单片机电子日历毕业设计2.docx

1、单片机电子日历毕业设计2 单片机电子日历摘 要单片机应用技术飞速发展，纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。单片机是集CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。本次设计可分为两部分：硬件系统、软件系统。硬件部分包括

2、：AT89C51单片机、DS12C887时钟芯片、74LS154译码器、ULN2003A驱动芯片。利用单片机将RC复位电路、动态显示电路、电源电路、去抖电路等正确的连接在一起，并通过单片机的编程来实现本次设计任务中的要求。 关键词 : 单片机, 显示, 电子日历 第1章 引言随着微电子技术的高速发展，单片机在国民经济的个人领域得到了广泛的运用。单片机以体积小、功能全、性价比高等诸多优点，在工业控制、家用电器、通信设备、信息处理、尖端武器等各种测控领域的应用中独占鳌头，单片机开发技术已成为电子信息、电气、通信、自动化、机电一体化等专业技术人员必须掌握的技术。而电子电子日历作为电子类小设计不仅是市

3、场上的宠儿，也是是单片机实验中一个很常用的题目。因为它的有很好的开放性和可发挥性，因此对作者的要求比较高，不仅考察了对单片机的掌握能力更加强调了对单片机扩展的应用。而且在操作的设计上要力求简洁，功能上尽量齐全，显示界面也要出色。数字显示的日历钟已经越来越流行，特别是适合在家庭居室、办公室、大厅、会议室、车站和广场等使用，壁挂式LED数码管显示的日历钟逐渐受到人们的欢迎。LED数字显示的日历钟显示清晰直观、走时准确、可以进行夜视，并且还可以扩展出多种功能。 所以，电子日历无论作为比赛题目还是练习题目都是很有价值。本设计主要以单片机为主，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。单片机应用的重要

4、意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。2 设计方案21 设计思路设计的题目是电子日历的控制。根据设计要求日历显示正常的年、月、日、时、分、秒。要想实现上述功能，就必须将硬件系统和软件系统有机的结合在一起，方可实现我们设计任务中的各项要求。硬件系统主要有单片机AT89C51、DS12C887、74LS154 等。AT89C51 主要功能是存储程序、根据程序的内容对各个端口进行判断并做出相应的处理。DS12C887主要的功能是控制年、月、日、时、分、秒的显示效果。根据设计要求，电子日历要显示年、月、日、时、分、秒就需要16个显示数码管，由于数码管的数量较多，必须采用动态显示

5、扫描的方法。例如07-12-01，首先日分为个位和十位，个位显示到09时，应向日的十位自动进位，即个位清0，十位置1，显示为10，继续累计；当显示为31时，日的十位就应自动向月的个位进位，显示为01，当月显示到09时，月的个位自动向月的十位进位，个位清0，十位置1，即为10，当月至12时，月向年的个位进位，即显示08，同时月、日开始从01月01日继续显示，依次周而复始的循环运行。根据按键电路可实现年、月、日、时、分、秒的调整，当K1键按下时，可以调整时间，K2、K3键分别对时间进行加或减，K4键可以切换正常模式与省电模式。利用单片机将RC复位电路、动态显示电路、电源电路、去抖电路等正确的连接在

6、一起，并通过单片机的编程来实现本次设计任务中的要求。22 系统总体框图设计电路采用ATMEL的AT89C51芯片来做CPU，用AT89C51的内部EPROM作为程序存储器。显示部分位码的扩展采用74LS154，七段数码管的驱动采用ULN2003A控制部分采用普通独立按键。在确定系统的大体形式之后，画出系统的总框图如图2.1所示。图2.1 系统总框图系统总体框图包括：单片机、控制电路、复位电路、显示电路、电源部分。单片机AT89C51芯片的主要功能是：存储程序，对存储程序进行相应的处理从I/O口输出。复位电路：在单片机上有一个复位引脚RST，在单片机外部用电容和电阻控制RST。控制电路：是用一个

