基于單片機的數(shù)字萬歷的設(shè)計與實現(xiàn)

1、基礎(chǔ)課程設(shè)計（論文）基于單片機的數(shù)字萬年歷的設(shè)計與實現(xiàn) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師：小組成員： 信息技術(shù)學(xué)院電氣工程系2014年12月15日20基礎(chǔ)課程設(shè)計摘要 本次設(shè)計就是設(shè)計一款萬年歷，以C51單片機為核心，配備數(shù)碼管顯示模塊、按鍵等功能模塊。萬年歷采用24小時制方式顯示時間，在數(shù)碼管上顯示年、月、日、小時、分鐘、秒等功能。 設(shè)計的核心主要包括硬件設(shè)計和軟件編程兩個方面。硬件電路設(shè)計主要包括中央處理單元電路、時鐘電路、執(zhí)行電路等幾部分。軟件用匯編語言來實現(xiàn)，主要包括主程序、鍵盤掃描子程序、時間設(shè)置子程序等軟件模塊。近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，

2、單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強，體積小，功耗低，價格便宜，工作可靠，使用方便等特點，因此特別適合于與控制有關(guān)的系統(tǒng)，越來越廣泛地應(yīng)用于自動控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個領(lǐng)、域，單片機往往是作為一個核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。而51系列單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種，通過本次課程設(shè)計進一步對單片機學(xué)習(xí)和應(yīng)用，從而更熟悉單片機的原理和相關(guān)設(shè)計并提高了開發(fā)軟、硬件的能力。本設(shè)計主要設(shè)計一個基于 80C51單片機的電子時鐘，并在LED上顯示相應(yīng)的時間,通過兩個控制鍵和4×4鍵盤

3、來實現(xiàn)時間的調(diào)節(jié)功能。應(yīng)用Proteus軟件實現(xiàn)單片機數(shù)字時鐘系統(tǒng)的設(shè)計與仿真。關(guān)鍵詞：單片機 時鐘電路 C51 萬年歷目錄摘要I1緒論11.1 方案選擇與DIY電子萬年歷的研究情況11.1.1時鐘芯片選擇11.1.2鍵盤選擇21.1.3顯示模塊選擇31.2 DIY萬年歷的研究情況32 主要硬件描述32.1 89C51模塊32.2 顯示模塊LCM1286442.2.1液晶模塊概述42.2.2液晶模塊特點42.3 芯片DS1302簡介52.4 芯片DS18B20簡介53 硬件設(shè)計與實現(xiàn)63.1 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計63.2 時鐘電路的設(shè)計73.3 溫度采集模塊的設(shè)計73.4 人機交互模塊設(shè)計84

4、 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)94.1 主要算法流程圖描述94.2 各子程序設(shè)計13參考文獻201緒論多功能數(shù)字萬年歷已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚奈锲?，廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、醫(yī)院、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們已不再滿足于鐘表原先簡單的報時功能，希望出現(xiàn)一些別的功能，諸如日歷的顯示、鬧鐘的應(yīng)用等，以帶來更大的方便，而所有這些，又都是以數(shù)字化的電子時鐘為基礎(chǔ)的。因此，研究實用電子時鐘及其發(fā)展應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義，具有很大的實用價值。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù)，使電子鐘具有走時準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點它還用于計

5、時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域。雖然現(xiàn)在市場上已有現(xiàn)成的電子鐘集成電路芯片出售，價格便宜，使用靈活，如可以隨意設(shè)置時、分、秒的輸出，改變顯示數(shù)字的大小等，并且由于集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是MOS集成電路技術(shù)的發(fā)展，使電子鐘具有體積小、攜帶方便，但是這里介紹的實用電子鐘可以滿足使用者的一些特殊要求，輸出方式靈活、功耗低、x時準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、維護方便等優(yōu)點。多功能數(shù)字萬年歷是一個時間控制系統(tǒng)，既能作為一般的時間顯示器，同時可以根據(jù)需要擴展其功能 1.1 方案選擇與DIY電子萬年歷的研究情況1.1.1時鐘芯片選擇選擇串行接口時鐘芯片DS1302芯片主特性:（1）實時時鐘具有能計算2100

6、 年之前的秒分時日日期星期月年的能力，還有閏年調(diào)整的能力（2）31 8 位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM（3）串行 I/O 口方式使得管腳數(shù)量最少（4）寬范圍工作電壓2.0 5.5V（5）工作電流 2.0V 時小于300nA（6）讀/寫時鐘或RAM 數(shù)據(jù)時有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式（7）8 腳DIP 封裝或可選的8 腳SOIC 封裝根據(jù)表面裝配（8）簡單 3 線接口（9）與 TTL 兼容Vcc=5V（10）可選工業(yè)級溫度范圍-40 +85優(yōu)點:串行接口的日歷時鐘芯片,使用簡單,接口容易,與微型計算機連線較少等特點,在單片機系統(tǒng)尤其是手持式信息設(shè)備中己得到了廣泛的應(yīng)用。 圖1 DS130

