【正文】 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書課程名稱： 《單片機(jī)技術(shù)》 設(shè)計(jì)題目： 基于單片機(jī)的萬(wàn)年歷設(shè)計(jì) 院（部）： 電子信息與電氣工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 電子信息工程101 指導(dǎo)教師： 2013年 05 月 17 日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書設(shè)計(jì)題目 基于單片機(jī)的萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)學(xué)生姓名所在院部電子信息與電氣工程學(xué)院專業(yè)、年級(jí)、班2010級(jí)電子信息工程1班設(shè)計(jì)要求： ； 、月、日、星期、時(shí)、分、秒、溫度等顯示功能； 、月、日、星期、時(shí)、分、秒校準(zhǔn)功能； 、調(diào)節(jié)設(shè)定、整點(diǎn)鳴叫功能。學(xué)生應(yīng)完成的工作： 根據(jù)萬(wàn)年歷的工作原理，利用軟件繪制電路原理圖，利用軟件編寫C語(yǔ)言程序并且生成HEX文件，并利用軟件進(jìn)行電路仿真和調(diào)試。并設(shè)計(jì)制作電路的PCB板（或萬(wàn)用板的元件布局和連線），該生應(yīng)完成硬件部分的設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)原理對(duì)電路進(jìn)行安裝、調(diào)試，完成課程設(shè)計(jì)工作，并提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。參考文獻(xiàn)閱讀： [1]邱關(guān)源，（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.[2][M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.[3]張毅剛，彭喜元，[M].北京：高等教育出版社，2010. [4][M].北京：北京大學(xué)出版社，2011.工作計(jì)劃： 5月6號(hào)：搜集資料；5月7號(hào)：方案論證擬定硬件方案；5月8號(hào)：討論優(yōu)化并確定硬件方案；5月9號(hào)—10號(hào)：討論并確定程序流程并繪制流程圖； 5月13號(hào)：根據(jù)流程圖編寫程序并且進(jìn)行軟件的仿真與調(diào)試；5月13號(hào)—14號(hào)：硬件電路的制作并撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告；5月15號(hào)：燒錄程序并調(diào)試； 5月16號(hào)：完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫。任務(wù)下達(dá)日期：2013 年 5 月 6 日任務(wù)完成日期：2013 年 5 月17 日指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）：萬(wàn)年歷設(shè)計(jì) 摘 要： 以AT89S52為主控芯片設(shè)計(jì)了一個(gè)帶溫度顯示的萬(wàn)年歷電路系統(tǒng)，該電路具有年、月、日、星期、時(shí)、分、秒、鬧鐘顯示和調(diào)整，并且還能顯示溫度和按鍵提示音、整點(diǎn)鳴叫、定時(shí)鬧鐘鳴叫等功能。本設(shè)計(jì)由數(shù)據(jù)顯示模塊、溫度采集模塊、時(shí)間處理模塊和調(diào)整設(shè)置模塊四個(gè)模塊組成。 溫度采集選用DS18B20芯片，數(shù)據(jù)顯示采用1602A液晶顯示模塊，主芯片利用定時(shí)中斷產(chǎn)生時(shí)間，控制著液晶的顯示更新、溫度的實(shí)時(shí)變化以及按鍵的讀取處理，而對(duì)于鬧鐘，實(shí)際上就是時(shí)間里的一個(gè)嵌套程序。時(shí)間和鬧鐘的值由按鍵調(diào)整設(shè)置，采用通用的二十四小時(shí)制。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；液晶顯示屏；溫度傳感器；時(shí)鐘芯片 目 錄1. 設(shè)計(jì)背景 1 概述 1 萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)目的 1 2 按鍵控制模塊設(shè)計(jì)與論證 2 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)與論證 2 顯示模塊模塊設(shè)計(jì)與論證 33. 方案實(shí)施 4 4 4 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊 4 電源模塊 5 時(shí)鐘芯片DS1302模塊 6 6 鬧鐘模塊 7 LCD1602顯示模塊 8 按鍵模塊 9 軟件設(shè)計(jì) 9 系統(tǒng)仿真 10 114. 結(jié)果與結(jié)論 12 結(jié)果 12 結(jié)論 125. 收獲與致謝 136. 參考文獻(xiàn) 147. 附件 15 原理圖 15： 15 元器件清單 15 實(shí)物圖 16 正常工作 16 調(diào)試狀態(tài) 17 鬧鐘設(shè)置狀態(tài) 18 1. 設(shè)計(jì)背景 概述如今萬(wàn)年歷已經(jīng)在人們生活中廣泛的使用，它不僅是記錄日期和時(shí)間的工具，而且也成為了一種裝飾品?