电子日历的设计.docx

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电子日历的设计

毕业设计

电子日历的设计

学生姓名

学号

学院

专业

班级

指导教师

刘利枚

职称

副教授

湖南商学院

2009年6月

湖南商学院本科毕业设计诚信声明

本人郑重声明：

所呈交的本科毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

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结果由本人承担。

本科毕业设计（论文）作者签名：

年月日

内容摘要

本文通过论证当前电子时钟发展的现状和不足，介绍了一款适合于学校使用的多功能电子时钟。

本设计应用AT89C52芯片作为核心，使用DS1302实时时钟日历芯片，完成时钟/日历的基本功能，同时利用DS18B20温度传感器测量环境温度。

由于主要针对学校这一特定场合设计，附加了闹钟、温度报警功能，可以显示校历周数，并利用点阵数码管可以显示“评估”、“校庆”等字样，这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，时间和温度精度高，操作简单，编程容易。

该电子时钟可以应用于一般的生活和工作中，也可通过改装，提高性能，增加新功能，从而给人们的生活和工作带来更多的方便。

关键词

电子日历；单片机；点阵汉字；温度采集；Proteus；Keil；

ABSTRACT

Thisarticlediscussedthecurrentelectroniccalendaraboutthesituationandinsufficiency,andintroducedanmultifunctionalelectroniccalendarwhichissuitableinschool.ItusedAT89C52asthecorecomponent,theDS1302astheclockunitandtheDS18B02asthetemperaturesensor.Withtheapplicationinschool,ithasthefunctionofclockalarmandtemperaturealarm.Bytheway,itcandisplayChinesecharactersuchas“assessment”、“anniversary”bytheDot-matrixled，theadvantageofthissystemissimple,reliableperformance,timelinesswell,highprecisionandeasyprogramming.

Thiselectroniccalendarcanbeuseinyourlifeandworkplace,orraisethecapabilitythroughrefitting.

KEYWORDS

Electroniccalendar;Dot-matrixled;Temperaturesystem;Proteus;Keil

电子日历的设计

1绪论

随着电子技术的发展和社会的需求,电子日历在家庭居室、学校、车站和广场使用越来越广泛，给人们的生活、学习、工作带来极大的方便。

而目前一般的电子日历只能显示时间信息，功能单一。

本设计针对学校特点，适于学校使用的电子日历，该电子日历采用几种新型芯片，利用单片机技术，做到了功能多、显示全、成本低，非常适于学校各部门的使用，是传统钟表的升级换代产品。

1.1多功能电子日历研究的背景和意义

20世纪末，随着电子学科研究的深入和电子工艺水平的提高，电子技术获得了飞速的发展，现代电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力的推动和提高了社会生产力的发展与信息化程度，也进一步提高和改善了人们的生活水平，产品更新换代的节奏也越来越快。

电子日历是采用电子电路实现对日期和时间进行数字显示的计时装置，广泛应用于个人家庭，学校，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，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

1.2多功能电子日历研究的现状和不足

电子日历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。

当今市场上的电子日历品类繁多，外形小巧别致。

也有体型较大的，诸如公共场所的大型电子报时器等。

电子时钟首先是数字化了的时间显示或报时器，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。

然而在电子时钟应用较为广泛的学校，却很少拥有可以同时显示时间、温度、重大节庆日等适合学校使用的电子日历。

1.3本文设计任务及目的

针对学校特点，设计一款适于学校使用的电子日历，本设计电子时钟主要功能为：

1.具有时间显示和手动校对功能，24小时制；

2.具有年、月、日和校历周数的显示；

3.具有闹钟功能；

4.具有环境温度显示及温度报警功能；

5.点阵数码管显示汉字，如：

“评估”、“校庆”。

1.4本文主要内容

针对该设计题目的特点，对论文的内容和结构我主要做了如下安排：

第一章介绍了电子日历研究时代背景和意义，针对现状与不足提出本设计的任务和目的。

第二章介绍了当前实现电子日历常用的用的手段和方法，分别分析了系统总体及各个模块方案的优劣，参照目前通用的设计思想和设计方法，对各个功能模块分别进行分析对比，最终确定适合该应用系统的实际设计方案。

