【正文】 而 電子萬年歷作為電子類小設(shè)計(jì) 不僅是市場(chǎng)上的寵兒，也是是單片機(jī)實(shí)驗(yàn)中一個(gè)很常用的題目。 3．主要參考文獻(xiàn)： [1]李 朝青 . 單片機(jī)原理及接口技術(shù) . 北京 : 北京航空航天大學(xué)出版社 , 2021,5 [3]龔運(yùn)新 . 單片機(jī) C 語言開發(fā)技術(shù) . 北京 :清華大學(xué)出版社 , 2021,9 [4]孫涵芳 . MCS51 系列單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M]. 北京 : 北京航空航天大學(xué)出版社 1996,4 [5]賈好來 . MCS— 51單片機(jī)原理及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 年 [6]陳海宴 . 51單片機(jī)原理及應(yīng)用 —— 基于 Keilc與 Proteus北京 : 北京航空航天大學(xué)出版社 2021,7 4．課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃： 序號(hào) 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 1 202196 布置任務(wù)，教師講解設(shè)計(jì)方法及要求 2 202196 至 11 查找閱讀資料，初定方案 ,小組會(huì)議討論并確定方案 3 2021911 至 16 硬件電路設(shè)計(jì)及程序編寫 4 2021916 至 19 仿真、實(shí)驗(yàn)并寫說明書，小組討論 5 2021919 答辯 指導(dǎo)教師 汪普林 日期： 2021 年 9 月 19 日 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 54 頁 前言 隨著科技的快速發(fā)展，從擺鐘到現(xiàn)在電子鐘，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀(jì)錄。 二、主要技術(shù)指標(biāo)與要求： （ 1）基本功能 a 準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間； b 小時(shí)的計(jì)時(shí)為 12 進(jìn)位，分和秒的計(jì)時(shí)為 60 進(jìn)位； c 校時(shí)功能。 （ 2）擴(kuò)展功能 a 定時(shí)控制； b 整點(diǎn)報(bào)時(shí) 。目前， 單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶 ， 電子 時(shí)鐘 的出現(xiàn)給人們的生活帶來 了 諸多方便 ， 隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，單片機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)的個(gè)人領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，單片機(jī)以體積小、功能全、性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭，單片機(jī)開發(fā)技術(shù)已成為電氣、通信、自動(dòng)化、機(jī)電 一體化等專業(yè)技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)。因?yàn)樗挠泻芎玫拈_放性和可發(fā)揮性，因此對(duì)作者的要求比較高，不僅考察了對(duì)單片機(jī)的掌握能力更加強(qiáng)調(diào)了對(duì)單片機(jī)擴(kuò)展的應(yīng)用 ， 而且在操作的設(shè)計(jì)上要力求簡(jiǎn)潔，功能上盡量齊全，顯示界面也要出色 ， 數(shù)字顯示的時(shí)鐘已經(jīng)越來越流行，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會(huì)議室、車站和廣場(chǎng)等使用，壁掛式 LED 數(shù)碼管顯示的日歷鐘逐漸受到人們的歡迎。 系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī)為控制器，以串行時(shí)鐘日歷芯片 DS1302 記錄日歷和時(shí)間， 它可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，還具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。所以，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案應(yīng)在滿足系統(tǒng)功能的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所選的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單使用、易于實(shí)現(xiàn)，器件的選 用著眼于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗以及低廉的成本。 圖 1 硬件電路框圖 AT 89 S 52電源模塊溫度模塊獨(dú)立按鍵時(shí)鐘模塊顯示模塊鬧鐘模塊南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 54 頁 單片機(jī)芯片設(shè)計(jì)與 論證 方案一 : 采用 AT89C51 芯片作為硬件核心，采用 Flash ROM，內(nèi)部具有 4KB ROM 存儲(chǔ)空間 ,能用于 3V 的超低電壓工作 ,而且與 MCS51系列單片機(jī)完全兼容 ,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備 ISP 在線編程技術(shù) , 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。 按鍵控制模塊設(shè)計(jì)與論證 方案一： 采用矩陣鍵盤，由于按鍵多可實(shí)現(xiàn)數(shù)值的直接鍵入，但在系統(tǒng)中需要 CPU 不間斷的對(duì)其端口掃描。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大。 因?yàn)橛?DS18B20 溫度芯片， 采用單總線訪問，降低成本、降低制作難度且可節(jié)省單片機(jī)資源，故采用方案二。 (4).Convert T（ 44h），發(fā)完指令后應(yīng)查詢總線上的電平，當(dāng)電平位高時(shí)溫度轉(zhuǎn)換完成。需要做較精確的延時(shí)。 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。 1602 字符型 LCD 簡(jiǎn)介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD，本設(shè)計(jì)采用 16列 *2行的字符型 LCD1602帶背光的液晶顯示屏。 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。（說明： 1為高電平、 0為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H位置。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM地址設(shè)置。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 54 頁 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如圖 1058所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A” 的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母 “A” 。 AT89S51 單片機(jī) 本系統(tǒng)采用的是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S52 單片機(jī)，首先我們來熟悉一下 AT89S52 單片機(jī)的外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線服用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。