【正文】 單片機 設計 報告 題 目 ： 電子萬年歷的設計與制作 一、設計目的及意義 （ 1） 在學習了《數字電子技術》和《單片機原理及接口技術》課程后，為了加深對理論知識的理解，學習理論知識在實際中的運用，培養(yǎng)動手能力和解決實際問題的經驗 讓學生接觸專用時鐘芯片 DS1302，并會用 DS1302芯片開發(fā)時鐘模塊，應用到其他系統(tǒng)中去。熟悉 WAVE軟件調試程序和仿真 . （ 2）、通過實驗提高對 單片機的認識； （ 3）通過實驗提高焊接、布局、電路檢查能力； （ 4）、通過實驗提高軟件調試能 力； （ 5） 進一步熟悉和掌握單片機的結構及工作原理。 （ 6） 通過課程設計，掌握以單片機核心的電路設計的基本方法和技術，了解表關電路參數的計算方法。 （ 7） 通過實際程序設計和調試，逐步掌握模塊化程序設計方法和調試技術。 （ 8） 通過完成一個包括電路設計和程序開發(fā)的完整過程，使學生了解開發(fā)一單片機應用系統(tǒng)的全過程，為今后從事相應打下基礎。 二、設計內容要求 電子萬年歷能顯示陽歷年、月、日、星期、 [小 ]時、分、秒和陰歷月、日，在顯示陰歷時間時能標明是否為閏年。 三、方案選擇與實驗基本原理。 按照系統(tǒng)設計功能的 要求，初步確定設計系統(tǒng)由主控模塊、時鐘模塊、顯示模塊、鍵盤接口模塊共 4個模塊組成，電路系統(tǒng)構成框圖如圖 L1所示。主控芯片使用 51系列 AT89c52單片機，時鐘芯片使用美國 DALLAs 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實時時鐘DSl302。采用 DSl 302作為主要計時芯片，可以做到計時準確。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時耗電小于 300 nA)下繼續(xù)計時，并可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不耗電。 顯示模塊采用普通 的共陽 LED數碼管，鍵輸入采用查詢法實現(xiàn)調整功能。 圖 1 電子萬年歷電路系統(tǒng)構成框圖 系統(tǒng)硬件電路的設計 圖 2為電子萬年歷電路設計原理圖，系統(tǒng)由主控制器 AT89C5時鐘芯片 DSl30串口顯示電路及鍵掃描電路組成。 圖 2電子萬年歷電路設計原理圖 主控制器 AT89C52 ATMEL公司生產的 AT89C52 單片機采用高性能的靜態(tài) 80C51設計，由先進工藝制造， 并 帶有非易失性 F1ash程序存儲器。它是一種高性能、低功耗的 8位 cMos微處理芯片，市 場應用最多。主要性能特點有： ● 8KH F1ash ROM，可以擦除 1000次以上，數據保存 10年 ● 256字節(jié)內部 RAM。 ●電源控制模式 —— 時鐘可停止和恢復 —— 空閑模式； —— 掉電模式。 ● 6個中斷源。 ● 4個中斷優(yōu)先級。 ● 4個 8位 I／ O口。 ●全雙工增強型 UART。 ● 3個 16位定時／計數器， To、 T1(標準 80c51)和增加的 T2(捕獲和比較 )。 ●全靜態(tài)工作方式： 024MH z。 ． 2 時鐘電路 DSl302 1． ds1302的性能特性 ●實時時鐘，可對秒、分、時、日、周、月以及帶閏年補償的年進行計數； ●用于高速數據暫存的 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時耗電小于 300 nA； ●用于時鐘或 RAM數據讀／寫的單字節(jié)或多字節(jié) (脈沖方式 )數據傳送方式； ●簡單的 3線接口； ●可選的慢速充電 (至 Vcc1)的能力。 D51302 時鐘芯片包括實時時鐘／日歷和 3l 字節(jié)的靜態(tài) RAM。它經過一個簡單的串行 接口與微處理器通信。實時時鐘／ 日歷提供秒、分、時、日、周、月和年等信息。對于小于 31天的月利月末的日期自動進行調整，還包括閏年校正的功能。時鐘的運行可以采用 24H或帶AM(上午 )／ PM(下午 )的 12H格式。采用三線接口與 cPu進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM數據。 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 存時間信息以及數據。 Ds1302由 Vcc1或 vcc2中較大者供電。當 vcc2大于 Vcc1十 o． 