第三章，以设计任务和目的为主旨，选定合适芯片完成各部分功能，设计合理的电路。

论文中列出了各个主要器件详细的性能参数和在系统中的连接与使用方法。

第四章，根据硬件特点和设计要求，选用单片机C语言编写。

程序按功能分为日历主程序、键盘扫描、时钟、温度采集、led灯报警、点阵汉字等几个独立模块，按照所划分的模块逐个编写和调试，最后将独立的模块整合起来，由系统主程序来执行调用。

第五章，介绍了软件调试所用软件和仿真图，整体调试主要是利用Proteus和Keil软件平台进行联合调试仿真，以模拟实现系统所设计的功能。

在Proteus仿真软件平台中绘制仿真原理图，然后加载相应的功能模块子程序编译成功后的可执行文件，然后运行仿真，实现系统设计的动态显示效果和功能。

2系统方案论证与选择

根据题目设计任务，要求实现日期和时间的显示和闹钟报警等指示信息的显示，通过按键可实现校对时间、设置闹钟时间、温度上限值设定和实时温度显示显示。

当闹钟时间到或者温度到达上限值时，单片机通过晶体管来实现报警。

2.1总体方案论证与选择

方案一:

纯硬件电路系统。

方案二:

用可编程逻辑器件（PLD）实现。

方案三:

用单片机作为系统的控制核心。

经过以上的比较论证，选用方案三来完成项目设计的要求。

2.2模块方案论证与选择

2.2.1时钟模块

方案一：

基本门电路搭建

方案二：

由单片机实现时钟功能

方案三：

专用时钟芯片

因此计时功能以选专用时钟芯片为宜，时钟模块采用方案三来实现。

2.2.2温度模块

方案一：

方案二：

基于DS18B20的以上优点，决定选取DS18B20来测量温度。

2.2.3显示模块

方案一：

使用多个数码管显示。

方案二：

采用液晶显示。

在此设计中选择方案二。

2.3系统总体设计

电子闹钟至少要包括秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电源、闹铃指示电路等几部分。

另外，本设计要求该电子钟能够采集环境温度，所以还需要温度采集芯片。

系统总体设计框图参照图2.1。

该系统使用AT89C52单片机作为核心，通过读取时钟日历芯片DS1302和温度传感器DS18B20的数据，完成此电子时钟的主要功能——时钟/日历和环境温度采集。

使用液晶显示器分别显示年-月，时-分，校历周数以及环境温度值。

图2.1多功能电子时钟总体设计框图

键盘是为了完成时钟/日历的校对和日历/温度的校对和设置功能，led灯代表闹钟电路，通过led闪烁表示闹钟时间到或者温度超标。

为了能正常显示点阵汉字，采用从单片机编程，结合74HC154芯片和74HC595芯片完成。

2.4本章小结

本章进行方案论证，经比较选择较为简便、实用的方案。

该方案利用单片机AT89S52单片机作为本系统的中控模块。

单片机可把由DS18B20、DS1302读来的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历的显示。

液晶显示屏显示器为主要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来。

在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。

3系统硬件设计

AT89C52单片机是本系统的核心模块。

DS18B20、DS1302分别负责温度模块、日历模块，通过软件编程，用LM016L液晶显示器显示时钟、日历、温度、校历周数等数据，由点阵数码管显示两个任意的汉字。