作輸入口 使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 ? P3 口： P3 口是一組帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O， P3的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 表 1 P3口的第二功能圖 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)時(shí)器 0外部輸入） T1（定時(shí) /計(jì)時(shí)器 1外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） ? RST：復(fù)位輸入。 ? ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存器允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。 如有必 要，可通過多特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置，可禁止 ALE 操作。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒有兩次有效的 PSEN 信號(hào)。 如 EA 端為高電平（接 Vcc端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 WDT 由 13位計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門 狗定時(shí)器復(fù)位存儲(chǔ)器（ WDTRST）構(gòu)成。除了復(fù)位（硬件復(fù)位或 WDT溢出復(fù)位），沒有辦法停止 WDT工作。當(dāng)工作于異步方式時(shí)，它具有全雙工的操作功能，也就是說，它可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。如果執(zhí)行 SBUF指令 ，則讀出的數(shù)據(jù)一定來自接收緩存器。XTAL1反相器的輸入， XTAL2為反相器的輸出。在電路中，對(duì)電容 C1和 C2的值要求不是很嚴(yán)格，如果使用高質(zhì)的晶振，則不管頻率為多少， C C2通常都選擇 30pF。控制寄存器是一個(gè) 8位的寄存器，用于控制定時(shí)器的工作狀態(tài)，方式寄存器是一個(gè) 8位的寄存器，用于確定定時(shí)器的工作方式，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器是 16位的計(jì)數(shù)器，分為高字節(jié)和低字節(jié)兩部分。南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 20 頁 共 54 頁 究竟訪問哪一區(qū)，存是通過不同的 尋址方式加以區(qū)分的。 ? 中斷系統(tǒng)： AT89S52 單片機(jī)有 6 個(gè)中斷源，中斷系統(tǒng)主要由中斷允許寄存器 IE、中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP、優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)和一些邏輯門組成。另外，它還能提供 31 字節(jié)的用于高速數(shù)據(jù)暫存的 RAM。因此 ,其與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送是十分容易實(shí)現(xiàn)的 ， DS1302 的引腳排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 2： DS1302 引腳說明： X1， X2 晶振引腳 GND 地線 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 54 頁 RST 復(fù)位端 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出端口 SCLK 串行時(shí)鐘端口 VCC1 慢速充電引腳 VCC2 電源引腳 圖 2 DS1302管腳 DS1302 接口電路設(shè)計(jì) 1時(shí)鐘芯片 DS1302 的接口電路及工作原理： Vcc21X12X23GND4RST5I/O6SCLK7Vcc8U2DS130212Y2XTALVCCVCC2P3~4P3~5P3~6 圖 3 DS1302與 MCU接口電路 圖 3 為 DS1302 的接口電路，其中 Vcc1 為后備電源， Vcc2 為主電源。當(dāng) VCC2 大于 VCC1+ 時(shí)，VCC2 給 DS1302 供電。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。表 2 為 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?？刂谱止?jié)的高有效位（位 7）必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302 中，位 6如果 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至位 1 指示操作單元的地址；最低有效位（ 位南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 22 頁 共 54 頁 0）如為 1 表示進(jìn)行讀操作，為 0 表示進(jìn)行寫操作。如下圖 4所示。 DS1302 與 RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè) RAM單元，共 31 個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè) 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 C0H～ FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的 31個(gè)字節(jié)，命令控制字為 FEH(寫 )、 FFH(讀 )。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V～ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器 1。圖 5中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 24 頁 共 54 頁 性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值。 1K 1K 1K 1KVCC VCC VCC VCCS2 S3 S4 S5P3~0 P3~1 P3~2 P3~3 圖 15 按鍵電路 對(duì)以上 4 個(gè)按鍵作簡(jiǎn)要說明： S4—— SET 鍵， S3—— UP 鍵， S2— — DOWN鍵， S5—— OUT/STOP 鍵。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序。 根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位電路把單片機(jī)鎖定在復(fù)位狀態(tài)上并且維持一個(gè)延時(shí)（記作 TRST），以便給予電源電壓從上升到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間；在電源電壓穩(wěn)定之后，再插入一個(gè)延時(shí)，給予時(shí)鐘振蕩器從起振到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間；在單片機(jī)開始進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)之前，還要至少推遲 2 個(gè)機(jī)器周期的延時(shí)。4K7R110uFC1VCCS1res 4K7R110uFC1VCCS1res 圖 16 復(fù)位電路 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 30 頁 共 54 頁 3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 電子萬年歷的功能是在程序控制下實(shí)現(xiàn)的。程序開始運(yùn)行后首先要 進(jìn)行初始化，把單片機(jī)的各引腳的狀態(tài)按程序里面的初始化命令進(jìn)行初始化，初始化完成后運(yùn)行溫度測(cè)量程序，讀取出溫度傳感器測(cè)量出來的溫度，然后運(yùn)行公歷計(jì)算程序，得到公歷的時(shí)間、日期信息，再運(yùn)行按鍵掃描程序，檢測(cè)有無按鍵按下，如果沒有按鍵按下則直接調(diào)用節(jié)日計(jì)算程序，根據(jù)得到的公歷日期信息計(jì)算出節(jié)日，如果有按鍵按下則更新按鍵修改后的變量后送給節(jié)日計(jì)算程序，由節(jié)日計(jì)算程序根據(jù)修改后的變量計(jì)算出對(duì)應(yīng)的節(jié)假日，計(jì)算完成后運(yùn)行顯示程序，顯示程序?qū)⒌玫降臏囟葦?shù)據(jù)、公歷信息、節(jié)假日信息送給對(duì)