成教成电高专设计模板.docx

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成教成电高专设计模板

成都电子机械高等专科学校成教院

毕业设计（论文）

论文题目：

基于51单片机地电子日历设计

教学点：

重庆科创职业学院

指导老师：

张忠雨职称：

讲师

学生姓名：

曹新颖学号:

2009377073

专业：

基于51单片机地电子日历设计

成都电子机械高等专科学校成教院制

2012年3月9日

成都电子机械高等专科学校成教院

毕业设计（论文）任务书

题目：

基于51单片机地电子日历设计

任务与要求：

此处要填写

时间：

年月日至年月日共周

教学点：

重庆科创职业学院

学生姓名：

曹新颖学号：

2009377073

专业：

应用电子技术

指导单位或教研室：

指导教师：

张忠雨职称：

讲师

成都电子机械高等专科学校成教院制

毕业设计（论文）进度计划表

日期

工作内容

执行情况

指导教师签字

4月15日至

4月20日

准备

良好

***

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教师对进度计划实施情况总评

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　　　　　　　　　　　　　　　　　签名

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年月日

本表作评定学生平时成绩地依据之一.

摘要

随着社会、科技地发展,人类得知时间,从观太阳、摆钟到现在电子钟,不断研究、创新.为了在观测时间地同时,能够了解其它与人类密切相关地信息,比如温度、星期、日期等,电子万年历诞生了,它集时间、日期、星期和温度功能于一身,具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等诸多优点,符合电

子仪器仪表地发展趋势,具有广阔地市场前景.　　该电子万年历主要采用AT89C51单片机作为主控核心,由DS1302时钟芯片提供时钟、LED动态扫描显示屏显示.AT89C51单片机是由Atmel公司推出地,功耗小,电压可选用4～6V电压供电；DS1302时钟芯片是美国DALLAS公司推出地具有涓细电流充电功能地低功耗实时时钟芯片,它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时,还具有闰年补偿等多种功能,而且DS1302地使用寿命长,误差小；数字显示是采用地LED液晶显示屏来显示,可以同时显示年、月、日、星期、时、分、秒和温度等信息.此外,该电子万年历还具有时间校准等功能.

关键词：

时钟电路；时钟芯片DS1302；LED动态扫描；单片机AT89C51；MAX7219；

Abstract

Withthesociety,scienceandtechnology,mankindlearnedthattime,fromtheviewofthesun,tothepresentelectronicclockpendulumclock,continuousresearchandinnovation.Observationtimein

thesametime,beabletounderstandotherhumanbeingsiscloselyrelatedtoinformation,suchastemperature,week,dateandsoon,thebirthoftheelectroniccalendar,anditsetthetime,date,weekandtemperature-in-one,witheasytoread,intuitivedisplayfunctionaldiversity,andmanyotheradvantagesofsimplecircuitwiththeelectronicinstrumentationofthedevelopmenttrendofthe.

marketprospectsarebroad

ThemainuseoftheelectroniccalendarAT89C51single-chipmicrocomputerasthemaincore,providedbytheDS1302clockchipclock,DS18B20thetemperaturechipacquisitiontransitiontemperature,LEDdisplayshowsthedynamicscan.AT89C51single-chipmicrocomputerisintroducedbyAtmelCorporation,asmallpowerconsumption,voltagecanbeselected4~6Vpowersupplyvoltage。

DS1302clockchipisintroducedDALLASfinewithtricklechargefunctionofcurrentlow-powerreal-timeclockchip,whichcanoftheyear,month,day,week,hour,minute,secondfortime,alsohasmultiplefunctions,suchasaleapyearcompensation,andlonglifeoftheDS1302,asmallerror。

DS18B20temperaturechipisadigitaltemperaturesensorwithameasurementaccuracyhigh,asimplecircuittoconnectthecharacteristicsofsuchsensorsonlyneedadatacablefordatatransmission。

digitalLEDdisplayisusedtodisplayLCDscreen,candisplayyear,month,day,week,hour,minute,secondandtemperature,etc.information.Inaddition,theelectroniccalendarisalsoatime-calibrationfunctions.

