【正文】 單片機(jī) 設(shè)計(jì) 報(bào)告 題 目 ： 電子萬年歷的設(shè)計(jì)與制作 一、設(shè)計(jì)目的及意義 （ 1） 在學(xué)習(xí)了《數(shù)字電子技術(shù)》和《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》課程后，為了加深對(duì)理論知識(shí)的理解，學(xué)習(xí)理論知識(shí)在實(shí)際中的運(yùn)用，培養(yǎng)動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的經(jīng)驗(yàn) 讓學(xué)生接觸專用時(shí)鐘芯片 DS1302，并會(huì)用 DS1302芯片開發(fā)時(shí)鐘模塊，應(yīng)用到其他系統(tǒng)中去。熟悉 WAVE軟件調(diào)試程序和仿真 . （ 2）、通過實(shí)驗(yàn)提高對(duì) 單片機(jī)的認(rèn)識(shí)； （ 3）通過實(shí)驗(yàn)提高焊接、布局、電路檢查能力； （ 4）、通過實(shí)驗(yàn)提高軟件調(diào)試能 力； （ 5） 進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。 （ 6） 通過課程設(shè)計(jì)，掌握以單片機(jī)核心的電路設(shè)計(jì)的基本方法和技術(shù)，了解表關(guān)電路參數(shù)的計(jì)算方法。 （ 7） 通過實(shí)際程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，逐步掌握模塊化程序設(shè)計(jì)方法和調(diào)試技術(shù)。 （ 8） 通過完成一個(gè)包括電路設(shè)計(jì)和程序開發(fā)的完整過程，使學(xué)生了解開發(fā)一單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的全過程，為今后從事相應(yīng)打下基礎(chǔ)。 二、設(shè)計(jì)內(nèi)容要求 電子萬年歷能顯示陽歷年、月、日、星期、 [小 ]時(shí)、分、秒和陰歷月、日，在顯示陰歷時(shí)間時(shí)能標(biāo)明是否為閏年。 三、方案選擇與實(shí)驗(yàn)基本原理。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的 要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由主控模塊、時(shí)鐘模塊、顯示模塊、鍵盤接口模塊共 4個(gè)模塊組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖 L1所示。主控芯片使用 51系列 AT89c52單片機(jī)，時(shí)鐘芯片使用美國 DALLAs 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘DSl302。采用 DSl 302作為主要計(jì)時(shí)芯片，可以做到計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。更重要的是， DSl302可以在很小電流的后備電源 (2． 5— 5． 5v電源，在 2． 5v時(shí)耗電小于 300 nA)下繼續(xù)計(jì)時(shí)，并可編程選擇多種充電電流來對(duì)后備電源進(jìn)行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電。 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(shí)現(xiàn)調(diào)整功能。 圖 1 電子萬年歷電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 圖 2為電子萬年歷電路設(shè)計(jì)原理圖，系統(tǒng)由主控制器 AT89C5時(shí)鐘芯片 DSl30串口顯示電路及鍵掃描電路組成。 圖 2電子萬年歷電路設(shè)計(jì)原理圖 主控制器 AT89C52 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89C52 單片機(jī)采用高性能的靜態(tài) 80C51設(shè)計(jì)，由先進(jìn)工藝制造， 并 帶有非易失性 F1ash程序存儲(chǔ)器。它是一種高性能、低功耗的 8位 cMos微處理芯片，市 場應(yīng)用最多。主要性能特點(diǎn)有： ● 8KH F1ash ROM，可以擦除 1000次以上，數(shù)據(jù)保存 10年 ● 256字節(jié)內(nèi)部 RAM。 ●電源控制模式 —— 時(shí)鐘可停止和恢復(fù) —— 空閑模式； —— 掉電模式。 ● 6個(gè)中斷源。 ● 4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。 ● 4個(gè) 8位 I／ O口。 ●全雙工增強(qiáng)型 UART。 ● 3個(gè) 16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器， To、 T1(標(biāo)準(zhǔn) 80c51)和增加的 T2(捕獲和比較 )。 ●全靜態(tài)工作方式： 024MH z。 ． 2 時(shí)鐘電路 DSl302 1． ds1302的性能特性 ●實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)； ●用于高速數(shù)據(jù)暫存的 31 8位 RAM； ●最少引腳的串行 I／ o； ● 2． 5— 5． 5V電壓工作范圍； ● 2． 5V時(shí)耗電小于 300 nA； ●用于時(shí)鐘或 RAM數(shù)據(jù)讀／寫的單字節(jié)或多字節(jié) (脈沖方式 )數(shù)據(jù)傳送方式； ●簡單的 3線接口； ●可選的慢速充電 (至 Vcc1)的能力。 D51302 時(shí)鐘芯片包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷和 3l 字節(jié)的靜態(tài) RAM。它經(jīng)過一個(gè)簡單的串行 接口與微處理器通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘／ 日歷提供秒、分、時(shí)、日、周、月和年等信息。對(duì)于小于 31天的月利月末的日期自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，還包括閏年校正的功能。時(shí)鐘的運(yùn)行可以采用 24H或帶AM(上午 )／ PM(下午 )的 12H格式。采用三線接口與 cPu進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM數(shù)據(jù)。 Dsl302有主電源／后備電源雙電源引腳： Vcc1在單電源與電他供電的系統(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，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中較大者供電。當(dāng) vcc2大于 Vcc1十 o． 2v時(shí)，vcc2v給 DSl302 供電；當(dāng) vcc2小于 Vcc1時(shí)， DSl302由 Vcc1供電。 2． DSl302數(shù)據(jù)操作原理 Dsl 302在任何數(shù)據(jù)傳送時(shí)必須先初始化，把 RsT腳置為高電平，然后把 8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在 scLK的上升沿被輸入。無論是讀周期還是寫周期，開始 8位指定 40個(gè)寄存器中哪個(gè)將被訪問到。在開始 8個(gè)時(shí)鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時(shí)鐘周期在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在 寫操作時(shí)寫人數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為 8加 8，在多字節(jié)方式下為 8加字節(jié)數(shù)，最大可達(dá) 248字節(jié)數(shù)。 如果在傳送過程中置 RsT腳為低電平，則會(huì)終止本次數(shù)據(jù)傳送，并且 I／ ()引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在 Vcc≥ V之前 ， RsT腳必須保持低電平。只有在 scLK為低電平時(shí)，才能將 RsT置為高電平。 D引 302的引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 3． 3所示，表 3． 1為各引腳的功能 圖 3 DS1302 引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 表 1 DS102引腳功能 Dsl302 的控制字如圖 3． 4所示?？?制字節(jié)的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 1；如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到 Dsl302 中。位 6如果為 0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù) 。為 1表示存取 RAM數(shù)據(jù)。位 5— 1(A4一 A0)指示操作單元的地址。最低有效位 (位 0)如為 0，表示要進(jìn)行寫操作；為 1表示進(jìn)行讀操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入／輸出。 為了提高對(duì) 32個(gè)地址的尋址能力 (地址／命令位 1～ 5＝邏輯 1)，可以把時(shí)鐘／日歷或RAM寄存器規(guī)定為多字節(jié) (burst)方式。