用查詢法實現(xiàn)功能調(diào)整。 主控模塊 AT89S52 鍵盤掃描電路 LED 顯示電路 時鐘電路 （ DS1302） 4 圖 1 電子萬年歷電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖 方案二 ： 按照系統(tǒng)設(shè)計的要求和功能，將系統(tǒng)分為主控模塊、時鐘電路模塊、按鍵掃描模塊，LCD 顯示模塊，電源電路、復(fù)位電路、晶振電路幾個模塊，系統(tǒng)框圖如圖 2 所示。主控模塊采用 AT89S52 單片機，按鍵模塊用四個按鍵，用于調(diào)整時間和設(shè)定鬧鐘，顯示模塊采用LCD12864，時鐘電路模塊采用 DS1302 實時時鐘實現(xiàn)對時間，日期的操作。 圖 2 基于 AT89S52 單片機的電子萬年歷系統(tǒng)框圖 方案三： 按照系統(tǒng)設(shè)計的要求和功能，將系統(tǒng)分為主控制器模塊、顯示模塊、按鍵開關(guān)模塊、蜂鳴器電路模塊。系統(tǒng)框圖如圖 3 所示，主控制模塊采用 AT89S52 單片機為控制中心，顯示模塊采用液晶 LCD12864 顯示，計時使用 AT89S52 單片機自帶的定時器功能，實現(xiàn)對時間、日期的操作，通過按鍵盤 開關(guān)實現(xiàn)對時間、日期的調(diào)整。 圖 3 基于 AT89S52 單片機的電子萬年歷總體設(shè)計框圖 方案論證 ：上面提到的三個方案中，在電路原理方面大致相同，都能夠達到設(shè)計任務(wù)與要 主控模塊 AT89S52 復(fù)位電路 晶振電路 按鍵掃描模塊 LCD12864 顯示模塊 時鐘電路 （ DS1302） 單片機 AT89S52 復(fù)位電路 晶振電路 按鍵電路 LCD1602 顯示模塊 蜂鳴器電路 5 求，在方案一款方案二中使用外部的時鐘芯片 DS1302 來實現(xiàn)日期和時間的操作，方案三中則利用了單片機自身的定時器功能；在方案二和方案三在顯示模塊上都使用液晶顯示屏LCD12864 作為顯示，方案一則使用 LED 數(shù)碼管作為顯示，采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描，數(shù)碼管的價格適中，對于顯示數(shù)字較好，而且使用單片機的端口也較少；采用 LCD1602 液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強大，可以顯示大量文字、圖形，顯示多樣性，清晰可見，價格相對 LED 數(shù)碼管來說要昂貴些，但是基于本設(shè)計顯示的東西較多，若采用 LED 數(shù)碼管的話，所需數(shù)碼管較多，價格也相應(yīng)的會提高，而且不利于控制，對于 LCD12864，隨著現(xiàn)在制造的發(fā)展，價格也在下降，同時它所使用的端口也不很多，能夠清晰的顯示，比較適合顯示大量的數(shù)字，因此選擇 LCD12864 作為顯示模塊。 DS1302 是一款高性能的實時時鐘芯片，以計時準確、接口簡單、使用方便、工作電壓范圍寬和低功耗等優(yōu)點，得到廣泛的應(yīng)用，同 時可以對秒、時、分、日、月、年以及潤年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，而且在掉電時能夠在外部紐扣電池的供電下繼續(xù)工作，不會因為掉電后，其時間就要重新設(shè)置，方案三中使用定時器的功能，當(dāng)在掉電的時候就會使時間和日期回到原來設(shè)定的初始值，同時直接采用單片機定時計數(shù)提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年時間和日期，采用此種方案，節(jié)約成本，但是實現(xiàn)的時間誤差較大，所以不采用這種方案。 通過對上述方案的論證分析，本次設(shè)計選擇方案二，采用 AT89S52 作為主控制系統(tǒng)，DS1302 提供時鐘， LCD12864 液晶作為顯示模塊。 三、 硬件單元電路設(shè)計 1. 主控制系統(tǒng) 單片機中央處理系統(tǒng)的方案設(shè)計，我們選用具有 ATMEL 公司的 AT89C52單片機作為中央處理器，如圖 4 所示。該單片機除了擁有 MCS51 系列單片機的所有優(yōu)點外，內(nèi)部還具有 8K 的在系統(tǒng)可編程 FLASH 存儲器，低功耗的空閑和掉電模式，極大的降低了電路的功耗，還包含了定時器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等硬件，其硬件能符合整個控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其他存儲器芯片和定時器件，方便地構(gòu)成一個最小系統(tǒng)。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強，性價比高。是比較合適的方案。 6 圖 4 AT89S52 主控制系統(tǒng) 2. 