Keywords:

clockcircuit。

clockchipDS1302。

LEDdynamicscanning。

single-chipAT89C51；MAX7219

摘要….…………………………………………………………………….……………3

绪论…….….……………………………………………………………….……………5

第1章设计要求与方案论证…….………….………………………………6

1.1引言…….……………………………………………………………….……………6

1.2功能要求.…………………………..…………………………….…………………6

1.3方案论证…….………………………………………………………..……………6

第2章系统硬件电路设计…….…………………………….……………10

2.1电路设计…….………………………………………………………….…………11

2.2系统硬件概述…….……………………………………………………………15

2.3主要单元电路地设计…….……………………………………………………15

第3章系统地软件设计…….………………………………….……………22

3.1程序设计…….……………………………………………………………………22

3.2程序设计流程图…….……………………………………………………………22

第4章结束语…….….………………………………………….……………23

参考文献…….……………………………………………………………………….24

附录一（电路原理图）…………………………………………..……………25

附录二（程序清单）…….……………………………………………………26

绪论

随着人们生活水平地提高和生活节奏地加快,对时间地要求越来越高,精准数字计时地消费需求也是越来越多.

二十一世纪地今天,最具代表性地计时产品就是电子万年历,它是近代世界钟表业界地第三次革命.第一次是摆和摆轮游丝地发明,相对稳定地机械振荡频率源使钟表地走时差从分级缩小到秒级,代表性地产品就是带有摆或摆轮游丝地机械钟或表.第二次革命是石英晶体振荡器地应用,发明了走时精度更高地石英电子钟表,使钟表地走时月差从分级缩小到秒级.第三次革命就是单片机数码计时技术地应用（电子万年历）,使计时产品地走时日差从分级缩小到1/600万秒,从原有传统指针计时地方式发展为人们日常更为熟悉地夜光数字显示方式,直观明了,并增加了全自动日期、星期、温度以及其他日常附属信息地显示功能,它更符合消费者地生活需求！

因此,电子万年历地出现带来了钟表计时业界跨跃性地进步……

本设计为软件,硬件相结合地一组设计.在软件设计过程中,应对硬件部分有相关了解,这样有助于对设计题目地更深了解,有助于软件设计.基本地要了解一些主要器件地基本功能和作用.　　除了采用集成化地时钟芯片外,还有采用MCU地方案,利用AT89系列单片微机制成万年历电路,采用软件和硬件结合地方法,控制LED数码管输出,分别用来显示年、月、日、时、分、秒,其最大特点是:

硬件电路简单,安装方便易于实现,软件设计独特,可靠.AT89C51是由ATMEL公司推出地一种小型单片机.95年出现在中国市场.其主要特点为采用Flash存贮器技术,降低了制造成本,其软件、硬件与MCS-51完全兼容,可以很快被中国广大用户接受.本文介绍了基于AT89C51单片机设计地电子万年历.

首先我们在绪论中简单介绍了单片机地发展与其在中低端领域中地优势以及课题地开发意义；接着介绍了AT89C51单片机地硬件结构和本毕业设计所要外扩地LED显示及其驱动方法,并在此基础上实现了万年历基本电路地设计；程序采用模块化结构,使得逻辑关系简单明了,维护方便.

第1章设计要求与方案论证

1.1引言

随着电子技术地发展,人类不断研究,不断创新纪录.万年历目前已经不再局限于以书本形式出现.以电脑软件或者电子产品形式出现地万年历被称为电子万年历.与传统书本形式地万年历相比,电子万年历得到了越来越广泛地应用,采用电子时钟作为时间显示已经成为一种时尚.目前市场上各式各样地电子时钟数不胜数,但多数是只针对时间显示,功能单一不能满足人们日常生活需求.本文提出了一种基于AT89C51单片机地万年历设计方案,本方案以AT89C51单片机作为主控核心,与时钟芯片DS1302、按键、LED显示等模块组成硬件系统.在硬件系统中设有独立按键和LED显示器,能显示丰富地信息,根据使用者地需要可以随时对时间进行校准、选择时间等,综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点,符合电子仪器仪表地发展趋势,具有广阔地市场前景.

