学士学位论文--数字万年历的设计.doc

摘 要
电子万年历是一种非常广泛日常计时工具，对现代社会越来越流行。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。对于数字电子万年历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。
本设计是基于51系列的单片机进行的电子万年历设计，可以显示年月日时分秒及周信息，具有可调整日期和时间功能。
万年历的设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件部分主要由AT89C52单片机，LED显示电路，以及调时按键电路等组成。在单片机的选择上本人使用了AT89C52单片机，该单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。74HC164 是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。软件方面主要包括日历程序、时间调整程序，公历转阴历程序，显示程序等。所有程序编写完成后，在wave软件中进行调试，确定没有问题后，在Proteus软件中嵌入单片机内进行仿真。最后总在老师同学的帮助以及自己的努力下完成了此次电子万年历的设计。

关键词：时钟电钟 DS1302 DS18B20 动态扫描 单片机

Abstract
E-calendar day time is a very wide range of tools, increasingly popular in modern society. It can be year, month, day, Sunday, hours, minutes, seconds for time, but also has a leap year compensation to a variety of functions, and the DS1302's long life, small error. For the digital electronic calendar using an intuitive digital display can simultaneously display year, month, day, Sunday, hours, minutes, seconds, and temperature and other information, but also a time-calibration and other functions. The circuit uses AT89S52 microcontroller as the core, power consumption, low-voltage work in 3V, the voltage can choose 3 ~ 5V voltage supply.
The design is based on 51 series of microcontrollers to the design of electronic calendar, you can display date information on when the minutes and seconds, and weeks, with adjustable date and time functions. At the same time in the design of the theoretical basis of the MCU and peripheral expansion of knowledge of the more comprehensive preparation. The hardware and software design, there is no good basic knowledge and practical experience will be greatly limited, each feature is required to achieve the kind of hardware, procedures, how to write, how to implement such algorithms, there is no certain foundation can not be good implementation. Found during the preparation process to the existing knowledge to complete the preparation of the task alone difficult,
In the help of teachers and students to complete the program part of the preparation.
Calendar of the design process in hardware and software to synchronize the design. Hardware mainly by the AT89C52 microcontroller, LED display circuit, and the tune composed of the circuit when the button. In the SCM choice I used the AT89C52 microcontroller, which is suitable for many of the more complex control applications. Monitor the use of two 7SEG-MPX8-CA and a 7SEG-MPX4-CA. 7SEG-MPX8-CA is a total of eight-yang diode display, 7SEG-MPX4-CA is a total of four-yang diode display. In order to more easily control the three monitors, I use three 74HC164 to drive.
74HC164 is an 8-bit edge-triggered shift register, serial input data, and parallel output. The software includes calendar program, time to adjust procedures, turn the lunar calendar programs, display programs. Programs written in assembly language used in order to more easily adjust the time and the realization of the lunar calendar display. All programming is complete, the wave software debugging, make sure that no problems, in the Proteus software within a microcontroller embedded in the simulation. The final overall the teacher to help students, as well as their own efforts to complete the design of the electronic calendar.
Keywords:Clock electric clock DS1302 DS18B20 Dynamic scan SCM

目录
第一章 设计要求与方案论证 1
第一节 设计要求 1
第二节 系统基本方案选择和论证 1
第三节 电路设计最终方案决定 3
第二章 系统的硬件设计与实现 4
第一节 电路设计框图 4
第二节 系统硬件概述 4
第三节 主要单元电路的设计 4
第三章 系统的软件设计 8
第一节 程序流程框图 8
第四章 指标测试 12
第一节 测试仪器 12
第二节 硬件测试 12
第三节 软件测试 13
第四节 测试结果分析与结论 13
致谢词 15
参考文献 16
附录一 系统电路图 17
附录二 系统使用说明书 18