7、按键控制日历的省电和正常显示。显示电路：主要用于显示日历的结果。电源电路：采用+5V的直流电源供电。3 硬件设计硬件电路主要包括：时钟芯片、单片机、显示电路、译码器以及电源等几部分。时钟芯片选择：选用DS12C887实时芯片。单片机的选择：选用AT89C8051单片机，配备11.0592MHz晶振。P1.0P1.4作数码管的位选口，P0.0P0.6作数码管的段选口。显示电路的选择：采用软件译码器动态显示，共阴极LED数码管。复位电路的选择：RC复位电路。译码器的选择：采用4线16线译码器74LS154。电源电路的选择：采用直流+5V电源供电。31 单片机的选择单片机实质上是一个芯片，在实际应用

8、中，必须外加各种扩展接口电路、外部设备等相关硬件和软件，才能构成一个单片机系统。尽管各类单片机很多，但无论是从世界范围或是从全国范围来看，使用最为广泛的应属MCS-51单片机。单片微型计算机市指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部件，包括CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、基本输入/输出接口电路、定时器/计数器等部件都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机，从而实现微型计算机的基本功能。89C51单片机是在一块芯片中集成了CPU、存储器、定时器/计数器和多种功能的I/O现等一台计算机所需的基本功能部件。主要包括1个8位CPU、1个片内振荡器及时钟电路

9、、128B RAM、4KB ROM、2个16位定时器计数器、32条可编程的I/O线和一个可编程的全双工串行接口、5个中断源、2个中断优先级套中断结构。其内部结构示意图如图3.1：图3.1 单片机内部结构示意图1、中央处理器 CPU是单片机的内部核心部件，是一个8位二进制数的中央处理单元，主要由运算器，控制器和寄存器阵列构成。2、控制器 控制器是单片机内部各部件按一定时序协调工作的控制核心，是分析和执行指令的部件。控制器主要由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、振荡和定时控制逻辑电路等构成。3、寄存器阵列 寄存器阵列式单片机内部的临时存储单元或固定用途单元，包括通用寄存器组和专用寄存器组。4、存

10、储器 程序存储器是可读不可写的，用于存放编号的程序和表格常数。5、数据存储器是即可读也可写的，用于存放运算的中间结果，进行数据暂存及数据缓冲等。6、定时器计数器 89C51内部有2个16位可编程定时器计数器，简称为定时器0(T0)和定时器1(T1)，T0和T1在定时器控制寄存器TCON和定时器方式选择寄存器TMOD的控制下，可工作在定时器模式或计数器模式下，每种模式又有不同的工作方式。89C51有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。7、并行输入输出(I/O)口 89C51共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。89C51单片

11、机内部总线是单总线结构，即数据总线和地址总线是公用的。 89C51有40条引脚， 与其他51系列单片机引脚是兼容的。 这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分。 89C51单片机为双列直插式封装结构， 如图3.2所示。图3.2 89C51引脚分配图Pin40：电源脚。工作电压为+5VPin20：接地端P0口：P0口为一个8位漏极开路的双向I/O口，每脚可以吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入，P0口能够用于外部数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位，在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0口输出原码，此

12、时，P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流，P1口管脚写入1时，被内部上拉为高，可用作输出，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可以接收、输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流，这就是内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

13、在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可以接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”时，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平；P3口将输处电流（ILL），这就是上拉的缘故。P3口也可以作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0： RXD (串行输入口)P3.1： TXD (串行输出口)P3.2： (外部中断0)P3.3： (外部中断1)P3.4：T0 (定时/计数器

14、0)P3.5： T1 (定时/计数器1)P3.6： (外部数据存储器写选通线)P3.7： (外部数据存储器读选通线)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号RST复位输出：当振荡器复位时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。XTAL1：反向振荡器的输入及内部时钟工作电路的输入；XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性 XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器，石英振荡器和陶瓷振荡器均可采用，如果采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不连接，有余的输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉冲没有任何严格的要求，但必须保

15、证脉冲的高低电平要求的宽度。32 复位电路单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循环状态，在这种情况下都需要复位. 复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态,并从这个状态重新开始工作.89S51单片机的复位靠外部电路实现,信号由RESET(RST)引脚输入,高电平有效,在振荡器工作时,只要保持RST引脚高电平两个机器周期,单片机即复位. 复位后,PC程序计数器的内容为0000H,片内RAM中内容不变. 复位电路一般有上电复位、手动开关复位和自动复位电路3种,如图3.3所示.a.上电复位电路 b. 手动复位电路 c. 自动复位电路图3.