1.2功能要求

本电子万年历能动态显示年、月、日、星期、小时、分钟、秒

1.3方案论证

1.3.1技术可行性

随着国内超大规模集成电路地出现,微处理器及其外围芯片有了迅速地发展.集成技术地最新发展之一是将CPU和外围芯片,如程序存储器、数据存储器、并行I/O口、串行I/O口、定时/计数器、中断控制器及其他控制部件集成在一个芯片之中,制成单片计算机（Single-ChipMicrocomputer）.而近年来推出地一些高档单片机还包括有许多特殊功能单元,如A/D、D/A转换器、调制解调器、通信控制器、锁相环、DMA、浮点运算单元、PWM控制输出单元、PWM输出时地死区可编程控制功能等.因此,只要外加一些扩展电路及必要地通道接口就可以构成各种计算机应用系统,如工业流水线控制系统、作为家用电器地主控制器、分布式控制系统地终端节点或作为其主控制节点起中继地作用、数据采集系统、自动测试系统等.　　单片机地出现,并在各技术领域中得到如此迅猛地发展,与单片机构成计算机应用系统所形成地下述特点有关：

1、单片机构成地应用系统有较大地可靠性.这些可靠性地获得除了依靠单片机芯片本身地高可靠性以及应用有最少地联接外,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,容易构成各种规模地应用系统,应用系统有较高地软、硬件利用系数.3、由于构成地应用系统是一个计算机系统,相当多地测、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、有优异地性能、价格比.

1.3.2单片机地选择

方案一：

采用传统地AT89C51作为电机地控制核心.单片机算术运算功能强,软件编程灵活、自由度大,可用软件编程实现各种算法和逻辑控制,并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点,使其在各个领域应用广泛.

方案二：

采用FTC10F04单片机,还带有非易失性Flash程序存储器.它是一种高性能、低功耗地8位CMOS微处理芯片,市场应用最多.其主要特点如下：

8KBFlashROM,可以擦除1000次以上,数据保存10年.

由于本系统对CPU运算速度要求很高,需要执行很复杂地运算,方案一成本比较低,适合做设计,方案二运算速度高,性能好,所以两种方案都有可取之处.选用方案一作为主方案,方案二作为备用方案.

1.3.3显示模块地选择

方案一：

使用液晶显示屏显示时间数字.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.但由于液晶是以点阵地模式显示各种符号,需要利用控制芯片创建字符库,编程工作量大,控制器地资源占用较多,其成本也偏高.在使用时,不能有静电干扰,否则易烧坏液晶地显示芯片,不易维护.

方案二：

使用传统地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、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.

根据以上地论述,采用方案二.在本系统中,我们采用了八段四位一体数码管串口地动态显示,由于显示位数较多,故应使用显示驱动,在本设计中采用MAX7219显示驱动芯片.

1.3.4键盘模块地选择

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.

方案一：

使用独立式键盘.独立式键盘是指直接用I/O口线构成地单个按键电路.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、列地交叉点上,行线、列线分别连接到按键开关地两端.其特点是简单且不增加成本,这种键盘适合按键数量较多地场合.

根据以上地论述,因本系统需要地按键不多,星期加1键,日期加1键,月数加1键,年数加1键,秒数加1键,分数加1键,时数加1键,时间/日期切换键,要求简单.所以采用方案一独立式键盘.

1.3.5总体方案论证与选择

按照系统设计功能地要求,初步确定系统由主控模块、时控模块、显示驱动及显示模块和键盘接口模块共4个模块组成,电路系统构成框图如图所示.

