【正文】 成本，其軟件、硬件與 MCS51 完全兼容，可以很快被中國廣大用戶接受。 6 首先我們在緒論中簡單介紹了單片機(jī)的發(fā)展與其在中低端領(lǐng)域中的優(yōu)勢以及課題的開發(fā)意義；接著介紹了 AT89C51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和本畢業(yè)設(shè)計(jì)所要外擴(kuò)的 LED 顯示及其驅(qū)動方法，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了萬年歷基本電路的設(shè)計(jì)；然后使用單片機(jī)匯編語言進(jìn)行萬年歷程序的設(shè)計(jì)，程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，使得邏輯關(guān)系簡單明了，維護(hù)方便。萬年歷目前已經(jīng)不再局限于以書本形式出現(xiàn)。與傳統(tǒng)書本形式的萬年歷相比，電子萬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。 本文提出了一種基于 AT89C51 單片機(jī)的萬年歷設(shè)計(jì)方案，本方案以AT89C51 單片機(jī)作為主控核心，與時(shí)鐘芯片 DS130按鍵、 LED 顯示等模塊組成硬件系統(tǒng)。 功能要求 本 電子萬年歷能 動態(tài) 顯示年、月、日、星期、小時(shí)、分鐘、秒 方案論證 技術(shù)可行性 隨著國內(nèi)超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，微處理器及其外圍芯片有了迅速的發(fā)展。而近年來推出的一些高檔單片機(jī)還包括有許多特殊功能單元，如 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器、調(diào)制解調(diào)器、通信控制器、鎖相環(huán)、 DMA、浮點(diǎn)運(yùn)算單元、 PWM 控制輸出單元、 PWM 輸出時(shí)的死區(qū)可編程控制功能等。 單片機(jī)的出現(xiàn)，并在各技術(shù)領(lǐng)域中得到如此迅猛的發(fā)展，與單片機(jī)構(gòu)成計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所形成的下述特點(diǎn)有關(guān)： 單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性。 系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。 有優(yōu)異的性能、價(jià)格比 。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。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。 由于本系統(tǒng)對 CPU 運(yùn)算速度要求很高，需要執(zhí)行很復(fù)雜的運(yùn)算 ，方案一成本比較低 ， 適合做設(shè)計(jì)，方案二運(yùn)算速度高，性能好，所以兩種方案都有可取之處。 顯示模塊的選擇 方案一：使用液晶顯示屏顯示 時(shí)間數(shù)字 。但由 9 于液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號，需要利用控 制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，控制器的資源占用較多，其成本也偏高。 方案二：使用傳統(tǒng)的 LED 數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管采用 BCD 編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。在本系統(tǒng)中，我們采用了 八段四位一體 數(shù)碼管串口的 動 態(tài)顯示， 由于顯示位數(shù)較多，故應(yīng)使用顯示驅(qū)動，在本設(shè)計(jì)中采用 MAX7219 顯示驅(qū)動芯片 。 方案一：使用獨(dú)立式鍵盤。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。矩陣式鍵盤是由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行線、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。 根據(jù)以上的論述，因本系統(tǒng)需要的按鍵不多 ，星期 加 1 鍵，日期加 1鍵，月數(shù)加 1 鍵，年數(shù)加 1 鍵，秒數(shù)加 1 鍵，分?jǐn)?shù)加 1 鍵，時(shí)數(shù)加 1 鍵，時(shí)間 /日期切換鍵 ，要求簡單。 總體方案論證與選擇 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定系統(tǒng)由主控模塊、時(shí)控模塊、顯示 驅(qū)動及顯示 模塊和鍵盤接口模塊共 4 個(gè)模塊組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖所示。采用 DS1302作為計(jì)時(shí)芯片，可以做 到計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。 顯示驅(qū)動采用 MAX7219，MAX7219 是微處理器和共陰極 八 段八位 LED 數(shù)碼管 顯示、圖條 /柱圖顯示或 64 點(diǎn)陣顯示接口的小型串行輸入 /輸出芯片。外部只需要一個(gè)電阻設(shè)置所有 LED 顯示器字段電流。允許使用者選擇每位是 BCD 譯碼或不譯碼。 顯示模塊采用普通的 共陰極四位一體八段 LED 數(shù)碼管 。 圖 電子萬年歷電 路原理圖 系統(tǒng)硬件概述 12 主控制器 AT89C51 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51 單片機(jī)采用高性能的靜態(tài) 80C51 設(shè)計(jì)，并采用先進(jìn)工藝制造，還帶有非易失性 Flash 程序存儲器。