电子万年历设计报告.docx
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电子万年历设计报告
单片机课程设计报告
万年历的设计
电子万年历设计报告
摘要：
随着科技的快速发展，时间的流逝，至从观太阳、摆钟到现在电子钟，人类不断研究，不断创新纪录。
美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟电路DS1302，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，而且DS1302的使用寿命长，误差小。
对于数字电子时钟采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、周日、时、分、秒和温度等信息，还具有时间校准等功能。
该电路采用AT89S52单片机作为核心，功耗小，能在3V的低压工作，电压可选用3~5V电压供电。
综上所述此电子时钟具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。
关键词：
单片机、温度传感器、电子时钟
1引言
本设计实现一个超级时钟，可以利用DS1302读取日期及时间、DS18B20读取环境温度并传至AT89C52，使之显示于LCD1602液晶显示屏上。
LCD1602可以显示年月日、时分秒、星期。
蜂鸣器可以实现按键音。
设有四个按键，可以进入设置菜单对时钟进行设置，按键可以控制的内容包括年月日的修改，星期的修改，时分秒的修改。
2总体设计方案
2.1设计思路
设计原理：
利用DS1302读取系统中的日期以及时间信息，利用DS18B20读取环境温度，并分别利用P1.1端口和P3.3端口将相关信息传送至AT89S52主芯片之中，利用P0端口使之显示于LCD1602液晶显示屏上，四个按键分别置于P1口的5、6、7端口可以对时间进行控制修改。
2.1.1
单片机芯片的选择方案和论证
方案一:
采用89C51芯片作为硬件核心，采用FlashROM，内部具有4KBROM存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术,当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。
方案二:
采用AT89S52，片内ROM全都采用FlashROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KBROM存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏,所以选择采用AT89S52作为主控制系统。
显示模块选择方案和论证
方案一：
采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字合适,采用动态扫描法与单片机连接时,虽然占用的单片机口线少，但连线还需要花费一点时间，所以也不用此种作为显示。
方案二：
采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示。
方案三：
采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,和AT89S52接好就能用了，省了很多麻烦，所以在此设计中采用LCD液晶显示屏。
时钟芯片的选择方案和论证
方案一：
直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。
采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大,所以不采用此方案。
方案二：
采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年进行计数，而且精度高,位的RAM做为数据暂存区，工作电压2.5V～5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA。
（1）方案确立
综上各方案所述，对此次作品的方案选定：
采用AT89S52作为主控制系统；DS1302提供时钟；LCD液晶显示屏作为显示。
2.2设计方框图
3设计原理分析
3.1时钟电路的设计
图2DS1302时钟模块
现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等。
这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。
本文介绍的实时时钟电路DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。
采用普通32.768kHz晶振。
3.1．1时钟芯片DS1302的工作原理：
DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把SCLK端置“0”，接着把RST端置“1”，最后才给予SCLK脉冲。
DS1302的控制字的位7必须置1，若为0则不能把对DS1302进行读写数据。
对于位6，若对程序进行读/写时RAM=1，对时间进行读/写时，CK=0，位1至位5指操作单元的地址。
位0是读/写操作位，进行读操作时，该位为1；该位为0则表示进行的是写操作。
控制字节总是从最低位开始输入/输出的。
图.2为DS1302的日历、时间寄存器内容：
“CH”是时钟暂停标志位，当该位为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位为0时，时钟开始运行。
“WP”是写保护位，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP必须为0。
当“WP”为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。
（2）DS1302的控制字节：
DS1302控制字节的高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出
（3）数据输入输出（I/O）
在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。
同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。
（4）DS1302的寄存器
DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。
此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。
时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。
DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：
一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。
3.2控制电路的设计
3.2.1DS18B20温度传感器电路
图3DS18B20温度传感器模块
DS18B20的主要特性
●适应电压范围更宽，电压范围：
3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电
●独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯
●DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温
●DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内
●温范围－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃
●可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温
●在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快
●测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力
●负压特性：
电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
DS18B20工作原理
图4DS18B20测温原理框图
DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。
DS18B20测温原理如图8所示。
图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。
高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。
计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
图8中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
3.2.2复位电路
图5 AT89S52复位电路
复位电路由电阻和极性电容组成，如图5所示，通过高电平使单片机复位，在时钟电路开始工作后，当高电平的时间超过大约2us时，即可实现复位。
此复位电路同时具备了上电复位和手动复位的功能，上电复位发生在开机加电时，由系统自动完成，手动复位通过一个按键来实现，在程序运行时，若遇到死机，死循环或程序“跑飞”等情况，通过手动复位就可以实现重新启动的操作。
手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。
一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮和一个电阻，如图所示，当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端，由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。
上电复位的工作过程是在加电时，
复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间，保证系统能够可靠地复位。
3.2.3蜂鸣器电路
图6 蜂鸣器电路
蜂鸣器电路由一个1000欧的电阻，三极管2N5401，及蜂鸣器组成，如图6所示。
通过控制三极管的导通和截止来实现蜂鸣器的响与不响。
3.2.4LCD1602液晶显示模块
图7 LCD1602接口电路
显示电路采用LCD1602液晶显示，图中只画出了其相应的接口，如图7所示。
3脚用于调节LCD1602的背光,4、5、6为LCD1602的控制口，用于控制其写入或是读出指令，7至14脚为LCD1602的数据口，将数传送到LCD1602中。
3.2.5键盘接口电路
图8键盘接口电路
键盘接口电路如图，本次设计中，按键有3个，每个按键各占用一根I/O线，各按键相互独立，彼此的工作状态互不影响，用查询法完成按键功能。
4.1时间程序
因为使用了时钟芯片DS1302，阳历程序只需从DS1302各个寄存器中读出年、月、日、时、分、秒等数据，在处理即可。
在首次对DS1302进行操作之前，必须对它进行初始化，然后从DS1302中读出数据，在经过处理后，送给显示单元。
4.2时间调整程序
调整时间用3个调整按钮，一个作为移位、另外两个做调整用，时间调整程序流程图下图：
图9时间程序流程图
5结束语
通过这次制作使我们了解了整个万年历的工作过程和各个部分的工作过程，使我体会到利用单片机设计的电子万年历便于操作、直观。
经实际使用观察证明，该万年历能达到基本的要求，能正确的显示年、月、日、时、分、秒，同时能显示温度；能通过按键切换调时，误差为12秒/天，达到了设计的要求，总的来说制作还是成功的！
在本次制作中，碰到了很多问题，但经过了老师、同学的指导和帮助，这些问题基本上得到了解决。
另外软件部分还需要多多向老师和同学学习。
在这个设计中还有待提高的地方，由于时间紧迫，外观不是很理想！
总之，通过这次的电子万年历的制作使我们对本门专业知识有了进一步的学习，提高了我们收集资料的能力，动手的能力。
对书本中学到的知识也有了进一步的认识。
同时提高了我们程序设计能力！
参考文献
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北京航航天大学出版社
[2]赵建领薛园园，零基础学单片机C语言程序设计：
机械工业出版社
[3]楼然苗李光飞.单片机课程设计指导：
北京航航天大学出版社
[4]李凤霞.C语言程序设计教程（第二版）：
北京理工大学出版社
[5]赵亮侯国锐.单片机C语言编程与实例：
人民邮电出版社
[6]张义和王敏男许宏昌余春长.例说5单片机（C语言版）：
人民邮电出版社
附录
整体电路原理图
图10整体电路原理图
仿真结果
图11仿真结果图
程序
#include
#include"DS18B20_3.H"
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
uchara,miao,shi,fen,ri,yue,nian,week,flag,key1n,temp;
//flag用于读取头文件中的温度值，和显示温度值
#defineyh0x80//LCD第一行的初始位置,因为LCD1602字符地址首位D7恒定为1（100000000=80）
#defineer0x80+0x40//LCD第二行初始位置（因为第二行第一个字符位置地址是0x40）
//液晶屏的与C51之间的引脚连接定义（显示数据线接C51的P0口）
sbitrs=P2^0;
sbiten=P2^2;
sbitrw=P2^1;//如果硬件上rw接地，就不用写这句和后面的rw=0了
sbitled=P2^6;//LCD背光开关
//DS1302时钟芯片与C51之间的引脚连接定义
sbitIO=P1^1;
sbitSCLK=P1^0;
sbitRST=P1^2;
sbitACC0=ACC^0;
sbitACC7=ACC^7;
/************************************************************
ACC累加器=A
ACC.0=E0H
ACC.0就是ACC的第0位。
Acc可以位寻址。
累加器ACC是一个8位的存储单元，是用来放数据的。
但是，这个存储单元有其特殊的地位，
是单片机中一个非常关键的单元，很多运算都要通过ACC来进行。
以后在学习指令时，
常用A来表示累加器。
但有一些地方例外，比如在PUSH指令中，就必须用ACC这样的名字。
一般的说法，A代表了累加器中的内容、而ACC代表的是累加器的地址。
***************************************************************/
//校时按键与C51的引脚连接定义
sbitkey1=P1^5;//设置键
sbitkey2=P1^6;//加键
sbitkey3=P1^7;//减键
sbitbuzzer=P1^3;//蜂鸣器，通过三极管9012驱动，端口低电平响