2v時，vcc2v給 DSl302 供電；當 vcc2小于 Vcc1時， DSl302由 Vcc1供電。 2． DSl302數據操作原理 Dsl 302在任何數據傳送時必須先初始化，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，數據在 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個寄存器中哪個將被訪問到。在開始 8個時鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時鐘周期在讀操作時輸出數據，在 寫操作時寫人數據。時鐘脈沖的個數在單字節(jié)方式下為 8加 8，在多字節(jié)方式下為 8加字節(jié)數，最大可達 248字節(jié)數。 如果在傳送過程中置 RsT腳為低電平，則會終止本次數據傳送，并且 I／ ()引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在 Vcc≥ V之前 ， RsT腳必須保持低電平。只有在 scLK為低電平時，才能將 RsT置為高電平。 D引 302的引腳及內部結構圖如圖 3． 3所示，表 3． 1為各引腳的功能 圖 3 DS1302 引腳及內部結構 表 1 DS102引腳功能 Dsl302 的控制字如圖 3． 4所示。控 制字節(jié)的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 1；如果它為 0，則不能把數據寫入到 Dsl302 中。位 6如果為 0，則表示存取日歷時鐘數據 。為 1表示存取 RAM數據。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，表示要進行寫操作；為 1表示進行讀操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入／輸出。 為了提高對 32個地址的尋址能力 (地址／命令位 1～ 5＝邏輯 1)，可以把時鐘／日歷或RAM寄存器規(guī)定為多字節(jié) (burst)方式。位 6規(guī)定時鐘或 RAM，而位 0規(guī)定讀或寫。在時鐘／日歷寄存器中的地址 9— 31或 RAM寄 存器中的地址 31不能存儲數據。在多字節(jié)方式中，讀或寫從地址 0的位 0開始。必須按數據傳送的次序寫最先的 8個寄存器。但是，當以多字節(jié)方式寫 RAM時，為了傳送數據不必寫所有 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 數據讀 /寫時序 Dsl302共有 12個寄存器，其中有 7個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數據位為 BCD碼形式。其 H歷、時間寄存器及其控制字見表 3． 2，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作。 時鐘暫停：秒寄存器的位 7定義位時鐘暫停位。當它為 1時， DS1302 停止振蕩，進入低功耗的備份方式 .通常在對 Dsl302進行寫操作時 (如進入時鐘調整程序 )，停止振蕩。當它為 0時，時鐘將開始啟動。 AM— PM／ 12— 24[小 ]時方式： [小 ]時寄存器的位 7定義為 12或 24[小 ]時方式選擇位。它為高電平時，選擇 12[小 ]時方式。在此方式下，位 5是 AM／ PM位，此位是高電平時表示 PM，低電平表示 AM。在 24[小 ]時方式下，位 5為第二個 10[小 ]時位 (20一 23h)。 表 2 內部寄存器地址和內容 Dsl302的品振選用 32． 768kH z，電容推薦值為 6PF，因為振蕩頻率較低，也可以不接電容．對計時精度影響不大。 3． 3． 3 顯示電路的設計 顯示部分采用普通的共陽數碼管顯示，采用動態(tài)掃描，以減少硬件電路?？紤]到一次掃描 19位數的管顯示時會出現(xiàn)閃爍情況，設計時 19個數碼管分 3排同時掃描。第一排 6個數碼 管分別為千年、百年、十午、年、十月、月，第二排 6位數碼管分別為十時、時、十分、分、十秒、秒，第三排 7位數碼管分別為星期、陰歷十月、陰歷月、陰歷十日、陰歷日、十日、日。顯示時采用串行口輸出段碼，用 3片 74ls164來驅動 3排數碼管，這樣掃描一次只需7ms。 741ls164內部為 8個 D觸發(fā)器，用以實現(xiàn)數據的串行移位， 741ls164 特性見表 3。