16、3 单片机复位电路33 晶振电路1晶体振荡器的作用：石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来稳定频率和选择频率，是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件。 2本次设计所用的晶体振荡电路如图3.4所示： 图3.4 晶体振荡电路此晶振电路所选用的石英晶振频率为12MHZ。时钟周期就是单片机外接晶振的倒数，例如12M的晶振，它的时间周期就是1/12us），是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。对于某种单片机，若采用了1MHZ的时钟频率，则时钟周期为1us；若采用4MHZ的时钟频率，则时钟周期为250us。由于时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲，它控制着计算机

17、的工作节奏（使计算机的每一步都统一到它的步调上来）。显然，对同一种机型的计算机，时钟频率越高，计算机的工作速度就越快。但是，由于不同的计算机硬件电路和器件的不完全相同，所以其所需要的时钟周频率范围也不一定相同。我们学习的51系列单片机的时钟范围是1.2MHz-12MHz。34 时钟芯片DS12C887介绍本次设计采用实时时钟芯片是DS12C887，这种实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需程序干预。此外，事实上时钟芯片多数带有锂电池做后备电源，具备永不停止的计时功能；具有可编程方波输出功能，可用做实时测控系统的采样信号等；有的实时时钟

18、芯片内部还带有非易失性RAM，可用来存放需长期保存但有时也变更的数据。LED数码管电子时钟电路采用24小时记时方式，日期和时间用16位数码管显示，采用AT89C51单片机，5V电池供电，只要使用一个按键开关即可进入省电(显示LED数码管)和正常显示两种状态。显示范围：年份可走99年，如20012099；日、月正常显示，能识别闰年闰月；时间采用24小时制。显示格式：日期按照年、月、日排列，如2005年12月20日显示为：05-12-20；时间按时、分、秒排列，如12点30分55秒显示为12-30-55。显示位数：6位七段LED数码管工作正常和节电显示。时钟误差：24小时误差3-5秒。DS12C8

19、87时钟芯片采用CMOS技术制成，该芯片带有内部晶体振荡器并内置有锂电池，因此断电后仍可运行十年以上不丢失数据。时间、日历和定闹具有二进制码和BCD码两种形式，并可设定12小时或24小时制式以及Motorola和Intel总线时序。DS12C887内含128字节RAM，其中有10个时钟寄存器、4个控制寄存器和114字节通用RAM，所有RAM单元都具有掉电保护功能，因此可被用作非易失性RAM。DS12C887内部具有定闹中断、周期中断、时钟更新周期、结束中断等，且三个中断源可分别由软件屏蔽。341 DS12C887主要功能简介(1) 内含一个锂电池，断电后运行十年以上不丢失数据。(2) 计秒、分

20、、时、天、星期、日、月、年、并有闰年补偿功能。(3) 二进制数码或BCD码表示时间，日历和定闹。(4) 12小时或24小时制，12小时时钟模式带有PM和AM指示，有夏令时功能。(5) Motorola和Intel总线时序选择。(6) 有128个字节RAM单元与软件接口，其中14个字节作为时钟和控制寄存器，114字节为通用RAM，所有RAM单元数据都具有掉电保护功能。(7) 可编程方波信号输出。(8) 中断信号输出（IRQ）和总线兼容、定闹中断、周期性中断、时钟更新周期、结束中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行测试。342 DS12C887引脚说明及原理DS12C887管脚图如图3.5所示：图3.