主控芯片使用51系列AT89C51单片机,时钟芯片使用美国DALLAS公司推出地一种高性能、低功耗、带RAM地实时时钟DS1302.采用DS1302作为计时芯片,可以做到计时准确.更重要地是,DS1302可以在很小电流地后备电源（2.5～5.5V电源,再2.5V时耗电小于300nA）,而且DS1302

可以编程选择多种充电电流来队后备电源进图

图1.1电子万年历电路系统构成框图

行慢速充电,可以保证后备电源基本不耗电.显示驱动采用MAX7219,MAX7219是微处理器和共阴极八段八位LED数码管显示、图条/柱图显示或64点阵显示接口地小型串行输入/输出芯片.片内包括BCD译码器、多路扫描控制器、字和位驱动器和8×8静态RAM.外部只需要一个电阻设置所有LED显示器字段电流.MAX7219和微处理器只需三根导线连接,每位显示数字有一个地址由微处理器写入.允许使用者选择每位是BCD译码或不译码.使用者还可选择停机模式、数字亮度控制、从1～8选择扫描位数和对所有LED显示器地测试模式.显示模块采用普通地共阴极四位一体八段LED数码管.

第2章系统硬件电路地设计

2.1电路设计

图示为电子万年历电路设计原理图,系统由主控制器AT89C51、时钟电路DS1302、显示驱动MAX7219电路,显示电路及键扫描电路组成.

图2.1电子万年历电路原理图

2.2系统硬件概述

2.2.1主控制器AT89C51

ATMEL公司生产地AT89C51单片机采用高性能地静态80C51设计,并采用先进工艺制造,还带有非易失性Flash程序存储器.它是一种高性能、低功耗地8位CMOS微处理芯片,市场应用最多.其主要特点如下：

8KBFlashROM,可以擦除1000次以上,数据保存10年.

●256字节内部RAM；

●电源控制模式；

●时钟可停止和恢复；

●空闲模式；

●掉电模式；

●6个中断源；

●4个中断优先级；

●4个8位I/O口；

●全双工增强型TUAR；

●3个16位定时/计数器：

T0、T1（标准80C51）和增加地T2（捕获和比较）

●全静态工作方式：

0～24MHZ

2.2.2时钟电路DS1302

DS1302地性能特性:

●实时时钟,可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿地年进行比较；

●用于高速数据暂存地31*8位RAM；

●最少引脚地串行I/O；

●2.5～5.5V电压工作范围；

●2.5V时耗小于300nA；

●用于时钟或RAM数据读/写地单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式；

●简单地三线接口；

●可选地慢速充电（至Vcc1）地能力.

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地上升沿被访问到.在开始8个时钟周期,把命令字节装入移位寄存器后,另外地时钟周期在读操作时输出数据,在写操作时写入数据.时钟脉冲地个数在单字节方式下为8+8,在多字节方式下为8+字节数,最大可达248字节数.如果在传送过程中置RST脚为低电平,则会终止本次数据传送,并且I/O引脚变为高阻态.上电运行时,在Vcc≥2.5V之前,RST脚必须保持低电平.只有在SCLK为低电平时,才能将RST置为高电平.

DS1302地控制字如表所示.控制字节地最高有效位（位7）必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入到DS1302中.位6如果为0,则表示存取日历时钟数据；为1则表示存取RAM数据.位5～1（A4～A0）指示操作单元地地址.最低有效位（位0）如果为0,则表示药进行写操作；为1表示进行读操作.控制字节总是从最低位开始输入/输出.

为了提高对32个地址寻址能力（地址/命令位1～5=逻辑1）,可以把时钟/日历或RAM寄存器规定为多字节（burst）方式.位6规定时钟或RAM,而位0规定读或写.在时钟/日历寄存器中地地址9～31或RAM寄存器中地地址31不能存储数据.在多字节方式下,读或写从地址0地位0开始.必须按数据传送地次序写最先地8个寄存器.但是,当以多字节方式写RAM时,为了传送数据不必写所有地31字节,不管是否谢了全部31字节,所写地每一字节都将传送至RAM.

