基于单片机电子万年历的设计与实现毕业设计(带阴历带闹钟).docx
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基于单片机电子万年历的设计与实现
摘 要
当人类文明跨入新的爆炸性时代，新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。
电子技术的应用无处不在，电子技术已经改变我们的生活方式，影响世界的发展。
在这迅猛发展、效率当先的年代，人们的时间观念越发强烈，在快节奏的生活中，人们往往需要时间的提醒。
而数字化的钟表给人们带来了极大的方便，能够定时提醒的系统得到了广泛的应用。
由于单片机具有灵活性强、成本低、功耗低、保密性好等特点，所以电子日历时钟一般都以DS1302为核心，外加一些外围设备来实现。
本设计应用LPC2103微处理芯片作为中央控制器，结合实时时钟芯片DS1302，制作了一个万年历仪器，本设计包括硬件电路设计及软件设计。
具有显示阳历的年、月、日、星期、时、分、秒,以及闹钟功能；能够对其现实的日历以及闹钟进行设置;能够显示室内温度，并保证温度误差为±1℃。
关键词：
万年历单片机闹钟温度DS1302
TheDesignandImplementationofElectronicCalendarBasedonSCM
Major:
TelecommunicationEngineering
Student:
ZhuZhu Supervisor:
HuYingbin
Abstract
Whenhumancivilizationcameintonewexplosiveera,newproductsandtechnologiesareinboom,electronictechnologyischangingquickly.Electronictechnologyapplicationsareubiquitous,electronictechnologyhaschangedthewaywelive,affectthedevelopmentoftheworld.Inthisrapidlyandefficientlydevelopingworld,thepeople'sconceptoftimegrowingstronger,inthelifeoffastrhythm,peopleoftenneedtimetoremind.Whilethedigitalclockhasbroughtpeoplegreatconvenience,canregularlyremindedofsystemshavebeenwidelyused.Duetothemicrocontroller,lowcostwithflexibility,lowpowerdissipation,secrecyisgoodwaitforacharacteristic,soweoftenchoosetheDS1302ascoreofelectroniccalendarclock,addingsomeperipheralequipmenttoachieve.
ThisdesignapplicationsLPC2103microprocessingchipascentralcontroller,combinedwithrealtimeclockchipDS1302,madeacalendarinstrument,thedesignincludeshardwarepartandsoftwarepart.First,itcandisplaytheGregoriancalendaryear,month,day,week,hour,minuteandsecond,aswellasalarmclockfunction.Second,wecansetcalendarandalarmclock.Third,itcandisplaytheindoortemperature,andensuretemperatureerrorfor1.
Keywords:
Calendar SCM Alarm Clock Temperature DS1302
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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日 期：
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日 期：
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期：
日
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期：
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年 月 日
导师签名：
日期：
年
月