21、5 DS12C887管脚排列图VCC：直流电源+5V电压。当5V电压在正常范围内时数据可读写；当VCC低于4.25V，读写被禁止，计时功能仍继续；当VCC下降到3V以下时，RAM和计数器被切换到内部锂电池。MOT(模式选择)：MOT管脚接到VCC时，选择MOTORLA时序；当接到GFND时。选择INTEL时序。SQW(方波信号同)：SQW管脚能从实时时钟内部15级分频器的13个抽头中选择一个作为输出信号，其输出频率可通过对寄存器A编程改变。AD0AD7(双向地址数据复用线)：总线接口即MOROROLA微机系列和INTEL微机系列接口。AS(地址选通输入)：用于实现信号分离，在ADALE的下降沿

22、把地址锁入DS12C887。DS(数据选通或读输入)：DSRD客脚有两种操作模式，取决于MOT管脚放的电平，当使用MOTOROLA时序时，DS时一正脉冲，出现在总线周期的后段称为数据选通；在读周期DS指示DS12C887驱动双向总的时刻，在写周期DS的后沿使DS12C887锁存写数据。选择INTEL时序时DS称作（RD），RD与典型存储器的允许信号（OE）的定义相同。R/W(读/写输入)：R/W管脚也有两种操作模式。选MOTOROLA时序时，R/W是一电平信号，指示当前周期是读或写周期；DSO为高电平时，R/W高电平指示读周期，R/W低电平指示写周期；选INTEL时序，R/W信号是一低电平信号

23、，称为WR。在此模式下，R/W管脚与通用RAM的写允许信号（WE）的含义相同。CS（片选输入）：在访问DS12887的总线周期内，片选信号必须保持为低。IRQ（中断申请输入）：低电平有效，可作微处理的中断输入。没有中断条件满足时，IRQ处于高阻态。IRQ线是漏极开路输入，要求外接上接电阻。RESET（复位输出）：当该脚保持低电平时间大于200ms，保证DS12C887有效复位。DS12C887内部由振荡电路、分频电路、周期中断/方波选择电路，14字节时钟和控制单元，114字节用户非易失RAM，十进制/二进制累加器，总线接口电路，电源开关写保护单元和内部锂电池等部分组成。Vcc：直流电源+5V电

24、压。当5V电压在正常范围内时，数据可读写，当Vcc低于4。25V，读写被禁止，计时功能仍继续；当Vcc下降到3V以下时，RAM和计时器供电被切换到内部锂电池。343 DS12C887的中寄存器的功能和作用DS12887内部RAM和专用寄存器地址功能，地址00H03H单元取值范围是00H3BH(10进制059)；04H05H单元按12小时制取值范围是上午（AM）01H0CH(112)，下午（PM）81H8CH(8192)按24小时制取值范围使00H17H(123)；06H单元取值范围使00H07H（07）；07H单元取值范围01H1FH(131)；08H单元取值范围是01H0CH(112)；09

25、H单元取值范围是00H63H(099)。DS12C887的RAM和各专用寄存器的访问如下实现，若片选地址DS=#0DDXXH，则芯片内部RAM和寄存器和地址为#0DD00H#ODD7FH。应指出的是，尽管DS12C887的专用时标年寄存器只有一个，但通过软件编程可利用其内部的不掉电的RAM区的一个字节实现年度的高两位显示。寄存器A寄存器A各位不受复位的影响，UIP位为只读位，其它各位可读写，寄存器的控制字的格式。A、UIP位：更新周期标志位。该位为“1”时，表示芯片正处于或将开始更新周期，此时程序不准读写师表寄存器；该位为“0”时，表示至少在244us后开始更新周期，此时程序可读芯片内时标寄存

26、器。该位是只读位。B、DV0、DV1、DV2：芯片内部震荡器RTC控制位。当芯片接触复位状态，并将010写入DV0、DV1、DV2后，另一个更新周期将在500ms后开始。因此，在程序初始化时可用这三各精确地使芯片在设定的时间开始工作。这与MC146818不同的使DS12C887固定使用32768Hz的内部晶体，所以DV0=“0”、DV1=“1”、DV2=“0”，即可启动RTC。C、RS3、RS2、RS1、RS0：周期中断可编程方波输出速率选择位。各种不同的组合可以产生不同的输出。程序可以通过设置寄存器B的SQWF和PIE位控制是否允许周期中断方波输出。其寄存器A输出速率选择位。344 DS12