，F(xiàn)在的萬(wàn)年歷可以說是多種多樣，外觀精美。放在家里既可以計(jì)時(shí)也可作為風(fēng)景壁畫，因此越來越受到大眾消費(fèi)者的喜愛。 萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)目的 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀(jì)錄。萬(wàn)年歷目前已經(jīng)不再局限于以書本形式出現(xiàn)。以電腦軟件或者電子產(chǎn)品形式出現(xiàn)的萬(wàn)年歷被稱為電子萬(wàn)年歷。與傳統(tǒng)書本形式的萬(wàn)年歷相比，電子萬(wàn)年歷得到了越來越廣泛的應(yīng)用，采用電子時(shí)鐘作為時(shí)間顯示已經(jīng)成為一種時(shí)尚。目前市場(chǎng)上各式各樣的電子時(shí)鐘數(shù)不勝數(shù)，但多數(shù)是只針對(duì)時(shí)間顯示，功能單一不能滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枨蟆? 本文提出了一種基于AT89S52單片機(jī)的萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)方案，利采用一個(gè)LCD顯示。本方案以AT89S52單片機(jī)作為主控核心，與時(shí)鐘芯片DS130溫度芯片DS18B鬧鐘模塊、按鍵、LCD顯示等模塊組成硬件系統(tǒng)。在硬件系統(tǒng)中設(shè)有5個(gè)獨(dú)立按鍵和一個(gè)LCD顯示器，能顯示豐富的信息，根據(jù)使用者的需要可以隨時(shí)對(duì)時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)、選擇時(shí)間、溫度顯示、綜上所述此萬(wàn)年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡(jiǎn)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(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 1 按鍵控制模塊設(shè)計(jì)與論證方案一： 直接加減：使用7按鍵，1按鍵切換鬧鐘，6按鍵對(duì)時(shí)分秒分別加減，控制方式相當(dāng)簡(jiǎn)單，但需要較多按鍵與I/O口，功能一般，成本較高。方案二： 矩陣鍵盤：使用16按鍵對(duì)時(shí)分秒直接設(shè)置，能最為靈活的對(duì)數(shù)字鐘進(jìn)行設(shè)置，功能強(qiáng)大，但控制方式相對(duì)困難，成本較高，需要較多按鍵與I/O口。方案三： 換位調(diào)整：使用4按鍵，1設(shè)置鬧鐘，1鍵設(shè)置調(diào)整時(shí)間，1鍵調(diào)整，1鍵確定，此種控制方式相對(duì)簡(jiǎn)單，占用I/O口少，成本低廉，但功能一般。經(jīng)過反復(fù)比較，在3種方案中選取了第3種——換位調(diào)整，此方案成本低，功能已經(jīng)足夠滿足數(shù)字鐘的需要，而且硬件軟件均比較簡(jiǎn)單。 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)與論證方案一:不使用芯片,采用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器這種方法原理是利用單片機(jī)芯片的定時(shí)器來產(chǎn)生固定的時(shí)間,模擬時(shí)鐘的時(shí), 分,秒。如:利用AT80C52芯片,定時(shí)器用工作方式1,每50ms產(chǎn)生一個(gè)中斷,循環(huán)20次,即1s周期。每一個(gè)周期加1,那么1min為60個(gè)周期,1h就是60*60=3600個(gè)周期,一天就是3600*24=86400個(gè)周期。此方法優(yōu)點(diǎn)是可以省去一些外圍的芯片,但這種方法只能適用于一些要求不是十分精確,不做長(zhǎng)期保留的場(chǎng)合。方案二:并行接口時(shí)鐘芯片 DS12887特點(diǎn):采用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)并行總線(三總線)擴(kuò)展的接口電路,采用這種接口電路具有操作速度快,編程方便的優(yōu)點(diǎn)。但是對(duì)于80C52單片機(jī)來說,低位地址線要通過鎖存器輸出,還要地址譯碼器,而且并行口芯片的體積相對(duì)較大，會(huì)占用較多的空間。方案三:串行接口時(shí)鐘芯片DS1302芯片主特性:（1） 實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有能計(jì)算2100 年之前的秒分時(shí)日日期星期月年的能力，還有閏年調(diào)整的能力 （2） 8 位暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM（3）串行 I/O 口方式使得管腳數(shù)量最少（4）~（5）工作電流 時(shí),小于300nA（6）讀/寫時(shí)鐘或RAM 數(shù)據(jù)時(shí)有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式（7）8 腳DIP 封裝或可選的8 腳SOIC 封裝根據(jù)表面裝配（8）簡(jiǎn)單 3 線接口（9）與 TTL 兼容V cc=5V（10）可選工業(yè)級(jí)溫度范圍40~+85優(yōu)點(diǎn):串行接口的日歷時(shí)鐘芯片,使用簡(jiǎn)單,接口容易,與微型計(jì)算機(jī)連線較少等特點(diǎn),在單片機(jī)系統(tǒng)尤其是手持式信息設(shè)備中己得到了廣泛的應(yīng)用。