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电子万年历毕业设计论文

电子万年历

毕业设计论文

摘要

单片微型计算机简称单片机，它是把微型计算机的各个功能部件：

中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口、定时器/计数器以及串行通信接口等待集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机，故又把它称为单片微型计算机。

当今信息科技高速发展，随着集成电路制造工艺的进步，集成度越来越高，出现了大规模和超大规模集成电路，使用方便、低成本、通过软硬件结合而达到一定功能的智能电子设备已逐步成为我们日常生活中电子产品的主力军。

本设计是以AT89C52单片机为主控制芯片，同时配合外围时钟电路、温度采集电路、键盘电路、显示电路和相关软件程序，从而实现年、月、日、时、分、秒、星期、开学周数、温度以及重要节假日的的显示。

该方案既涉及到硬件的设计，同时也涉及到程序的编写，能够使设计者在程序设计和硬件设计方面得到很大的锻炼和提高。

关键词：

单片机；数码管；程序设计；硬件设计

Abstract

Singlechipmicrocomputerhereinafterreferredtoasmicrocontroller,itisthefunctionofthemicrocomputercomponents:

centralprocessingunitCPU,RAM,randomaccessmemory,read-onlymemoryROM,I/Ointerfaces,timer/counterandtheserialcommunicationinterfaceforintegrationonachip,constituteacompletemicrocomputer,soitisalsoknownassinglechipmicrocomputer.

Intoday'sinformationtechnologyhighspeeddevelopment,alongwiththeprogressoftheintegratedcircuitmanufacturingtechnology,theintegrationismoreandmorehigh,alargeandverylargescaleintegratedcircuit,convenientuse,lowcost,combiningsoftwareandhardwareandreachesacertainfunctionofintelligentelectronicdeviceshavegraduallybecomethemainforceofelectronicproductsinourdailylife.

OfthisdesignisbasedonAT89C52singlechipmicrocomputercontrolchip,atthesametime,cooperatewiththeperipheralclockcircuit,temperaturecollectioncircuit,keyboardcircuit,displaycircuitandrelevantsoftwareprogram,soastorealizeyear,month,day,hours,minutes,seconds,weeksandweeksofschool,temperature,andmajorholidaysofthedisplay.Theplaninvolvesthedesignofthehardwarealready,alsoinvolvesthewritingoftheprogramatthesametime,canmakedesignersintheprogramdesignandgotalotofexerciseandimprovethehardwaredesign.

Keywords:

singlechipmicrocomputer;digitaltube;hardwaredesign;programdesign

1绪论

1.1电子校历的发展史

人类在自然界斗争的过程中，不断总结和丰富着自己的知识。

电子科学技术就是在生产斗争和科学实验中发展起来的。

1883年美国发明家爱迪生发现了热电子效应，随后在1904年弗莱明利用这个效应制成了电子二极管，并证实了电子管具有“阀门”作用，他首先被用于无线电检波。

1906年美国的德弗雷斯在弗莱明的二极管中放进了第三个电极——栅极而发明了电子三极管，从而建树了早期电子技术上最重要的里程碑。

半个多世纪以来，电子管在电子技术中立下了很大功劳；但是电子管毕竟成本高，制造繁，体积大，耗电多，从1948年美国贝尔实验室的几位研究人员发明晶体管以来，在大多数领域中已逐渐用晶体管来取代电子管。