第一章 设计要求与方案论证
第一节 设计要求
一、基本要求：
1.具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能；
2.时间与阴、阳历能够自动关联；
3.具有温度计功能；
4.具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能。
二、创新要求
1.具有上、下课响铃功能；
2.具有防御报警功能；
第二节 系统基本方案选择和论证
一、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Flash ROM，内部具有4KB ROM 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Flash ROM；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8KB ROM 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.
二、显示模块选择方案和论证：
方案一：
采用LED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,但是价格昂贵,需要的接口线多,所以在此设计中不采用LED液晶显示屏.
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LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少。
所以采用了LED数码管作为显示。
三、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、年以及闰年补偿的年进行计数，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.
四、温度传感器的选择方案与论证:
方案一：
使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行A/D转换。。此设计方案需用A/D转换电路，增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。
方案二：
采用数字式温度传感器DS18B20，此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以去除A/D模块，降低硬件成本，简化系统电路。另外，数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。
第三节 电路设计最终方案决定
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;数字式温度传感器;LED数码管动态扫描作为显示。

18

第二章 系统的硬件设计与实现
第一节 电路设计框图
LED数码管动态扫描显示模块

AT89S52
主控制模 块
键盘模块

DS1302时钟模块
温度采集模块

第二节 系统硬件概述
本电路是由AT89S52单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3V超低压工作；时钟电路由DS1302提供，它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31*8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。可产生年、月、日周日、时、分、秒，具有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能；温度的采集由DS18B20构成；显示部份由２１个数码管，74ls138、74ls47译码器构成。使用动态扫描显示方式对数字的显示。
第三节 主要单元电路的设计
一、单片机主控制模块的设计
AT89S52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一条I/O线都能独立地作输出或输入。
单片机的最小系统如下图所示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出.第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端.如图2.1所示

图2.1 主控制系统
二、时钟电路模块的设计
图2.2示出DS1302的引脚排列，其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.７６８KHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RSTS置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电动行时，在Vcc大于等于2.5V之前，RST必须保持低电平。中有在SCLK 为低电平时，才能将RST置为高电平，I/O为串行数据输入端（双向）。SCLK始终是输入端。

图2.2 DS1302的引脚图
三、温度采集模块设计
采用数字式温度传感器DS18B20，它是数字式温度传感器，具有测量精度高，电路连接简单特点，此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输，使用Ｐ0.7与DS18B20的I/O口连接加一个上拉电阻,Vcc接电源,Vss接地。如图2.3所示。

图2.3 DS18B20温度采集
四、电路原理及说明
(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；读/写时序如下图4所示。图5为DS1302的控制字，此控制字的位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。表6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的控制字如表2.1所示。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
表2.1 DS1302的控制字格式
1
RAM/CK
A4
A3
A2
A1
RD/WR
五、显示模块的设计
如图2.5所示，采用动态扫描显示，由２１个数码管，3-8译码器74LS138接1K限流电阻,再接8550三极管接到共阳数码管的CoM端作为选通位码,每位选择相应的列。74ls47接
240Ω限流电阻,再接共行的LED数码管的断码。

图2.5 LED动态扫描显示

第三章 系统的软件设计
第一节 程序流程框图
开始
初始化
读、写日期、时间和温度
分离日期\时间\温度显示值
显示子程序
农历自动更新子程序
日期、时间修改子程序
闰月子程
返回
定时闹铃子程序

图3.1 主程序流程图

图3.2计算阳历程序流程图

图3.3 时间调整程序流程图

图3.4 阴历程序流程图

第四章 指标测试
第一节 测试仪器
序号
名称
型号
1
PC机
LXB-HF769A
2
双路直流稳压电源
CA17303D
3
V8通用单片机仿真器
V8/L
4
数字万用表
DT9208
5
ISP在线编程器