系统总体硬件电路图见附录1

3.1单片机最小系统

最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。

3.1.1AT89C52单片机介绍

AT89C52芯片封装引脚见图3.1

图3.1AT89C52芯片封装引脚图

3.1.2最小系统设计

单片机的最小系统是由电源、复位电路、晶振电路组成，图3.2为最小系统。

图3.2单片机最小系统

下面介绍一下每一个组成部分

1.电源引脚

Vcc　40　电源端

GND　20　接地端

工作电压为5V。

2.晶振电路

晶振电路可分为内部方式和外部方式，见图3.3

图3.3晶振连接的内部、外部方式图

3.复位电路

图3.4单片机的复位电路图

4.输入输出引脚

其中，P1.0和P1.1还具有第二功能，参见表3.1

表3.1P1.0和P1.1的第二功能

引脚号

功能特性

P1.0

T2，时钟输出

P1.1

T2EX（定时/计数器2）

具体请看表3.2。

表3.2　P3端口引脚兼用功能表

P3引脚

兼用功能

P3.0

串行通讯输入（RXD）

P3.1

串行通讯输出（TXD）

P3.2

外部中断0（INT0）

P3.3

外部中断1（INT1）

P3.4

定时器0输入（T0）

P3.5

定时器1输入（T1）

P3.6

外部数据存储器写选通WR

P3.7

外部数据存储器写选通RD

3.2时钟模块

系统时钟应用了实时时钟日历芯片DS1302，该硬件电路设计简单，抗干扰能力强。

3.2.1DS1302芯片介绍

DS1302时钟芯片是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，

。

DS1302芯片引脚如图3.5

图3.5DS1302芯片引脚图

其引脚功能参照表3.3

表3.3DS1302引脚功能说明

引脚号

名称

功能

1

VCC1

备份电源输入

2

X1

32.768KHz晶振输入

3

X2

32.768KHz晶振输出

4

GND

地

5

RST

控制移位寄存器/复位

6

I/O

数据输入/输出

7

SCLK

串行时钟

8

VCC2

主电源输入

3.2.2时钟电路设计

如图3.6，AT89C52单片机P1.7直接接DS1302的RST端，上电后，AT89C51的P1.7脚自动输出高电平。

P1.5作为串行时钟接口，P1.6作为时钟数据的I/O。

DS1302采用双电源供电，平时由+5V电源供电，当+5V掉电之后，由图中BT1（+3V备用电池）供电。

特别需要注意X1和X2两端连接的晶振Y1，该晶振频率为32.768KHz。

图3.6系统时钟电路

3.3温度采集模块

本设计中使用DS18B20温度传感器进行环境温度采集和转化。

3.3.1DS18B20芯片介绍

D

DS18B20芯片引脚见图3.7。

图3.7DS18B20引脚分布图

管脚功能描述参见表3.4

表3.4DS18B20详细引脚功能描述

序号

名称

引脚功能描述

1

GND

地信号

2

DQ

数据输入/输出引脚；开漏单总线接口引脚；当被用在寄生电源下，也可以向器件提供电源。

3

VDD

可选择的VDD引脚；当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

3.3.2温度采集电路设计

如图3.8所示，

图3.8系统环境温度采集电路

3.4按键模块

根据功能需要，本时钟需要设置以下功能键：

进入/退出模式键，功能选择键，时加/温度加一键，分加/温度减一键，键盘电路如图3.9。

图3.9键盘电路

3.5报警模块

报警电路如图3.10所示，

图3.10报警电路

3.6汉字显示模块

如图3.11，

图3.11点阵数码管引脚图

点阵汉字电路如图3.12

图3.12点阵汉字电路图

3.7本章小结

本章从硬件角度出发介绍了单片机最小系统、时钟电路、温度采集电路、按键电路、报警电路等模块的设计，首先描述了完成各功能所用芯片，并以此为核心设计扩展电路。

4系统软件设计

4.1主程序设计

第一次上电，系统先进行初始化，LED显示初始时间“15：

30”，并开始走时。

初始日期为2010年5月1日，此刻若按K1键，LED选择进出时间调整模式。

按K1进入时间调整模式后，再依次按K2键，将依次进入闹钟时间设定、温度上限值设定、时间设定功能，并依次进行循环。

单片机依次开始调用键盘扫描子程序、时钟子程序、闹铃子程序、温度采集子程序，经过延时，返回程序开头循环运行。

主程序流程图如图4.1。

图4.1系统主程序流程图

4.2时钟程序设计

其流程图如图4.2。

图4.2DS1302子程序流程图

初始化时钟芯片，依次显示分、时、日、月、星期、年和校历周数，用16进制的BCD码表示。

初始化的时间为2010年5月1日15时30分星期5、校历第1周。

4.3温度测量程序设计

温度采集子程序流程见图4.3

图4.3温度采集子程序流程图

4.4显示子程序设计

。

显示子程序流程图如图4.4。

图4.4显示子程序流程图