7、2管腳圖1.1.2鍵盤選擇選擇獨立式鍵盤獨立式鍵盤電路圖如圖2所示。 圖2 獨立式鍵盤獨立式鍵盤是指各個按鍵相互獨立地連接到各自的單片機的I/O 口，I/O口只需要做輸入口就能讀到所有的按鍵。特點: 電路簡單，程序容易寫,適用于按鍵數(shù)較少的情況。1.1.3顯示模塊選擇選擇LCD12864作為一種輸出方式液晶顯示最大的特點就是能夠?qū)崿F(xiàn)友好的人機界面。它己經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制和智能化儀器儀表等領(lǐng)域，它己經(jīng)成為單片機就用開發(fā)領(lǐng)域典型模塊之一。能夠方便的顯示文字和數(shù)字。1.2 DIY萬年歷的研究情況目前電子愛好者所設(shè)計的萬年歷大部分都采用LCD1602或數(shù)碼管顯示只能顯示陽歷不能帶顯示陰歷，而且沒

8、有陰歷相對應(yīng)的的天干地支和生肖年，沒有達到多功能的效果。我們采用LCD12864顯示通過算法實現(xiàn)能正確顯示陰歷，具有友好的界面。為了追求時間的準(zhǔn)確，我們采用芯片DS1302通過單片機控制，讀出時間顯示在LCD上。我們除了用芯片DS18B20，通過程序控制把溫度也顯示出來外還通過算法控制把陰歷相對應(yīng)的天干地支和生肖年也顯示出來，達到多功能效果。2 主要硬件描述2.1 89C51模塊Mcs-51單片機管腳圖如圖所示。 圖3 單片機管腳圖 （1）一個8位的微處理器(CPU)（2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM(128B/256B)（3）片內(nèi)程序存儲器ROM/EPROM(4kB/8kB)（4）4個8位并行I/O

9、拉口P0-P3每個口既可以作輸入,也可以作輸出（5）2個16位定時器/計數(shù)器（6）5個中斷源的中斷控制系統(tǒng)（7）1個全雙工的串行I/O接口（8）片內(nèi)時鐘振蕩器2.2 顯示模塊LCM128642.2.1液晶模塊概述我們采用FG12864J顯示模塊。它是一種圖形點陣液晶顯示器。它主要采用動態(tài)驅(qū)動原理由行驅(qū)動控制器和列驅(qū)動器兩部分組成了128(列)×64(行)的全點陣液晶顯示。2.2.2液晶模塊特點（1）工作電壓為+5V±10% ,可自帶驅(qū)動 LCD 所需的負(fù)電壓（2）全屏幕點陣,點陣數(shù)為128(列)×64(行),可顯示8(/行)×4(行)個(16×

10、16 點陣)漢字，也可完成圖形，字符的顯示（3）與 CPU 接口采用5 條位控制總線和8 位并行數(shù)據(jù)總線輸入輸出，適配M6800 系列時序（4）內(nèi)部有顯示數(shù)據(jù)鎖存器（5）簡單的操作指令 顯示開關(guān)設(shè)置，顯示起始行設(shè)置，地址指針設(shè)置和數(shù)據(jù)讀/寫等指令 圖4 FG12864J顯示模塊2.3 芯片DS1302簡介DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài)RAM 通過簡單的串行接口與單片機進行通信實時時鐘/日歷電路提供秒分時日日期月年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整時鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24 或12 小時格式。DS1302 與單

11、片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線1 RES 復(fù)位2 I/O 數(shù)據(jù)線3 SCLK串行時鐘時鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31 個字節(jié)的字符組方式通信DS1302 工作時功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW。 DS1302的管腳描述如表1所示。表1 DS1302管腳X1 X232.758KHz晶振管腳GND地RST復(fù)位I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳SCLK串行時鐘Vcc1 Vcc2電源供電管腳 2.4 芯片DS18B20簡介DS18B20溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強。對電子愛好者來說,DS18B20是我們開發(fā)溫

12、度相關(guān)的首選小產(chǎn)品。 DS18B20引腳功能如表2所示。表2 DS18B20引腳功能GND地DQ單數(shù)據(jù)總線VDD電源電壓NC 空引腳 3 硬件設(shè)計與實現(xiàn)該萬年歷以C51作為控制核心，外接DS18B20溫度傳感器，DS1302時鐘芯片，顯示采用LCM12864，調(diào)表采用矩陣式鍵盤，整體硬件電路的框圖如圖5所示。 圖5 硬件電路框圖3.1 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計89C51單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51單片機共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入。單片機的最小系統(tǒng)如圖6所示,18引腳和19引腳接時鐘電路