第二节 硬件测试
电子万年历的电路系统较大，对于焊接方面更是不可轻视，庞大的电路系统中只要出于一处的错误，则会对检测造成很大的不便，而且电路的交线较多，对于各种锋利的引脚要注意处理，否则会刺被带有包皮的导线，则会对电路造成短路现象。
在本成电子万年历的设计调试中遇到了很多的问题。回想这些问题只要认真多思考都是可以避免的，以下为主要的问题：
（１）LED数码管的断码错乱,原因出于没有认真看清a、b 、c等引脚信息。
解决：重新排列74LS47的输出端，相应接入LED数码管，即可解决出现在的断码或乱码。
（2）对万年历修改时间或日期时，有时LED数码管被屏蔽掉，造成不亮现象。
解决：根据仪器的测试，发现电路的驱动能力不足，最后在DS1302时钟芯片的/CS、SCLK、RET端接入5.1K的上拉电阻后,电路的驱动能力才能满足，即可解决不亮现象。
第三节 软件测试
电子成年历是多功能的数字型，可以看当前日期（阴、阳历）,时间，还有温度的仪器。电子成年历功能很多，所以对于它的程序也较为复杂,所以在编写程序和调试时出现了相对较多的问题。最后经过多次的模块子程序的修改，一步一步的完成，最终解决了软件。在软件的调试过程中主要遇到的问题如下：
1．烧入程序后，LED数码管显示闪动,而且亮度不均匀。
解决：首先对调用的延时进行逐渐修改，可以解决显示闪动问题。其次，由于本作品使作动态扫描方式显示的数字，动态扫描很快，人的肉眼是无法看出,但是调用的显示程序时，如果不在反回时屏蔽掉最后的附值，则会出现很亮的现象，所以在显示的后面加了屏蔽子令，最后解决了此问题。
2．修改时间、日期时没有农历没有自动对应上。
解决：把不相关的程序暂时屏蔽，地农历的子程序独立调试，发现在调用农历自动更新时，对十进制和十六进制处理不好，所以会造成错乱。最后把相应的十进制进行修改，使得可以与十六进制对应，最后解决了此问题.
3．加入温度的程序后，进行修改时间、日期时相应的数码管位没有按要求闪动。
解决：由于DS18B20是串行通信数据，只用一个口线传输，在处理采集的模拟信号时需要一定的时间，当把万年历的程序相接入时，会对延时有很大的影响。所以在调用温度子程序时，先关闭定时器1中断允许，在温度子程序反回时再打开定时器1中断允许。最终解决了此问题。
第四节 测试结果分析与结论
一、测试结果分析
（1）．在测试中遇到发光二极管、LED数码管为不显示时,首先使用试测仪对电路进行测试,观察是否存在漏焊,虚焊,或者元件损坏.
（2）．LED 数码管显示不正常，还有亮度不够，首先使用试测仪对电路进行测试,观察电路是否存在短路现象。查看烧写的程序是否正确无误，对程序进行认真修改。
二、测试结论
经过多次的反复测试与分析,可以对电路的原理及功能更加熟悉,同时提高了设计能力与及对电路的分析能力.同时在软件的编程方面得到更到的提高,对编程能力得到加强.同时对所学的知识得到很大的提高与巩固.

致谢词
感谢学院给我们提供了一个展现自己的舞台，给我们一次难得煅炼的机会，使得我们的动手能力和专业技能都有了很大的提高。
在做作品的日子里得到了老师的悉心指导，在此向我们的指导教师致以诚挚的谢意。感谢提供相关技术帮助的老师和同学，你们的支持和鼓励使我们对这次的作品完成有了信心和动力，也给了我们很多无私的帮助和支持，我们在此深表谢意。

参考文献
（1）刘勇 编 数字电路 电子工业出版社 2004
（2）陈正振 编 电子电路设计与制作 广西交通职业技术学院信息工程系 2007
（3）杨子文 编 单片机原理及应用 西安电子科技大学出版社 2006
（4）王法能 编 单片机原理及应用 科学出版社 2004

附录一 系统电路图
附录二 系统使用说明书
如电路原理总图可知，本电路具有年、月、日、周日、时、分、秒、温度和农历功能，
总共由21个LED数码管显示，如下图所示。

日期和时间的修改由3个按键构成。如图-b所示。键１为向右移；键２为加１；键３为减１。