但是，我们不能否定电子管的独特优点，在有些装置中，不论从稳定性，经济性或功率上考虑，还需要采用电子管。

集成电路的第一个样品是在1958年见诸于世的。

集成电路的出现和应用，标志着电子技术发展到了一个新的阶段。

它实现了材料、元件、电路三者之间的统一；同传统的电子元件的设计与生产方式、电路的结构形式有着本质的不同。

随着集成电路制造工艺的进步，集成度越来越高，出现了大规模和超大规模集成电路（例如可在一块6mm平方的硅片上制成一个完整的计算机），进一步显示出集成电路的优越性。

正是因为电子技术的飞速发展，才有了现在各种各样电子产品的出现。

介绍电子校历之前，先简要介绍一下电子钟。

电子钟有着很长的历史，从民国19年的电钟，研制始於60年代中期的国内电晶体、半导体管钟，到研制始於70年代末的石英电子钟，再到今天我们所用的智能电子钟。

以前的电子钟存在着很多缺点，其外观体积庞大，在功能上有死摆、走时时间不长、走时精确度不高等缺点。

如今无论是外观，还是在功能上，电子钟都有了很大的改进。

虽然电子钟有很长的发展历史，但是适用于学校的电子钟确是近几年才发展起来的。

在21世纪以前，电子校历在各大高校没有出现过，它是近几年随着电子钟的发展才发展起来的。

虽然起步晚，但是原理上与电子钟没有太大的差异，只是增加了一些辅助功能，再加上如今如此发达的软硬件技术，所以在功能上已经接近完善。

针对于不同的学校，校历在软件和硬件的设计上会有略微的差异。

1.2设计的目的与意义

人类的生活包括：

工作、学习、休息以及参与社会的多种实践活动，环环有条有理，更加丰富多彩。

今天做什么，明天做什么，心中要有数，要制定学习计划，绝不能信马由缰。

在偌大的自考队伍中，有的是部门领导、公司经理，他们的工作要比一般人员忙得多，却能在每次考试中取得较理想的成绩，有的甚至学了专科又学本科，且做到自学与工作两不误，很有时间安排的计划性。

但有的考生往往在报名时热情很高，在临考前却说连书都没有看完，失去了考试的信心。

究其原因，关键是他们没有有计划地利用时间。

时钟的计时功能与人类的各种行为和活动有着密切的联系，于是时钟的作用便体现出来，学校中有许多人，因为只顾忙于眼前的事情而忘记时间，从而耽误了重要的安排或者计划，造成不可挽回的损失，使之后悔莫及。