時鐘 振蕩電路 時鐘振蕩電路圖 5 所示，時鐘振蕩電路用于產(chǎn)生單片機正常工作時所需要的時鐘信號，電路由兩個 22pF 的瓷片電容和一個 12MHz 的晶振組成，并接入到單片機的 XTAL1 和 XTAL2引腳處，使單片機工作于內(nèi)部振蕩模式。 此電路在加電后延遲大約 10ms 振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為 3V左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率決定。電路中兩個電容 C C2 的作用使電路快速起振，提高電路的運行速度，對于 AT89S52 其工作頻率為 0至 33MHz,在這個范圍內(nèi)單片機能夠正常的工作。 圖 5 AT89S52 時鐘振蕩電路 3. 復(fù)位電路 復(fù)位電路由電阻和極性電容組成，如圖 6所示，通過高電平使單片機復(fù)位，在時鐘電路開始工作后，當(dāng)高電平的時間超過大約 2us 時，即可實現(xiàn)復(fù)位。此復(fù)位電路同時具備了上電復(fù)位和手動復(fù)位的功能，上電復(fù)位發(fā)生在開機加電時，由系統(tǒng)自動完成，手動復(fù)位通過一個按鍵來實現(xiàn)，在程序運行時，若遇到死機，死循環(huán)或程序“跑飛”等情況，通過手動復(fù)位就可以實現(xiàn)重新啟動的操作。手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平。一般采用的辦法是在 RST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕和一個電阻，如圖所示，當(dāng)人為 按下按鈕時，則 Vcc 的 +5V 電平就會直接加到 RST 端，由于人的動作再快也會使按鈕 7 保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。上電復(fù)位的工作過程是在加電時，復(fù)位電路通過電容加給 RST 端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著 Vcc 對電容的充電過程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間，由圖可知充電時間為： T==*10*106**103= ，保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位。 圖 6 AT89S52 復(fù)位電路 4. DS1302 時鐘電路 時鐘電路主要由時 鐘芯片 DS130備用電池、晶振等幾部分組成，如圖 7所示。 DS1302采用 3 線串行接口，占用引腳少，內(nèi)部集成了可編程日歷時鐘，用戶可以根據(jù)需要通過單片機的控制來自行設(shè)置，支持雙電源供電，可以使用外部主電源和備用電源，備份電源能夠使時鐘芯片繼續(xù)工作。 圖 7 DS1302 時鐘電路 5 .DS18B20 溫度電路 溫度電路主要是由 DS18B20 來實現(xiàn)顯示，如圖 8 所示。三個引腳，分別接上 VCC 與 8 GND，中間引腳與單片機相連，跟單片機相連讀取出顯示于 LCD12864 上。它可以用寄生電源，但一般采取 +5V 即可，本 系統(tǒng)采用 +5V 電壓供電。 由于它是三腳直插式，所以原理圖中使用三腳封裝的原理圖即可。 圖 8 DS18B20 溫度電路 6. 按鍵電路 按鍵電路由四個輕觸開關(guān)組成，如圖 9示。按鍵用來調(diào)整時間和設(shè)定鬧鐘，其一端直接接到單片機的端口，另一端接地，當(dāng)按下按鍵時，相應(yīng)的端口變?yōu)榈碗娖剑ㄟ^檢測這一低電平就可以判斷是哪個鍵按下，從而作相應(yīng)的操作。 圖 9按鍵電路 7. 顯示電路 顯示電路采用 LCD1602 液晶顯示，圖中 只畫出了其相應(yīng)的接口，如圖 10。 3腳用于調(diào)節(jié) LCD12864 的背光 , 6 為 LCD12864 的控制口，用于控制其寫入或是讀出指令， 7至14腳為 LCD12864 的數(shù)據(jù)口，將數(shù)傳送到 LCD12864 中。 9 圖 10 LCD12864 接口電路 8. 蜂鳴器電路 蜂鳴器電路由一個 1k 歐的電阻，三極管 2N3906，及蜂鳴器組成，如圖 11 示。通過控制三極管的導(dǎo)通和截止來實現(xiàn)蜂鳴器的響與不響。 圖 11 蜂鳴器電路 四、 軟件設(shè)計與流程 程序流程圖 主程序首先初始化定時器、 LCD12864 及 DS1302，然后 就開始查詢按鍵， 有鍵按下則開始調(diào)整時間和設(shè)置鬧鐘 ，若沒有按下， 則執(zhí)行下面的時間、 日期及鬧鐘時間的顯示， 最后依次循環(huán)這些相同的操作， 相應(yīng)流程圖如圖 12 所示： 10 圖 12 程序主流程圖 按鍵的檢測主要是通過查詢的辦法來實現(xiàn)，利用按鍵進行間調(diào)整及鬧鐘設(shè)置，首先檢測 menu 鍵是否按下，當(dāng)按下時，顯示光標與年份處，當(dāng)再次按下時，則逐一光標顯