13、,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出。第9引腳為復(fù)位輸入端,接上電容,電阻及開關(guān)后夠上電復(fù)位電路,20引腳為接地端,40引腳為電源端。 圖6 單片機最小系統(tǒng) 3.2 時鐘電路的設(shè)計本系統(tǒng)采用有DS1302串行時鐘芯片作為主時鐘電路，該電路使用單獨的32.768M的晶振和單獨的電源供電，減小主控的負(fù)擔(dān)。電路圖如圖7所示。圖7 時鐘電路3.3 溫度采集模塊的設(shè)計采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，它是數(shù)字式溫度傳感器，具有測量精度高，電路連接簡單特點，此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸

14、，使用0.7與DS18B20的I/O口連接加一個上拉電阻,Vcc接電源,Vss接地。電路圖如圖8所示。 圖8 溫度采集電路3.4 人機交互模塊設(shè)計該系統(tǒng)輸入模塊采用獨立式式鍵盤輸入，顯示模塊采用LCM12864，很好的實現(xiàn)了人機交互，液晶與主控制器的接口如圖9所示。 圖9 液晶接口電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)4.1 主要算法流程圖描述以80C51為核心,處理外轉(zhuǎn)電路傳進來的信號,實現(xiàn)時鐘數(shù)據(jù)的讀取、保存、顯示其及鍵盤操作。流程圖如圖10所示。 圖10 主程序流程圖陽歷和時分秒都是通過DS1302讀出來的，經(jīng)過主控的轉(zhuǎn)換和處理最終顯示在LCM12864上，該程序流程圖如圖11所示。 圖11 計算陽

15、歷和時分秒流程圖陰歷是通過一種算法轉(zhuǎn)換過來，首先得到陽歷值，然后根據(jù)這種算法把陽歷轉(zhuǎn)換成陰歷，最終顯示在LCM12864模塊上，該程序流程圖如圖12所示。 圖12 計算陰歷程序流程圖時間調(diào)整是通過四個獨立按鍵來調(diào)整時間值，時間調(diào)整流程圖如圖13所示。 圖13 時間調(diào)整程序流程圖星期的計算方法如下：星期=(日期年份+所過閏年數(shù)+月校正數(shù))%7，如果是在閏年又不到3月份上述之和要減一天再除7，其1到12月的校正數(shù)據(jù)為 6 2 2 5 0 3 5 1 4 6 2 4，該程序中采用1個字節(jié)表示年份閏年數(shù)也只計算1900 年以后的閏年數(shù)。該程序的流程圖如圖14所示。圖14 流程圖4.2各子程序設(shè)計1 鍵

16、盤掃描子程序鍵盤掃描流程圖如圖15 圖15鍵盤掃描流程圖鍵盤掃描子程序如下：L2: MOV R3,#0F7H MOV R1,#00HL3: MOV A,R3 MOV P1,A MOV A,P1 MOV R4,A SETB C MOV R5,#04HL4: RLC A JNC KEYIN INC R1 DJNZ R5,L4 CALL DISP MOV A,R3 SETB C RRC A MOV R3,A JC L3 JMP L22 LED顯示子程序 LED顯示流程圖如圖16圖16 LED顯示流程圖LED顯示子程序如下：DISP:MOV R0,#45HDISP1: MOV A,R0 ADD A,#

17、50H MOV P0,A CALL DELAY DEC R0 MOV A,R0 ADD A,#40H MOV P0,A CALL DELAY DEC R0 MOV A,R0 ADD A,#30H MOV P0,A CALL DELAY DEC R0 MOV A,R0 ADD A,#20H MOV P0,A CALL DELAY DEC R0 MOV A,R0 ADD A,#10H MOV P0,A CALL DELAY DEC R0 MOV A,R0 ADD A,#00H MOV P0,A CALL DELAY RET3 密碼比較和報警程序密碼比較和報警流程圖如17圖17密碼較和報警流程密碼比

18、較和報警程序：COMP: MOV R1,#45H MOV R0,#35H MOV R2,#06HC1: MOV A,R1 XRL A,R0 JNZ C3 DEC R1 DEC R0 DJNZ R2,C1 CLR P2.0 MOV R2,#200C2: MOV R6,#248 DJNZ R6,$ DJNZ R2,C2C3: INC R5 MOV A,R5 MOV R5,A CJNE R5 ,#03H,C4 CLR P2.1 MOV R5,#00H C4: JMP START心得體會課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機已經(jīng)成為當(dāng)今計算機應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握單片機的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只