日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优 □良 □中 □及格 □不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优 □良 □中 □及格 □不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优 □良 □中 □及格 □不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优 □良 □中 □及格 □不及格二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优 □良 □中 □及格 □不及格三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优 □良 □中 □及格 □不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优 □良 □中 □及格 □不及格
建议成绩：
□优
□良 □中 □及格
（在所选等级前的□内画“√”）
□不及格
指导教师：
（签名） 单位：
年 月 日
（盖章）
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优
□良
□中 □及格
□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优
□良
□中 □及格
□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优
□良
□中 □及格
□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优
□良
□中 □及格
□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优
□良
□中 □及格
□不及格
建议成绩：
□优
□良 □中 □及格
（在所选等级前的□内画“√”）
□不及格
评阅教师：
（签名） 单位：
年 月 日
（盖章）
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优 □良 □中 □及格 □不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优 □良 □中 □及格 □不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优 □良 □中 □及格 □不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优 □良 □中 □及格 □不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优 □良 □中 □及格 □不及格
评定成绩：
□优 □良 □中 □及格 □不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年 月 日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年 月 日
I
四川大学锦城学院本科毕业论文
基于单片机电子万年历的设计与实现
目录
III
1导论 1
1.1选题意义 1
1.2设计任务 2
2总体方案设计 2
2.1总体框图设计 2
2.2主要模块分析和选择 3
2.2.1显示模块 3
2.2.2调节模块 4
2.2.3温度采集模块 5
3系统的硬件及电路设计 5
3.1系统的整体硬件原理图 5
3.2LPC2103 6
3.2.1概述 6
3.2.2存储器接口 7
3.2.3ARM7TDMI-S的结构 8
3.3DS1302芯片及时钟电路设计 8
3.3.1控制寄存器用来控制SQW/OUT引脚的操作 8
3.3.2DS1302复位和时钟控制 8
3.3.3DS1302的控制字节 9
3.3.4DS1302的片内寄存器 9
3.3.5时钟电路图 11
3.4键盘电路设计 12
3.4.1键盘接口 12
3.4.2按键设置 13
3.4.3按键开关去抖动问题 13
3.5显示电路设计 14
3.6测温电路设计 15
4系统软件设计 16
4.1程序设计框图 16
4.2DS1302读取子程序Read1302 18
4.3DS1302写函数write1302 19
4.4键盘扫描 20
4.5显示子程序display 21
4.6测温电路的设计 21
4.6.1温度传感器工作原理 21
4.6.2DS18B20与单片机的接口电路 25
4.7程序及仿真分析 25
5仿真与调试 26
5.1仿真图分析 26
5.2程序调试与仿真结果 27
5.2.1DS1302电路调试 27
5.2.2按键电路调试 28
5.2.3键盘子程序调试 28
6结语 29
附录 30
附录A 原理图 30
附录B LCD1602显示程序 31
参考文献 41
致谢 42
1导论
1.1选题意义
电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。
在其推动下，现代电子产品正在以前所未有的革新速度，向着功能多样化、体积最小化、功耗最低化的方向迅速发展，电子技术的发展有力的推动着人类社会发展。
机械式钟表虽然也可以告知人们时间，也可以定时，显示日历。
但是由于受到机械结构、动力和体积的限制，在功能、性能以及造价上都没办法与电子时钟相比。