位 6規(guī)定時(shí)鐘或 RAM，而位 0規(guī)定讀或?qū)?。在時(shí)鐘／日歷寄存器中的地址 9— 31或 RAM寄 存器中的地址 31不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在多字節(jié)方式中，讀或?qū)憦牡刂?0的位 0開始。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?8個(gè)寄存器。但是，當(dāng)以多字節(jié)方式寫 RAM時(shí)，為了傳送數(shù)據(jù)不必寫所有 31字節(jié)。小管是否寫了全部 31字節(jié)，所寫的每一字節(jié)都將傳送至 RAM。 圖 4 DS1302 的控制字 圖 5 DS1302 數(shù)據(jù)讀 /寫時(shí)序 Dsl302共有 12個(gè)寄存器，其中有 7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD碼形式。其 H歷、時(shí)間寄存器及其控制字見表 3． 2，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。 時(shí)鐘暫停：秒寄存器的位 7定義位時(shí)鐘暫停位。當(dāng)它為 1時(shí)， DS1302 停止振蕩，進(jìn)入低功耗的備份方式 .通常在對(duì) Dsl302進(jìn)行寫操作時(shí) (如進(jìn)入時(shí)鐘調(diào)整程序 )，停止振蕩。當(dāng)它為 0時(shí)，時(shí)鐘將開始啟動(dòng)。 AM— PM／ 12— 24[小 ]時(shí)方式： [小 ]時(shí)寄存器的位 7定義為 12或 24[小 ]時(shí)方式選擇位。它為高電平時(shí)，選擇 12[小 ]時(shí)方式。在此方式下，位 5是 AM／ PM位，此位是高電平時(shí)表示 PM，低電平表示 AM。在 24[小 ]時(shí)方式下，位 5為第二個(gè) 10[小 ]時(shí)位 (20一 23h)。 表 2 內(nèi)部寄存器地址和內(nèi)容 Dsl302的品振選用 32． 768kH z，電容推薦值為 6PF，因?yàn)檎袷庮l率較低，也可以不接電容．對(duì)計(jì)時(shí)精度影響不大。 3． 3． 3 顯示電路的設(shè)計(jì) 顯示部分采用普通的共陽數(shù)碼管顯示，采用動(dòng)態(tài)掃描，以減少硬件電路?？紤]到一次掃描 19位數(shù)的管顯示時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃爍情況，設(shè)計(jì)時(shí) 19個(gè)數(shù)碼管分 3排同時(shí)掃描。第一排 6個(gè)數(shù)碼 管分別為千年、百年、十午、年、十月、月，第二排 6位數(shù)碼管分別為十時(shí)、時(shí)、十分、分、十秒、秒，第三排 7位數(shù)碼管分別為星期、陰歷十月、陰歷月、陰歷十日、陰歷日、十日、日。顯示時(shí)采用串行口輸出段碼，用 3片 74ls164來驅(qū)動(dòng) 3排數(shù)碼管，這樣掃描一次只需7ms。 741ls164內(nèi)部為 8個(gè) D觸發(fā)器，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行移位， 741ls164 特性見表 3。單片機(jī)以串行口方式 0〔移仿寄存器方式 )輸山數(shù)據(jù)， 3片 74Lsl64作為 3排共陽數(shù)碼管的串／并轉(zhuǎn)換顯示接口。 74ls164 為 TTL單向 8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中 A、 B(第 2腳 )為串行數(shù)據(jù)輸入端， 2個(gè)引腳按邏輯“與”運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，共一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接，共同作為輸入腳。 cP(第 8腳 )為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的 TxD端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào) 的上升沿加到 cP端時(shí)，移位寄存器移一位。 8個(gè)時(shí)鐘脈沖過后， 8位二進(jìn)制數(shù)全部移入 74lsl 64 中。 MR腳 (第 9腳 )為復(fù)位端，當(dāng)該腳為低電平時(shí)，移位寄存器各位復(fù) 0；只有當(dāng)它為高電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。 Q1一 Q8(第 3— 6和 10一 13引腳 )并行輸出端分別接數(shù)碼管的 h— a(因?yàn)榇?n從低位開始傳送 )各段對(duì)應(yīng)的引腳上。在給出了 8個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入 741。 