其主要特點(diǎn)如下： 8KB Flash ROM，可以擦除 1000 次以上，數(shù)據(jù)保存 10 年。 13 DS1302 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 的上升沿被訪問到。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為 8+8，在多字節(jié)方式下為 8+字節(jié)數(shù)，最大可達(dá) 248 字節(jié)數(shù)。上電運(yùn)行時(shí)，在 Vcc≥ 之前， RST 腳必須保持低電平。 DS1302 的控 制字如 表 所示。位 6 如果為 0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)；為 1 則表示存取 RAM 數(shù)據(jù)。最低有效位（位 0）如果為 0，則表示藥進(jìn)行寫操作；為 1 表示進(jìn)行讀操作。 為了提高對 32 個(gè)地址尋址能力（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。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 不能存儲數(shù)據(jù)。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?8 個(gè)寄存器。 表 DS1302 控制字 DS1302 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。 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 0 時(shí)，時(shí)鐘將開始啟動。它為高電平時(shí)，選擇 12 小時(shí)方式。 DS1302 的晶振選用 32768Hz，電容推薦值為 6pF。 顯示驅(qū)動 MAX7219 ● MAX7219 和單片計(jì)算機(jī)連 接有三條引線（ DIN、 CLK、 LOAD），采用 16 位數(shù)據(jù)串行移位接收方式 ● 八位 LED 顯示、圖條 /柱圖顯示或 64 點(diǎn)陣顯示 ● 包括 BCD 譯碼器、多路掃描控制器、字和位驅(qū)動器和 8 8 靜態(tài)RAM ● 可選擇停機(jī)模式、數(shù)字亮度控制、從 1～ 8 選擇掃描位數(shù)和對所有LED 顯示器的測試模式 ● 最多能驅(qū)動 8 位 LED 顯示器 ● 內(nèi)部 RAM 地址 01～ 08H 分別對應(yīng)于 DIG0～ DIG7。 ● 停機(jī)寄存器（地址 0CH）：當(dāng) D0=0 時(shí)， MAX721 處于停機(jī)狀態(tài)；當(dāng) D0=1 時(shí)，處于正常工作狀態(tài)。在該狀態(tài)下，不管MAX7219 處于什么模式，全部 LED 將按最大亮度顯示。 MAX7219 通過 D11～ D84 位地址位譯碼 ,可尋址 14 個(gè)內(nèi)部寄存器 ,分別是 8 個(gè) LED 顯示位寄存器 ,5 個(gè)控制寄存器和 1 個(gè)空操作寄存器。 控制寄存器包括 : 譯碼模式 , 顯示亮度調(diào)節(jié) , 掃描限制 (選擇掃描位數(shù) ),關(guān)斷和顯示測試寄存器。MAX7219 有兩種譯碼方式 :B 譯碼方式和不譯碼方式。B 譯碼方式是 BCD 譯碼 ,直接送數(shù)據(jù)就可以顯示。 掃描限制寄存器 : 地址＝ FBH。 亮度調(diào)節(jié)寄存器 : 地址＝ FAH。 關(guān)斷模式寄存器 :地址＝ FCH。一種是正常操作狀態(tài) (D0 ＝ 1),通常選擇正常 操作狀態(tài)。有兩種選擇用于設(shè)置 LED 是測試狀態(tài)還是正常操作狀態(tài) :當(dāng)在測試狀態(tài)時(shí) (D0 ＝ 1)各位全應(yīng)亮 ,一般選擇正常操作狀態(tài)（ D0 ＝ 0）。 年月日時(shí)分秒星期共需要 17 位數(shù)碼顯示， 考慮到一次掃描 17 位數(shù)碼 管顯示時(shí)會出現(xiàn)閃爍情況， 故采用動態(tài)掃描，可將數(shù)碼管數(shù)量減少至 9 位，也 就是兩個(gè)四位一體八段 LED 顯示數(shù)碼管和一個(gè)一位 LED 數(shù)碼管 設(shè)計(jì)時(shí)數(shù)碼管 同時(shí)掃描， 顯示時(shí)采用串行口輸出段碼，用 MAX7219 驅(qū)動數(shù)碼管 。為了輸入數(shù)據(jù)、查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，都要用到鍵盤，鍵盤是人工干預(yù)計(jì)算機(jī)的主要手段。編碼鍵盤采用硬件線線路來實(shí)現(xiàn)鍵盤編碼，每按下一個(gè)鍵，鍵盤能自動生成按鍵代碼，鍵數(shù)較多，而且還具有去抖動功能。非編碼鍵盤僅提供按鍵開關(guān)工作狀態(tài)，其他工作由軟件完成，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡單，一般在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用。 按鍵開關(guān)去抖動問題 按鍵開關(guān)在電路中的連接如圖所示。 A 點(diǎn)電位就用于向 CPU 傳遞按鍵的開關(guān)狀態(tài)。因此必須設(shè)法消除抖動的不良后果。 為了節(jié)省硬件，通常在單片機(jī)系統(tǒng)中，一般不采用硬件方法消除鍵的抖動，而是用軟件消除抖動的方法 。當(dāng)檢測到按鍵釋放后，也要給 5~10ms 的延時(shí) ，待后延抖動消失后才轉(zhuǎn)入該鍵處理程序。查詢式按鍵是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵占用一根 I/O 口線，每根 I/O 口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他 I/O 口線上按鍵的工作狀態(tài)。