电子钟是采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置，广泛应用于个人家庭，室外广场，汽车站和火车站等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品。
由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。
诸如定时自动报警、0按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。
因此，更为先进的电子钟的研究有着良好的发展前景和市场潜力。
随着社会的进步，人们越来越青睐功能多样化的产品。
温度实时显示系统技术已经发展成熟，比如空调遥控器上当前室温的显示、热水器温度的显示等等。
如果能够在电子钟上利用电子技术实时性的准确的显示环境温度，那将为我们的生活、工作、和工业生产中带来极大的便利，同时也可以让我们随时的了解周围环境的变化以及必要措施的施行。
单片机之所以广泛被应用于各个领域,尤其是用于本设计，与单片机构成计算机应用系统所形成的下述特点有关：
1、单片机构成的应用系统有较大的可靠性。
这些可靠性的获得除了依靠单片机芯片本身的高可靠性以及应用有最少的联接外，还可以方便地采用软、硬件技术；
2、系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统，应用系统有较高的软、硬件利用系数；
3、由于构成的应用系统是一个计算机系统，相当多的测、控功能由软件实现，故具有柔性特征，不须改变硬件系统就能适当地改变系统功能；
4、有优异的性能、价格比。
基于以上特点,本设计采用单片机来实现电子万年历功能。
1
四川大学锦城学院本科毕业论文
基于单片机电子万年历的设计与实现
1.2设计任务
电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时间精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。
当今市场上的电子时钟品类繁多，外形小巧别致,倍受人们青睐。
也有体型较大的，诸如公共场所的大型电子报时器,家庭较大装饰型电子时钟等。
电子时钟首先是数字化了的时间显示器或报时器，在此基础上，人们可以根据不同场合的要求，在时钟上加置其他附加功能，比如定时闹铃、万年历、环境温度、湿度检测、环境空气质量检测、USB扩展口功能等。
本次设计是基于ARM7TDMI2103微处理芯片和DS1302实时时钟芯片完成万年历的电路设计及软件设计。
该万年历能够显示阳历的年、月、日、星期、时、分、秒,以及闹钟功能，并且可根据需要对各个位进行调节，能够显示室内温度。
本电子万年历的主要功能为：
1、具有时间显示和手动校对功能，24小时制；
2、具有显示年、月、日和手动校对功能；
3、具有闹铃功能；
4、掉电后无需重新设置时间和日期；
5、室内实时温度显示。
2总体方案设计
2.1总体框图设计
根据设计任务，本设计为电子万年历仪器，以中央处理器与时钟芯片进行交互得到准确的走时为核心；第二，结合输出显示模块，包括输出显示日历及输出闹钟两部分；第三，对万年历进行调整，以及对闹钟的设置需要用到调节模块；第四，温度模块。
这样就能完成万年历的总体功能，根据总体方案设计，本设计的系统原理图如图2-1所示。
15
晶振
温度信号处理
调节
按键处理
时基处理
时钟芯片
温度传感器
喇叭
显示模块
驱动处理
ARM处理器
图2-1万年历总体框图
总体框图中说明的系统功能主要有三个部分，即现实时间显示、闹钟提醒和温度显示。
时钟芯片中预存了系统设置的时间信息，系统上电后，ARM处理器即可采集时钟芯片的初始时间和时基显示时间信息；调节模块将调节信息发送至ARM处理器中，ARM处理器综合调节信息和时钟芯片模块上采集的时基信号，这样可以得到现实时钟信号；调节模块还可以设置一个时间，这个时间可以存储在ARM处理器中，只要现实时间和这个设置的时间吻合，就作用于喇叭上，实现闹钟功能；温度模块将温度信号经处理电路后得到ARM处理器能够检测的电平信号，之后传送至ARM处理器上；ARM处理器将检测的时钟信号和温度信号输出至显示模块，即可实现时钟和温度的可视。
如此，该系统就成功实现要求的功能。
2.2主要模块分析和选择
2.2.1显示模块
显示模块的功能是显示日历（包括闹钟时间）和温度信息，现在主流的显示主要有液晶显示和LED数码管显示，下面简要说明两种显示技术的各自的优势，而后选择一种作为本系统所用的显示系统。
方案一：
使用液晶显示屏（LCD）显示时间数字。
液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。
缺点是控制器的资源占用较多，其成本也偏高。
在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片，不易维护。
方案二：
使用传统的LED数码管显示。
数码管具有：
低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮[1]、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称重轻，精确可靠，操作简单。
数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。
缺点是占用引脚多。
【1】王新颖.单片机原理及应用.北京大学出版社，2008