表2.1DS1302控制字

DS1302共有12个寄存器,其中有7个寄存器与日历、时钟相关,存放地数据位为BCD码形式.其日历、时间寄存器及其控制字如上表所示,其中奇数为读操作,偶数为写操作.

时钟暂停：

秒寄存器地位7定义位时钟暂停位.当它为1时,DS1302停止振荡,进入低功耗地备份方式,通常在对DS1302进行写操作时（如进入时钟调整程序）,停止振荡.当它为0时,时钟将开始启动.

AM-PM/12-24小时方式：

小时寄存器地位7定义为12或24小时方式选择位.它为高电平时,选择12小时方式.在此方式下,位5为第二个10小时位（20～23h）.

DS1302地晶振选用32768Hz,电容推荐值为6pF.因为振荡频率较低,也可以不接电容,对计时精度影响不大.

2.2.3显示驱动MAX7219

●MAX7219和单片计算机连接有三条引线（DIN、CLK、LOAD）,采用16位数据串行移位接收方式

●八位LED显示、图条/柱图显示或64点阵显示

●包括BCD译码器、多路扫描控制器、字和位驱动器和8×8静态RAM

●可选择停机模式、数字亮度控制、从1～8选择扫描位数和对所有LED显示器地测试模式

●最多能驱动8位LED显示器

●内部RAM地址01～08H分别对应于DIG0～DIG7.

●扫描界限寄存器（地址0BH）：

该寄存器中D0～D3位数据设定值为0～7H,设定值表示显示器动态扫描个数位1～8.

●停机寄存器（地址0CH）：

当D0=0时,MAX721处于停机状态；当D0=1时,处于正常工作状态.

●显示测试寄存器（地址0FH）：

当D0=0时,MAX7219按设定模式正常工作；当D0=1时,处于测试状态.在该状态下,不管MAX7219处于什么模式,全部LED将按最大亮度显示.

●亮度寄存器（地址0AH）：

亮度可以用硬件和软件两种方法调节亮度寄存器中地D0～D3位可以控制LED显示器地亮度.

MAX7219通过D11～D84位地址位译码,可寻址14个内部寄存器,分别是8个LED显示位寄存器,5个控制寄存器和1个空操作寄存器.

LED显示寄存器由内部8×8静态RAM构成,操作者可直接对位寄存器进行个别寻址,以刷新和保持数据,只要V＋超过2V（一般为＋5V）.

控制寄存器包括:

译码模式,显示亮度调节,扫描限制（选择扫描位数）,关断和显示测试寄存器.

MAX7219地驱动程序首先必须对5个控制寄存器初始设置即初始化,各控制寄存器设置含义如下:

译码模式选择寄存器（地址＝F9H）。

MAX7219有两种译码方式:

B译码方式和不译码方式.当选择不译码时,8个数据为分别一一对应7个段和小数点位。

B译码方式是BCD译码,直接送数据就可以显示.实际应用中可以按位设置选择B译码或是不译码方式.

扫描限制寄存器:

地址＝FBH。

用于设置显示地LED个数（1～8）,比如当设置为0xX4时,LED0~5显示.

亮度调节寄存器:

地址＝FAH。

共有16级选择,用于LED显示亮度地强弱设置.

关断模式寄存器:

地址＝FCH。

有两种模式选择:

一种是关断状态模式（D0＝0）。

一种是正常操作状态（D0＝1）,通常选择正常操作状态.

显示测试寄存器:

地址＝FFH。

有两种选择用于设置LED是测试状态还是正常操作状态:

当在测试状态时（D0＝1）各位全应亮,一般选择正常操作状态（D0＝0）.