故這種形式適用于按鍵數(shù)量較少的場合。與獨(dú)立式按鍵相比， mn 個(gè)按鍵只占用 m+n 根 I/O 口線，因此適用于按鍵較多的場合。當(dāng)有鍵閉合時(shí)，與閉合鍵相連接的兩條 I/O 口線之間短路。第二步，置行線 相關(guān) I/O 口輸出低電平，讀入列線數(shù)據(jù)，若某一列線為低電平，則該列線上有鍵閉合。但是鍵閉合一次只能進(jìn)行一次鍵功能操作，因此須等待近按鍵釋放后，再進(jìn)行鍵功能操作，否則按一次鍵，有可能會連續(xù)多次進(jìn)行同樣的鍵操作。 CPU對鍵盤處理控制的工作方式有以下幾種： 1. 程序控制掃描方式 程序控制掃描方式是在 CPU工作空余，調(diào)用鍵盤掃描子程序，響應(yīng)鍵輸入 信號要求。 3. 中斷控制掃描方式 19 中斷控制掃描方式是利用外部中斷源，響應(yīng)輸入信號。當(dāng)有按鍵按下時(shí)， CPU立即產(chǎn)生中斷。這種控制方式克服了前兩種控制方式可能產(chǎn)生的空掃描和不能及時(shí)響應(yīng)鍵輸入的缺點(diǎn)，既能及時(shí)處理鍵輸入，又能提高 CPU運(yùn)行效率，但要占用一個(gè)寶貴的中斷資源。在初始化時(shí) ~ 置輸出 0， ~ 置為輸入態(tài)， ~ 分別接至與門各輸入端。 本設(shè)計(jì)提供了解 2 個(gè)按鈕的小鍵盤，向 P1 口輸出低電平，如果有鍵盤斷按下什么鍵。 圖 工作于中斷方式的矩陣式鍵盤接口電路 時(shí)鐘電路 DS1302 工作方式簡介 及 數(shù)據(jù)操作原理 DS1302可以對年、月、日、星期、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí) , 且具有閏年補(bǔ)償功能 , 工作電壓寬達(dá) ~。 DS1302內(nèi)部有一個(gè) 33x8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM寄存器。 DS1302 時(shí)鐘芯片包 括實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字節(jié)的靜態(tài) RAM。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷提供秒、分、時(shí)、日、周、月和年等信息。時(shí)鐘的運(yùn)行可以采用 24小 時(shí)或帶 AM/PM 的 12 小時(shí)格式。 DS1302 有主電源 /后備電源雙電源引腳： Vcc1 在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源，并提供低功率的電磁備份； Vcc1 在雙電池系統(tǒng)中提供主電源。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 中較打大者供電。 圖 DS1302 DS1302 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 的上升沿被訪問到。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為 8+8，在多字節(jié)方式下為 8+字節(jié)數(shù)，最大可達(dá) 248 字節(jié)數(shù)。上電運(yùn)行時(shí)，在 Vcc≥ 之前， RST 腳必須保持低電平。 DS1302 的控制字如圖所示。位 6 如果為 0，則表 21 示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)；為 1 則表示存取 RAM 數(shù) 據(jù)。最低有效位（位 0）如果為 0，則表示藥進(jìn)行寫操作；為 1 表示進(jìn)行讀操作。 為了提高對 32 個(gè)地址尋址能力（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。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 不能存儲數(shù)據(jù)。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?8 個(gè)寄存器。 DS1302 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。 表 DS1302 控制字 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 0 時(shí)，時(shí)鐘 將開始啟動。它為高電平時(shí)，選擇 12 小時(shí)方式。 DS1302 的晶振選用 32768Hz，電容推薦值為 6pF。 23 第 3 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì) 電子萬年歷的程序主要包括 3個(gè)方面的內(nèi)容：一是 DS1302 從單片機(jī)中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，二是利用按鍵進(jìn)行時(shí)間的調(diào)整，三是 MAX7219 從單片機(jī)中讀取數(shù)據(jù)驅(qū)動 LED 數(shù)碼管顯示時(shí)間。 程序流程圖 顯示驅(qū)動程序 流程圖 圖 3. 1 MAX7219 顯示驅(qū)動程序流程圖 24 時(shí)間控制流程圖 圖 DS1302 時(shí)控流程圖 25 第 4 章 結(jié)束語 2021 年 3 月 ， 我開始了我的畢業(yè)論文工作，時(shí)至今日，論文基本完成。歷經(jīng)了 一 個(gè) 多 月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕。 3 月初，在與 畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師徐老師 的交流討論中我的題目定了下來，是： 電子萬年歷的 設(shè)計(jì)。在導(dǎo)師細(xì)心的指導(dǎo)下，終于使我對自己的工作方向和方法有了掌握。我在學(xué)校圖書館 ，電子閱覽室 搜集資料，將這些寶貴的資