就时钟而言，通常采用LCD显示或者LED显示。
对于一般的短时LCD，需要专门的驱动电路，但是电路设计简单，连接方便，数字感应信号强，软件编程简单，节省I/O接口，如图2-2所示。
根据以上的论述，本系统采用方案一，用LCD1602作为显示输出模块。
2.2.2调节模块
图2-2接口电路设计
调节模块要求能够调整日历的显示日期以及闹钟的报警时间。
调整键盘模块在对日期和时间进行切换，对日期和时间进行调节校准过程中，系统需要产生激励电流，因此需要用按键。
现在比较成熟的键盘方案有以下两种：
方案一：
使用独立式键盘。
独立式键盘是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。
独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。
方案二：
使用矩阵式键盘。
矩阵式键盘是由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行线、列线分别连接到按键开关的两端。
其特点是简单且不增加成本，这种键
盘适合按键数量较多的场合。
比较两种方案，由于本系统中需要的按键只有设置模式选择键、时间/日期切换键、时间加减键和闹钟选定键,所需按键不多,电路要求简单,所以采用方案一所述的独立式键盘作为调节模块。
2.2.3温度采集模块
温度采集模块的主要功能是采集当前环境的温度，通过信号处理电路转换成ARM处理器能够识别的电平信号，而后传送给ARM处理器。
常用的测温有下面两种方案，下面先介绍两种方案，而后比较选择更适合的温度采集模块。
方案一：
采用热电偶或热敏电阻作感温元件，但热电偶需冷端补偿，电路设计复杂，热敏电阻虽然精度较高，但需要标准稳定电阻匹配才能使用，而且重复性、可靠性都比较差。
方案二：
采用集成温度传感器DS18B20。
该传感器结构简单，不需外接电路，数据传输稳定，在-10℃——+85℃范围内精度为±0.5℃，完全能满足题目±1℃的要求，且分辨率较高，重复性和可靠性好。
由于方案二中的精度要求完全满足本系统需求的温度±1℃的要求,且分辨率较高，重复性和可靠性好，故采用第二种方案作为温度采集。
3系统的硬件及电路设计
3.1系统的整体硬件原理图
根据设计任务，本设计以LPC2103芯片为内核，连接时钟芯片DS1302进行准确的走时； LPC2103接上LCD1602显示模块，显示日历、时间，并连接蜂鸣器输出闹钟；当基本功能设置好后，再利用键盘模块实现对万年历进行调整，以及对闹钟的设置；本系统另一个附加功能为显示室内温度，利用LPC2103芯片与DS18B20连接可测温，并接上显示器（LCD1602）就可成功显示室内温度。
根据总体方案设计，本设计的系统原理图如图3-1所示。
图3-1整体原理图
3.2LPC2103
3.2.1概述
本设计中采用LPC2103微处理器作为内核芯片，LPC2103属于ARM7TDMI-S处理器系列，是ARM通用32位微处理器家族的成员之一。
ARM处理器具有优异的性能，但功耗却很低，使用门的数量也很少。
ARM 结构是基于精简指令集计算机（RISC）原理而设计的，指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机要简单得多，这样的简化实现了高的指令吞吐量，出色的实时中断响应，小的高性价比的处理器宏单元。
在万年历设计中，微处理器主要是采集温度传感器输入的温度，DS1302输入的时间及日期信息等，最后通过驱动显示器LCD显示及蜂鸣器，在运行的过程中通过键盘扫描的形式不断的采集按键信息，并通过采集的信号处理并改变相应的功能。
其基本电路图如图3-2所示。
3.2.2存储器接口
图3-2LPC2103电路图
ARM7TDMI-S 处理器的存储器接口可以使潜在的性能得到实现，这样减少了存储器的使用，对速度有严格要求的控制信号使用流水线，这样使系统控制功能以标准的低功耗逻辑实现。
这些控制信号使许多片内和片外存储器技术所支持的快速突发访问模式得到充分利用【2【。
ARM7TDMI-S处理器的存储器周期有4种基本类型：
a.内部周期
b.非连续的周期c.连续的周期
d.协处理器寄存器传输周期
【2】陈忠平.单片机基础与最小系统实践.北京航空航天大学出版社，2006
3.2.3ARM7TDMI-S的结构
1、ARM7TDMI-S处理器有两个指令集
a.32位ARM指令集
b.16位Thumb指令集
2、ARM7TDMI-S处理器使用了ARM结构v4T
3.3DS1302芯片及时钟电路设计
DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被输入。
无论是读周期还是写周期，开始8位指定40个寄存器中哪个将被访问到。
在开始8个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器之后，另外的时钟周期在读操作时输出数据，在写操作是写入时写入数据。
时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8，在多字节方式下为8加字节数，最大可达248字节数。
3.3.1控制寄存器
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