LCD初始化。

主要包括对控制器的显示频率、显示行数及显示缓冲区地址的设置。

LCD清屏。

由于系统上电时，显示缓冲区的数据是不固定的，显示出乱码；因此在液晶显示操作之前应将缓冲区清零。

数据显示。

液晶初始化结束后，系统将采集来的信号通过处理后用文字、图形等显示到LCD上。

4.5键盘扫描程序设计

。

程序流程如图4.5。

图4.5键盘扫描程序流程图

程序首先进行键盘位定义，并设置了flag、select、alarm三个字符变量。

当key1为低电平时，进入/退出模式被激活。

当key2为低电平时，进入功能选择功能选择模式。

当key3为低电平时，可进行小时加一，温度上限值加一，select=1，flag=1时进入闹钟模式下的小时加一调整，select=1，flag=1时进入温度模式下的温度上限值加一调整。

当key4为低电平时，可进行分加一，温度上限值减一，select=1，flag=1时进入闹钟模式下的分加一调整，select=1，flag=1时进入温度模式下的温度上限值减一调整。

4.6本章小结

本章从软件角度出发介绍了本设计几个重点的软件设计思路，通过对应的流程图，较为详细的描绘了主程序、时钟程序和温度测量程序。

5系统调试

调试工作分硬件调试和软件调试两部分，调试方法介绍如下：

首先，

然后，

。

还有一种方式，即应用仿真软件搭建电路的软件平台，再导入程序进行仿真调试。

如果电路出错，可以在计算机上方便的修改电路，程序出错可以重新编辑程序，这种方法节时、省力，经济、方便。

本设计应用的仿真软件为Proteus。

总之，调试过程是一个软硬件相结合调试的过程，硬件电路是基础，软件是检测硬件电路和实现其功能的关键。

5.1Proteus简介

Proteus（海神）的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。

Proteus全部满足设计提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。

具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS-232动态仿真、C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

P

5.2采用Proteus6_9_SP5实现单片机及外围器件的仿真

图5.1Proteus6.9界面

5.3Keil软件简介

KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。

用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。

另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

5.4使用KeiluVision3编写本日历程序（C语言）

图5.2KeiluVision3界面

5.5本章小结

本章以围绕硬件和软件调试为中心，主要介绍了Proteus、KeiluVision3两种软件，Proteus是当前针对硬件仿真应用较为广泛的一类软件，其功能齐全，使用方便；keiluVision3可以对软件进行编辑和翻译，通过生成hex文件与硬件结合，从而实现硬件和软件的仿真。

仿真效果图详见附录2

结束语

过去人们应用时钟仅仅是为了明确当前时间。

随着生产力的发展，社会的进步，生产生活对时钟的需求越来越大，对时钟的体型、功能的要求也各有不同。

所以多功能电子时钟在今后的应用也会越来越广泛。

本设计以AT89S52单片机作为本系统的核心模块，综合利用了DS18B20、DS1302等芯片，通过液晶显示器实现温度、日历的显示。

液晶显示屏为主要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来。

由于针对学校，本设计在以电子时钟的基础上，添加了闹钟、温度报警、校历周数，可以利用键盘设定时间和温度上限值，并且其附加的点阵数码管，通过修改汉字程序可以同时显示任意两个汉字，

同时，本设计还存在以下不足：

1.在编写该日历程序过程中，出现了内存不够的情况，以后需引起注意。

2.程序的部分功能操作麻烦，如调时或闹钟设置时对时、分的操作只能加。

3.程序的稳定性有待于提高。

4.过多的变量、标志位的定义降低了程序的可读性。

5.缺少掉电显示功能，停电后不能正常走时。

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[21].中国电子网.忽略:

//

[22].51单片机学习网忽略:

//

[23].电子元器件查询忽略:

//

致谢

经过三个月时间的设计，从原先对项目的一无所知到现在对基本框架和某些细节达到比较清楚的程度，其间不少人在不同方面给了我许多无私的帮助，在此真诚地向他们说声谢谢。

感谢我的指导老师刘利枚副教授。

感谢刘老师认真倾听我的问题，感谢他对我意见的尊重，更感谢老师的耐心指导以及真诚的鼓励。

感谢楚烺、黄强、彭欢等同学给予我的帮助，在我遇到一些不懂得地方，是他们细心给