比較以上三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮最終選擇串行時(shí)鐘芯片DS1302。 顯示模塊模塊設(shè)計(jì)與論證方案一：采用靜態(tài)顯示方法，靜態(tài)顯示模塊的硬件制作較復(fù)雜及功耗大，要用到多個(gè)移位寄存器，但不占用端口，只需兩根串口線輸出。方案二：采用動(dòng)態(tài)顯示方法，動(dòng)態(tài)顯示模塊的硬件制作簡(jiǎn)單，段掃描和位掃描各占用一個(gè)端口，總需占用單片機(jī)14個(gè)端口，采用間斷掃描法功耗小、硬件成本低及整個(gè)硬件系統(tǒng)體積相對(duì)減小。方案三:采用LCD的方法,具有硬件制作簡(jiǎn)單可直接與單片機(jī)接口,顯示內(nèi)容多,功耗小,成本低等優(yōu)點(diǎn),LCM1602可顯示32個(gè)字符,采用LCD的缺點(diǎn)是亮度不夠。比較以上三種方案：方案一硬件復(fù)雜體積大、功耗大；方案二硬件簡(jiǎn)單、功耗小；方案三硬件簡(jiǎn)單，顯示內(nèi)容多,功耗小,成本低等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求達(dá)到功耗小、體積小、成本低，顯示信息多等要求，權(quán)衡三種方案，選擇方案三。3. 方案實(shí)施按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，初步確定系統(tǒng)由電源模塊、復(fù)位電路、時(shí)鐘模塊、顯示模塊、按鍵模塊、溫度采集模塊和蜂鳴器組成，： 時(shí)鐘模塊 AT89S52 電源模塊溫度采集模塊 復(fù)位電路 顯示模塊 時(shí)鐘電路 蜂 鳴 器 按鍵模塊 整體框圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊： 單片機(jī)最小系統(tǒng)本設(shè)計(jì)中選擇了內(nèi)部時(shí)鐘方式和按鍵電平復(fù)位電路，來構(gòu)成單片機(jī)的最小電路。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。此設(shè)計(jì)中P0口做為輸出口用來驅(qū)動(dòng)LCD顯示，而P0口內(nèi)部又沒有上拉電阻，所以加上10K上拉電阻。復(fù)位電路本設(shè)計(jì)中的復(fù)位電路集手動(dòng)復(fù)位及上電自動(dòng)復(fù)位于一體。 1）上電自動(dòng)復(fù)位通過外部復(fù)位電路的電容C3的充電來實(shí)現(xiàn)，只要電源VCC的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。 2）按鍵手動(dòng)復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。時(shí)鐘振蕩電路考慮系統(tǒng)運(yùn)行速度，采用12MHZ的石英晶振，并使用兩個(gè)小電容作為微調(diào)電容。 電源模塊 ： 電源電路 ，在7805與9V電源之間用一個(gè)橋堆2W10來提高系統(tǒng)的安全性。2W10能提供正向最大電流1A，最大反向峰值電壓50V，能夠有效避免電源反接或電源不穩(wěn)定給系統(tǒng)帶來的安全隱患。然后經(jīng)過濾波電容和微調(diào)電容后變成直流電，再經(jīng)過L7805三端穩(wěn)壓器輸出5V直流電。7805輸出端的電容起到了防干擾和微調(diào)作用。在輸出端5V電壓處接一個(gè)紅色發(fā)光二極管來做為電源指示燈。 時(shí)鐘芯片DS1302模塊 ： 時(shí)鐘芯片電路，其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。VCC1在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源并提供低功率的電池備份。VCC2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式中VCC1連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由VCC1或VCC2 兩者中較大者供電。當(dāng)VCC2大于VCC1+，VCC2給DS1302供電。當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí)，DS1302由VCC1供電。 DS1302在每次進(jìn)行讀、寫程序前都必須初始化，先把SCLK端置 “0”，接著把RST端置“1”，最后才給予SCLK脈沖；DS1302的控制字的位7必須置1，若為0則不能對(duì)DS1302進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)。對(duì)于位6，若對(duì)時(shí)間進(jìn)行讀/寫時(shí)，CK=0，對(duì)程序進(jìn)行讀/寫時(shí)RAM=1。位1至位5指操作單元的地址。位0是讀/寫操作位，進(jìn)行讀操作時(shí)，該位為1；進(jìn)行寫操作時(shí)，該位為0?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入/輸出的。DS1302的日歷、時(shí)間寄存器內(nèi)容：“CH”是時(shí)鐘暫停標(biāo)志位，當(dāng)該位為1時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位為0時(shí)，時(shí)鐘開始運(yùn)行?！癢P”是寫