我们要养成良好的时间观念，就需要电子钟时刻提醒我们。

现在投入生产的大多是智能时钟，它的功能很全面，但价格有点昂贵，而且不太适合学校使用。

电子学校日历可以应学校的要求，使它实现的功能更加全面，例如校庆、节假日放假通知等。

而且价格便宜，无论是小学、中学还是大学都很实用。

1.3设计的基本思路与主要内容

设计一个电子产品，首先了解它能实现的功能，电子校历系统最基本的功能就是实现计时，通过单片机控制DS1302芯片实现。

此外还有温度的测量，通过单片机控制18B20温度传感器实现。

还有就是开学周数的计算。

最后在数码管上将年、月、日、时、分、秒、星期、周数、温度一一显示出来。

此外还设有四个按键，复位按键和调节按键。

可以通过按键实现年、月、日、时、分、星期、周数的调节。

每到重要节假日时，如“五一”或者“十一”，在8*8LED点阵上进行显示提醒。

硬件设计很简单，主要包括：

单片机、按键电路、温度传感器电路、时钟电路、驱动显示电路，以及LED显示器四个部分。

单片机选用AT89C52芯片，它无须外扩程序存储器，设计电路很简单。

由于本次设计用到的端口数量太多，所以采用了两个单片机。

利用单片机之间的串口通信，从而实现单片机之间的数据传输。

按键电路方面，由于只用了四个按键，所以采用独立式按键使设计更简单。

温度传感器采用常用的18B20温度传感器。

时钟芯片采用DS1302芯片。

由于要显示的数字比较多，所以显示电路采用三个八位的数码管。

考虑到I/O口的数量，所以采用CD4543来驱动数码管。

电子校历可实现校时和整点报时功能，该软件采用C语言来实现，主要包括主程序、键输入程序、显示程序、定时程序和中断程序等软件模块。

把原程序加入原理图，做出电子校历的仿真，以秒计数并显示年、月、日、星期、时、分、秒、周数。

其中秒和分为60进制，小时为24进制计数。

可通过按键实现时钟复位和年、月、日、时、分、周数、星期的校正。

2简易电子校历系统的整体设计

2.1系统功能要求

以单片机技术为核心，充分应用各种外围电路元器件，设计一个通过显示器显示时间、温度、开学周数和节假日的电子校历。

要求：

（1）上电时，年、月、日显示为13年、05月、01日，时、分、秒显示为12时、00分、00秒，星期三，并以秒为单位开始计时；

（2）上电后，通过程序控制温度传感器，显示外界温度；

（3）每到“五一”或“十一”的时候，通过点阵显示提醒；

（4）运行状态下，按动控制按扭SET_1，选择需要调节的数字；

（5）运行状态下，按动控制按扭SET_REG，复位；

（6）运行状态下，按动控制按扭SET_UP，进行加一调整；

（7）运行状态下，按动控制按扭SET_DOWN，进行减一调整。

2.2整体方案

电子校历的电路图主要由单片机（AT89C52）、键盘电路、驱动显示电路、LED显示器、时钟电路和温度传感器六部分组成，它主要实现年、月、日、时、分、秒、温度、星期、周数的显示，以及它们进行调整。

其系统整体结构如图2-1所示。

图2-1电子校历系统整体结构

（1）数码管显示方案

方案一：

静态显示就是当CPU将要显示的字或字段码送到输出口，显示器就可以显示出所要显示的字符，如果CPU不去改写它，它将一直保持下去；静态显示硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢。

方案二：

动态显示则是一位一位地轮流点亮显示器地各个位（扫描）。

对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次；动态显示耗能较小，但编写程序较复杂。

动态显示硬件连接简单，信息刷新速度快。

由于本次设计是对时间、温度等进行显示，如采用静态显示，则所占用的I/O口较多，电路较复杂,所以在此选择的是方案二，采用动态显示。

（2）键盘方案

方案一：

独立式键盘。

独立式键盘的各个按键相互独立，每个按键独立地与一根数据输入线（单片机并行接口或其他芯片的并行接口）连接。

独立式键盘配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根接口线，在按键数量不多时，接口线占用多。

所以，独立式按键常用于按键数量不多的场合。

方案二：

矩阵式键盘。

矩阵式键盘采用的是行列式结构,按键设置在行列的交点上.（当接口线数量为8时,可以将4根接口线定义为行线,另4根接口线定义为列线,形成4*4键盘,可以配置16个按键。

）

由于本设计只用了四个按键，不需要采用矩阵式键盘，所以选用第一种方案,采用独立式键盘。

（3）时钟方案

方案一：

采用软件控制。

利用单片机内部的定时/计数器进行定时，配合软件定时实现时、分、秒的计时。

该方案能够使设计者，在设计的过程中容易实现，且节省硬件成本。

方案二：

采用硬件控制。

利用时钟芯片，通过单片机的程序控制，从而实现时间的控制。

该方案能够实现时间的精准控制。

由于本系统用于学校，对时间的精准度有严格的要求，所以采用方案二。

（4）温度采集方案

温度传感器有四种主要类型：

热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器。

IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。

热电偶应用很广泛，因为它们非常坚固而且不太贵。

热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围，从?

C200℃到2000℃。

它们的特点是：

低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。

另外，热电偶需要外部参考端。

RTD精度极高且具有中等线性度。

它们特别稳定，并有许多种配置。

但它们的最高工作温度只能达到400℃左右。

它们也有很大的TC，且价格昂贵（是热电偶的4～10倍），并且需要一个外部参考源。

模拟输出IC温度传感器具有很高的线性度（如果配合一个模数转换器或ADC可产生数字输出）、低成本、高精度（大约1%）、小尺寸和高分辨率。

它们的不足之处在于温度范围有限（?