27、C887的中断和更新周期DSC12C887处于正常工作状态时，每秒钟将产生一个更新周期，芯片处于更新周期的标志是寄存器A中的CPU位为1。在更新周期内，芯片内部时标寄存器数据处于更新阶段，故在该周期内，微处理器不能读芯片时标寄存器中的内容，同时秒时标寄存器内容加1，并检查其他时标寄存器内容是否有溢出。如果有溢出则相应进位日、月、年。另外一个功能是检查三个时、分、秒报警时标寄存器的内容是否与对应时标寄存器的内容相符，如果相符则寄存器C中的AF位置1。如果报警时标寄存器的内容为COH到FFH之间的数据，则为不关闭状态。为了采样时标寄存器中的数据，DS12C887提供了两种避开更新周期内访问时标寄存

28、器的方案：第一种是利用更新周期结束发出的中断。它可以编程允许在每次更新周期结束后发生中断申请，提醒CPU将有998ms左右的时间去获取有效的数据，在中断之后的998ms时间内，程序可先将时标数据读支芯片内部的不掉电静态RAM中。因为芯片内部的静态RAM和状态寄存器是可随时读写的，在离开中断服务子程序前应清除寄存器C中的IRQF位。另一种是：利用寄存器A中的UIP位来指示芯片是否处于更新周期。在UIP位从低变高244us后，芯片将进行更新周期，所以检测到UIP位为低电平时，则利用224us的间隔时间去读取时标信息。如检测到UIP位为1，则可暂缓读数据，等到UIP变成低电平再去读数据。345 DS

29、12C887初始化方法DS12C887采用连续工作制，一般无须每次都初始化，即使是系统复位时也如此。但初始化时，首先应禁止芯片内部的更新周期操作，所以先将DS12C887状态寄存器B中的SET位置1，然后初始化00H09H时标参数寄存器和状态寄存器A，此后再通过读状态寄存器C、清除寄存器C中的周期中断标志位PE、报警中断标志位AF、更新周期结束中断标志位UF。通过读寄存器D中的VRT位，读状态寄存器后VRT位将自动置1，最后将状态寄存器B中的SET位置0，芯片开始计时工作。35 74LS154芯片介绍及ULN2003A的简介本设计要用到16个七段数码管，单片机的P0端口只有8根线，根本不够用，

30、所以用74LS154来扩展，74LS154使416译码器，只用单片机的四根线就可以接16个数码管的位码端，因为74LS154使一个4入16出的译码器，在本设计中共有16个显示数码管，所以一个74LS154译码器的输出端刚好够用。LED数码管采用共阴极。在设计中74LS154的输入端有单片机的P1.0P1.3口提供段码控制信号，输出端接数码管的段码管脚（既图中的0管脚）。74LS154管脚图如图3.6所示，74LS154真值表如表3.7所示：图3.6 74LS154管脚表3.7 74LS154真值表ULN2003A有美国Texas Instruments公司、美国Sprague公司生产，由7组达

31、林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成，具有同时驱动7组负载的能力，为单片双机型大功率高速集成电路。ULN2003A是一个驱动器，它的输入端接单片机的P0.0P0.7口，输出接数码管的位码端上，由于此设计中用到的数码管数量多，而单片机的输出不能一下驱动，所以通过ULN2003A进行驱动。ULN2003A管脚如图3.8所示：图3.8 ULN2003A管脚图 4 软件设计软件设计分为：动态扫描、主程序、系统资源分配和软件模块几部分，在此设计中采用定时器来完成动态扫描显示。用定时器T0定20ms的时间间隔，每次定时时间到时就输出一个LED信号，即显示一位。主程序初始化后，就开始进行对D

32、S12C887的读时间；读完后送显示缓冲区，同时并对定时时间进行判断比较。DS12C887的地址由114字节的用户RAM存放。10字节的存放实时时钟时间日历和定闹RAM及用于控制和状态的4字节特殊寄存器组成，几乎所有的128个字节直接读写。设计程序有：主程序、读取时间的子程序和显示刷新程序。主程序框图如图4.1所示：图4.1 主程序框图主程序如下所示：ORG 000HLJMP STARTORG 0030HSTART： MOV 30H，#0SETB P1.1SECOND EQU 2000HMINUNTE EQU 2001H ；时钟芯片寄存器HOUR EQU 2004H WEEK EQU 2006H ；它们