【正文】 年 月 日 單片機(jī) 系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì) 摘 要：隨著當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和信息化時(shí)代的來(lái)臨，各種各樣的小型智能家電產(chǎn)品陸續(xù)出現(xiàn)在我們的生活中。但一般日歷都為紙制用品，使用不便，壽命不長(zhǎng)。本設(shè)計(jì)以 AT89C52 單片機(jī)為核心，構(gòu)成單 片機(jī)控制電路，結(jié)合 DS1302 時(shí)鐘芯片，完成時(shí)間的調(diào)整和掉電保護(hù)，全部信息用 LED數(shù)碼管顯示。日歷能顯示陽(yáng)歷和時(shí)、分、秒。許多家電設(shè)備都趨于人性化、智能化，這些電器設(shè)備大部分都含有 CPU 控 制器或者是單片機(jī)。并且已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)以及人民生活的各個(gè)方面，如車間流水線控制、自動(dòng)化系統(tǒng)等、智能型家用電器（冰箱、空調(diào)、彩電）等。 本文設(shè)計(jì)的電子萬(wàn)年歷屬于小型智能家用電子產(chǎn)品。電子萬(wàn)年歷既可廣泛應(yīng) 用于家庭 ,也可應(yīng)用于銀行、郵電、賓館、醫(yī)院、學(xué)校、企業(yè)、商店等相關(guān)行業(yè)的大廳，以及單位會(huì)議室、門衛(wèi)等場(chǎng)所。 2 總體方案設(shè)計(jì) 由于現(xiàn)在市面上的電子萬(wàn)年歷的種類比較多，因此到底選擇什么樣的方案在設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的。下面我們就擬訂了兩種方案，希望能夠選擇一種性價(jià)比高的方案。AT89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的 AT89C52 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。這樣就實(shí)現(xiàn)了直接用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電子萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)。但是精度不夠高，誤差較大，掉電后丟失所有數(shù)據(jù)，軟件編程較復(fù)雜。過(guò)去多用并行接口的時(shí)鐘芯片，如 MC146818,DS12887 等。 利用單片機(jī)進(jìn)行控制，采用 DS1302 作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，其三線接口 SCLK、I/O、 與單片機(jī)進(jìn)行同步通信，外加掉電存儲(chǔ)電路、顯示電路、鍵盤電路，即構(gòu)成一個(gè)基本的電子萬(wàn)年歷系統(tǒng)，若還要添加其他功能，在這基礎(chǔ)上外擴(kuò)電路即可。 總體方案 本設(shè)計(jì)以 AT89C52 單片機(jī)為核心，構(gòu)成單片機(jī)控制電路，結(jié)合 DS1302 時(shí)鐘芯片，顯示陽(yáng)歷的年、月、日、星期、時(shí)、分、秒同時(shí)完成對(duì)它們的手動(dòng)調(diào)整和掉電保護(hù)，全部信息用 8 位八段數(shù)碼管顯示出來(lái)。整機(jī)電路使用 +5V穩(wěn)壓電源，可穩(wěn)定工作。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定硬件系統(tǒng)由主控制器、時(shí)鐘模塊、顯示模塊、鍵盤接口共 4 個(gè)模塊組成，總體系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖 21 所示。 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、鍵盤接口模塊組成。更重要的是， DS1302可以在很小電流的后備 （ ～ 電源，在 時(shí)耗電小于 300nA）下繼續(xù)計(jì)時(shí)，并可編程選擇多種充電電流來(lái)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。 鍵盤模塊使用若干個(gè)獨(dú)立按鍵即可。它是一種高性能、低功耗的 8位 CMOS 微處理芯片，市場(chǎng)應(yīng)用最多。 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 4 圖 31 AT89C52 引腳封裝圖 AT89C52 的主要性能 8KB Flash ROM，可以檫寫 1000 次以上，數(shù)據(jù)保存 10 年。 電源控制模式 —— 時(shí)鐘可停止和恢復(fù)； —— 空閑模式； —— 掉電模式。 4 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。 全雙工增強(qiáng)型 UART。 全靜態(tài)工作方式： 0～ 24MHz。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 5 反相放大器的輸入端。 ② XTAL2 接外部晶體的另一個(gè)引腳。采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的 1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)。然而要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。 ③ PSEN 程序存儲(chǔ)允許（ PSEN ）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。但在此期間內(nèi)，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。要使 CPU 只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（ 地址為0000H～ FFFFH），則 EA 端必須保持低電平（接到 GND 端）。 (4) 輸入 /輸出引腳 ～ 、 ～ 、 ～ 和 ～ ① P0 端口（ ～ ） P0 是一個(gè) 8位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 端口。 ② P1 端口（ ～ ） P1 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 端口。對(duì)端口寫 1 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 6 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。 ③ P2 端口 （ ～ ） P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 端口。對(duì)端口寫 1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí) 可用作輸入口。 ④ P3 端口（ ～ ） P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。 表 31 P3 端口的特殊功能 端口引腳 兼 用 功 能 RXD （串行輸入口） TXD （串行輸出口） INT0 （外部中斷 0） INT1 （外部中斷 1） T0 （ 定時(shí)器 0的外部輸入） T1 （定時(shí)器 1的外部輸入） 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） 本系統(tǒng)即采用 AT89C52 作為主控芯片，本系統(tǒng)中其管腳分配如圖 32 所示。 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 7 圖 32 主控芯片 及其管腳分配 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 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； ～ ； 300nA； 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(jiǎn)單的 3 線接口； 可選的慢速充電（至 Vcc1）的能力。它經(jīng)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口與微處理器通信。對(duì)于小于 31 天的月和月末的日期自動(dòng)調(diào)整，還包括閏年校正的功能。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)。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 中較大者供電。 DS1302 數(shù)據(jù)操作原理 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 的上升沿被輸入。在開(kāi)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)，在寫操作是寫入時(shí)寫入數(shù)據(jù)。 如果在傳送過(guò)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/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高電平。 電源控制輸入移位寄存器實(shí)時(shí)時(shí)鐘31 8 RAM振蕩器與分頻器命令與控制邏輯Vcc 1Vcc 2GNDI / OSCLKRSTX 1 X 232 . 768 KHz 圖 33 DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu) 表 32 DS1302引腳功能 引腳號(hào) 引腳名稱 功 能 1 Vcc2 主電源 2,3 X1， X2 振蕩源，外界 晶振 4 GND 地線 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 9 5 RST 復(fù)位 /片選線 6 I/O 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 (雙向 ) 7 SCLK 串行數(shù)據(jù)輸入端 8 Vcc1 后備電池 DS1302 的控制字如圖 34 所示。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)。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。 圖 34 DS1302的控制字 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。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不能寄存數(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。不管是否寫了全部 31 字節(jié)，所寫的每一字節(jié)都將傳送至RAM。其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表 33，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。當(dāng)它為 1 時(shí)， DS1302 停止震蕩，進(jìn)入低功耗的備份方式。當(dāng)它為 0 時(shí)，時(shí)鐘將開(kāi)始啟動(dòng)。它為高電平時(shí)，選擇 12[小 ]時(shí)方式。在 24[小 ]時(shí)方式下，位 5為第二個(gè) 10[小 ]時(shí)位（ 20～ 23h）。 本系統(tǒng)即采用了 DS1302 時(shí)鐘芯片，其外部電路如圖 35 所示 。 圖 35 時(shí)鐘電路 顯示電路的設(shè)計(jì) 顯示部分采用普通的共陰極數(shù)碼管顯示，采用動(dòng)態(tài)掃描，以減少硬件電路。 數(shù)碼管的一種是半導(dǎo)體發(fā)光器件，數(shù)碼管可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，區(qū)別在于八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)的發(fā)光二極管單元 DP（ decimal point），其基本單元是發(fā)光二極管。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示。 圖 36 74HC573引腳圖 74HC573 包含八進(jìn)制 3 態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，是一種高性能硅門 CMOS 器件。器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn) CMOS 輸出兼容的，加上拉電阻他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存。其中，第一片 74LS573 作為數(shù)碼管的段碼驅(qū)動(dòng)，輸入端與單片機(jī)的 P0 口相連接，輸出端接八位共陰數(shù) 碼管相應(yīng)的段碼輸入端（ adp） ,端口 C 與單片機(jī)相應(yīng)的段碼輸出端相連接， VCC 接主電源， GND、 OC 接地。 圖 37 數(shù)碼管顯示電路 鍵盤接口的設(shè)計(jì) 由于按鍵有 8 個(gè)，用普通按鈕接 10K 上拉電阻，用查詢法完成讀鍵功能。 圖 38 按鍵電路 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件分為主程序、中斷