/**************************************************************/
ucharcodetab1[]={"20--"};//年显示的固定字符
ucharcodetab2[]={":
:
"};//时间显示的固定字符
//延时函数，后面经常调用
voiddelay（uintxms）//延时函数，有参函数
{
uintx,y;
for（x=xms;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
/********液晶写入指令函数与写入数据函数，以后可调用**************/
/*在这个程序中，液晶写入有关函数会在DS1302的函数中调用，所以液晶程序要放在前面*/
write_1602com（ucharcom）//****液晶写入指令函数****
{
rs=0;//数据/指令选择置为指令
rw=0;//读写选择置为写
P0=com;//送入数据
delay
（1）;
en=1;//拉高使能端，为制造有效的下降沿做准备
delay
（1）;
en=0;//en由高变低，产生下降沿，液晶执行命令
}
write_1602dat（uchardat）//***液晶写入数据函数****
{
rs=1;//数据/指令选择置为数据
rw=0;//读写选择置为写
P0=dat;//送入数据
delay
（1）;
en=1;//en置高电平，为制造下降沿做准备
delay
（1）;
en=0;//en由高变低，产生下降沿，液晶执行命令
}
lcd_init（）//***液晶初始化函数****
{
write_1602com（0x38）;//设置液晶工作模式，意思：
16*2行显示，5*7点阵，8位数据
write_1602com（0x0c）;//开显示不显示光标
write_1602com（0x06）;//整屏不移动，光标自动右移
write_1602com（0x01）;//清显示
write_1602com（yh+1）;//日历显示固定符号从第一行第1个位置之后开始显示
for（a=0;a<14;a++）
{
write_1602dat（tab1[a]）;//向液晶屏写日历显示的固定符号部分
//delay（3）;
}
write_1602com（er+2）;//时间显示固定符号写入位置，从第2个位置后开始显示
for（a=0;a<8;a++）
{
write_1602dat（tab2[a]）;//写显示时间固定符号，两个冒号
//delay（3）;
}
}
/*********************over***********************/
/***************DS1302有关子函数********************/
voidwrite_byte（uchardat）//写一个字节
{
ACC=dat;
RST=1;
for（a=8;a>0;a--）
{
IO=ACC0;
SCLK=0;
SCLK=1;
ACC=ACC>>1;
}
}
ucharread_byte（）//读一个字节
{
RST=1;
for（a=8;a>0;a--）
{
ACC7=IO;
SCLK=1;
SCLK=0;
ACC=ACC>>1;
}
return（ACC）;
}
//----------------------------------------
voidwrite_1302（ucharadd,uchardat）//向1302芯片写函数，指定写入地址，数据
{
RST=0;
SCLK=0;
RST=1;
write_byte（add）;
write_byte（dat）;
SCLK=1;
RST=0;
}
ucharread_1302（ucharadd）//从1302读数据函数，指定读取数据来源地址
{
uchartemp;
RST=0;
SCLK=0;
RST=1;
write_byte（add）;
temp=read_byte（）;
SCLK=1;
RST=0;
return（temp）;
}
ucharBCD_Decimal（ucharbcd）//BCD码转十进制函数，输入BCD，返回十进制
{
ucharDecimal;
Decimal=bcd>>4;
return（Decimal=Decimal*10+（bcd&=0x0F））;
}
//--------------------------------------
voidds1302_init（）//1302芯片初始化子函数（2010-01-07,12:
00:
00,week4）
{
RST=0;
SCLK=0;
write_1302（0x8e,0x00）;//允许写，禁止写保护
//write_1302（0x80,0x00）;//向DS1302内写秒寄存器80H写入初始秒数据00
//write_1302（0x82,0x00）;//向DS1302内写分寄存器82H写入初始分数据00
//write_1302（0x84,0x12）;//向DS1302内写小时寄存器84H写入初始小时数据12
//write_1302（0x8a,0x04）;//向DS1302内写周寄存器8aH写入初始周数据4
//write_1302（0x86,0x07）;//向DS1302内写日期寄存器86H写入初始日期数据07
//write_1302（0x88,0x01）;//向DS1302内写月份寄存器88H写入初始月份数据01
//write_1302（0x8c,0x10）;//向DS1302内写年份寄存器8cH写入初始年份数据10
write_1302（0x8e,0x80）;//打开写保护
}
//------------------------------------
//温度显示子函数
voidwrite_temp（ucharadd,uchardat）//向LCD写温度数据,并指定显示位置
{
uchargw,sw;
gw=dat%10;//取得个位数字
sw=dat/10;//取得十位数字
write_1602com（er+add）;//er是头文件规定的值0x80+0x40
write_1602dat（0x30+sw）;//数字+30得到该数字的LCD1602显示码
write_1602dat（0x30+gw）;//数字+30得到该数字的LCD1602显示码
write_1602dat（0xdf）;//显示温度的小圆圈符号，0xdf是液晶屏字符库的该符号地址码
write_1602dat（0x43）;//显示"C"符号，0x43是液晶屏字符库里大写C的地址码
}
//------------------------------------
//时分秒显示子函数
voidwrite_sfm（ucharadd,uchardat）//向LCD写时分秒,有显示位置加、现示数据，两个参数
{
uchargw,sw;
gw=dat%10;//取得个位数字
sw=dat/10;//取得十位数字
write_1602com（er+add）;//er是头文件规定的值0x80+0x40
write_1602dat（0x30+sw）;//数字+30得到该数字的LCD1602显示码
write_1602dat（0x30+gw）;//数字+30得到该数字的LCD1602显示码
}
//-------------------------------------
//年月日显示子函数
voidwrite_nyr（ucharadd,uchardat）//向LCD写年月日，有显示位置加数、显示数据，两个参数
{
uchargw,sw;
gw=dat%10;//取得个位数字
sw=dat/10;//取得十位数字
wr
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