C55℃～＋150℃），并且需要一个外部参考源。

数字输出IC温度传感器带有一个内置参考源，它们的响应速度也相当慢（100ms数量级）。

虽然它们固有地会自身发热，但可以采用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从而将自身发热降到最低。

与热敏电阻、RTD和热电偶传感器相比，IC温度传感器具有很高的线性，低系统成本，集成复杂的功能，能够提供一个数字输出，并能够在一个相当有用的范围内进行温度测量。

本设计中采用IC温度传感器18B20实现温度的采集。

3硬件设计与分析

3.1硬件设计原理

时钟电路的核心是AT89C52单片机，其内部带有8KB的可反复擦写的只读Flash程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），无须外扩程序存储器。

电子校历系统没有大量的运算和暂存数据，现有的256B片内RAM已能满足要求，也不必外扩RAM。

系统配备3个8位LED数码管和4个独立式按键，用P3口的P30-P33作为键盘接口电路，P1口和P0口的P00-P03作为段码输出口，P2口的P22-P27作为位码的输出口，并在字段码输出口接CD4543译码芯片，用该芯片来驱动LED数码管显示。

利用P35作为温度传感器（18B20）的接口。

利用P20、P21、P34作为时钟芯片（DS1302）的接口。

通过单片机之间的相互通信，将主单片机采集到的温度、月份、日期发送到从单片机上，通过判断再进行显示。

在从单片机上，P0口、P34-P37口、P24-P27口来控制8*8LED点阵，P1口和P20-P23口来控制4位LED数码管。

3.2各单元电路介绍

3.2.1AT89C52单片机介绍

AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程（S系列的才支持在线编程）。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

AT89C51单片机各个引脚功能：

P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口：

P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑

门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

P2口：

P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑

门电路。

对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能

P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条

MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN：

程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

XTAL1：

振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

3.2.2单片机最小应用系统

时钟电路和复位电路是单片机最小应用系统中必不可少的。

单片机时钟电路图，如图3-1所示：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

图3-1单片机时钟电路图

复位是使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的初始状态。

单片机的工作就是从复位开始的，当在单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。

实际应用中，复位操作有两种基本的形式：

一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。

由于本次设计采用的是上电复位，所以这里只介绍上电复位，如下图3-3所示：

图3-2上电复位电路

上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。

常用的上电复位如上图所示。

上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。

3.2.3显示电路

（1）七段LED显示器的原理

显示器是单片机应用系统常用的设备，包括LED、LCD等。

LED显示器由若干个发光二极管组成。

七段LED通常构成字型“8”，还有一个发光二极管用来显示小数点。

每段LED分别引出一个电极，电极的名为a、b、c、d、e、d、g、dp，其中dp是小数点段的引出电极。

当发光二极管导通时，相应的一个笔画或一个点就发光。

控制相应的二极管导通，就能显示出对应字符。

说明：

在该设计中，没有用到电极（dp），而是用单位的数码管来显示分隔符，其

七段LED显示器如图3-4所示。

图3-3七段LED显示器

（2）动态显示

本设计共用了二十四位LED显示器，因此采用动态显示方式。

所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮显示器的各个位。

对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。

虽然在同一时刻只有一位显示器在工作，但由于人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余晖，我们看到的却是多个字符“同时“显示。

显示器亮度既与点亮时的导通电流有关，也与点亮时间长短和时间间隔有关。

由于要显示的数字比较多，所以采用了3个8位的显示器，显示器的总位数为24位，可以用一个8位I/O接口进行控制，称为扫描口或字位口，控制各位LED显示器所显示的字型需要24位接口，由于I/O口的数量有限，所以采用了CD4543显示驱动芯片，这样可以节省12个I/O口。

图3-4为CD4543芯片引脚图。

图3-4CD4543原理图

表3-1CD4543输入输出真值表

输入

输出

LD

BI

PH

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

显示

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