單片機以串行口方式 0〔移仿寄存器方式 )輸山數據， 3片 74Lsl64作為 3排共陽數碼管的串／并轉換顯示接口。 74ls164 為 TTL單向 8位移位寄存器，可實現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中 A、 B(第 2腳 )為串行數據輸入端， 2個引腳按邏輯“與”運算規(guī)律輸入信號，共一個輸入信號時可并接，共同作為輸入腳。 cP(第 8腳 )為時鐘輸入端，可連接到串行口的 TxD端。每一個時鐘信號 的上升沿加到 cP端時，移位寄存器移一位。 8個時鐘脈沖過后， 8位二進制數全部移入 74lsl 64 中。 MR腳 (第 9腳 )為復位端，當該腳為低電平時，移位寄存器各位復 0；只有當它為高電平時，時鐘脈沖才起作用。 Q1一 Q8(第 3— 6和 10一 13引腳 )并行輸出端分別接數碼管的 h— a(因為串行 n從低位開始傳送 )各段對應的引腳上。在給出了 8個脈沖后，最先進入 741。 s164的第 1個字 Ll數據到達廠最高位。再來 1個脈沖，第 1個脈沖就會從最高位移出，進入下個 74L5164 的第 1位。 3片 741‘ S164首尾相串，而時鐘端則接在一 起。這樣，當輸入 8個 脈沖時，從 — 9片機 RXD端輸出的第 1字節(jié)數據就進入了第 1片 74LSl64 中，而當第 2個 8個脈沖到來后，第 l字節(jié)數據就進入了第 2片 74Lsl64，而隨后的第 2字節(jié)的數據則進入了第 1片 74LS164。這樣，當第 3個 8個脈沖完成后，首次送出的數據被送到了最下面的 164(第3片 )中，其它數據依次出現(xiàn)在第二和第一片 74LS164 中，實現(xiàn)了數據在 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。數據由 RxD()端輸入或輸出，同步移位脈沖由 TxD()端輸出。發(fā)送、接收數據時低位在先。所以，根據本小節(jié)下面提供的硬件電路圖，在編寫程序時，查共陽數碼管的段碼的二進制數據應該將正常的共陽數碼管 0一 9的二進制值按位反序排序，如原來的二進制為11000000(C0H)，要改為 00000011(03H)，就能使數碼管正常顯示。 鍵盤接口的設計 由于按鍵只有 3個，用普通按鈕接 10kw上拉電阻，用查詢法完成讀鍵功能。 系統(tǒng)程序的設計 因為使用了時鐘芯片 Dsl302， 陽歷程序只需從 Dsl302 各寄存器中讀出年、周、月、日、 [小 ]時、分、秒等數據，再處理即可。在首次對 Dsl302進行操作之前，必須對它進行初始化，然后從 Dsl302中讀出數據，再經過處理后，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 時間調整程序設計 調整時間用 2個調整按鈕， 1個作為移位、控制用，另外 1個作為加和減用，分別定義為控制按鈕、加按鈕。在調整時間過程中，要調整的位與別的位應該有區(qū)別，所以增加了閃爍功能，即調整的位一直在閃爍，直到調整下一位。 閃爍原理就是，讓要調整的一位每隔一定時間熄滅一次，比如說 50 m s。利用定時器計時，當達到 50 ms溢出時，就送給該位熄滅符，在下一次溢出時。再送正常顯示的值，不斷交替，直到調整該位結束。此時送正常顯示值給該位，再進人下一位調整閃爍程序。時間調整程序程序流程圖如圖 3． 7所示。 3． 4． 3 陰歷程序設計 陰歷程序的實現(xiàn)是要靠陽歷日期來推算的。要根據陽歷來推算陰歷日期，首先要設計算法。推算方法是，根據陽歷當前日期在一年中的天數來計算陰歷日期。陽歷一個月不是 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個月或 13個月 (含閏月 )，一個月為 30天或 29天。如果把一個只有 29天的月稱為小月，用 1為標志，把 30天的月稱為大月，用 0為標志，那么 12位二進制就能表示一年 12個月的大小。如果有閏月，則把閏月的月份作為“一個字節(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 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也用一個字節(jié)表示?？偣灿?字節(jié)就可以存儲一年中任何一天陽歷和陰歷的對應關系的有關數據，例如 2020年的陰歷和陽歷對應關系如表 3． 4所列。 圖 7