s164的第 1個(gè)字 Ll數(shù)據(jù)到達(dá)廠最高位。再來 1個(gè)脈沖，第 1個(gè)脈沖就會(huì)從最高位移出，進(jìn)入下個(gè) 74L5164 的第 1位。 3片 741‘ S164首尾相串，而時(shí)鐘端則接在一 起。這樣，當(dāng)輸入 8個(gè) 脈沖時(shí)，從 — 9片機(jī) RXD端輸出的第 1字節(jié)數(shù)據(jù)就進(jìn)入了第 1片 74LSl64 中，而當(dāng)?shù)?2個(gè) 8個(gè)脈沖到來后，第 l字節(jié)數(shù)據(jù)就進(jìn)入了第 2片 74Lsl64，而隨后的第 2字節(jié)的數(shù)據(jù)則進(jìn)入了第 1片 74LS164。這樣，當(dāng)?shù)?3個(gè) 8個(gè)脈沖完成后，首次送出的數(shù)據(jù)被送到了最下面的 164(第3片 )中，其它數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在第二和第一片 74LS164 中，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在 74LS164 中的串行輸入、并行輸出。 表 3 74LS164 特性表 在方式 0狀態(tài)下，串行口為同步移位寄存器方式，其波特率是固定的，為 fosc／ 12。數(shù)據(jù)由 RxD()端輸入或輸出，同步移位脈沖由 TxD()端輸出。發(fā)送、接收數(shù)據(jù)時(shí)低位在先。所以，根據(jù)本小節(jié)下面提供的硬件電路圖，在編寫程序時(shí)，查共陽數(shù)碼管的段碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)應(yīng)該將正常的共陽數(shù)碼管 0一 9的二進(jìn)制值按位反序排序，如原來的二進(jìn)制為11000000(C0H)，要改為 00000011(03H)，就能使數(shù)碼管正常顯示。 鍵盤接口的設(shè)計(jì) 由于按鍵只有 3個(gè)，用普通按鈕接 10kw上拉電阻，用查詢法完成讀鍵功能。 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 因?yàn)槭褂昧藭r(shí)鐘芯片 Dsl302， 陽歷程序只需從 Dsl302 各寄存器中讀出年、周、月、日、 [小 ]時(shí)、分、秒等數(shù)據(jù)，再處理即可。在首次對(duì) Dsl302進(jìn)行操作之前，必須對(duì)它進(jìn)行初始化，然后從 Dsl302中讀出數(shù)據(jù)，再經(jīng)過處理后，送給顯示緩沖單元。陽歷程序流程圖見圖3． 6所示。 圖 6 陽歷程序流程圖 3． 4． 2 時(shí)間調(diào)整程序設(shè)計(jì) 調(diào)整時(shí)間用 2個(gè)調(diào)整按鈕， 1個(gè)作為移位、控制用，另外 1個(gè)作為加和減用，分別定義為控制按鈕、加按鈕。在調(diào)整時(shí)間過程中，要調(diào)整的位與別的位應(yīng)該有區(qū)別，所以增加了閃爍功能，即調(diào)整的位一直在閃爍，直到調(diào)整下一位。 閃爍原理就是，讓要調(diào)整的一位每隔一定時(shí)間熄滅一次，比如說 50 m s。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到 50 ms溢出時(shí)，就送給該位熄滅符，在下一次溢出時(shí)。再送正常顯示的值，不斷交替，直到調(diào)整該位結(jié)束。此時(shí)送正常顯示值給該位，再進(jìn)人下一位調(diào)整閃爍程序。時(shí)間調(diào)整程序程序流程圖如圖 3． 7所示。 3． 4． 3 陰歷程序設(shè)計(jì) 陰歷程序的實(shí)現(xiàn)是要靠陽歷日期來推算的。要根據(jù)陽歷來推算陰歷日期，首先要設(shè)計(jì)算法。推算方法是，根據(jù)陽歷當(dāng)前日期在一年中的天數(shù)來計(jì)算陰歷日期。陽歷一個(gè)月不是 30天就是 3l天 (2月除外，閏年 2月為 29天 ，平年 2月為 28 天 )。陰歷一年有 12個(gè)月或 13個(gè)月 (含閏月 )，一個(gè)月為 30天或 29天。如果把一個(gè)只有 29天的月稱為小月，用 1為標(biāo)志，把 30天的月稱為大月，用 0為標(biāo)志，那么 12位二進(jìn)制就能表示一年 12個(gè)月的大小。如果有閏月，則把閏月的月份作為“一個(gè)字節(jié)的高 4位，低 4位表示閏月大小，大月為 0，小月為 1．這樣一個(gè) 字節(jié)就包含了所有閏月的信息。陰歷春節(jié)和陽歷元旦相差的天數(shù)也用一個(gè)字節(jié)表示?？偣灿?字節(jié)就可以存儲(chǔ)一年中任何一天陽歷和陰歷的對(duì)應(yīng)關(guān)系的有關(guān)數(shù)據(jù)，例如 2020年的陰歷和陽歷對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 3． 4所列。 圖 7