实时日历时钟显示毕业设计.docx
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实时日历时钟显示毕业设计
湖南工程职业技术学院
HUNANENGINEERINGPOLYTECHNIC
毕业设计(论文)
设计(论文)题目:
实时日历时钟显示
系 部:
信息工程系
专业:
电子信息工程技术专业
学生姓名:
Xxx
班级:
xxx
学号24
指导教师姓名:
易xxxx
职称讲师
最终评定成绩
信息工程系
二○一二年五月制
2012年5月21日
题目:
毕业设计之开题报告
1.研究背景、目的及意义。
在社会迅速发展的今天,单片机的的运用已经渗透到我们生活的每个角落,也似乎很难找到哪个领域没有单片机的足迹。
智能仪表、医疗器械,导弹的导航装置,智能监控、通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,汽车的安全保障系统,动控制领域的机器人,数码像机、电视机、全自动洗衣机的控制,电话机以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。
所以,单片机的学习、开发与应用将对于现代社会的发展,经济的繁荣,和提高满足人类日益增长的物质文化需求有着至关重要的作用。
也成就了一批又一智能化控制的工程师和科学家。
科技越发达,智能化的东西就越多。
学习单片机是社会发展的必然需求,也是我们现代高级技工所必须要掌握的技能。
至今,单片机的性能已比较完善,且专业化的特点很强,为各种应用提供了很大的方便。
由于体积小,价格低,功耗低、控制功能强且控制逻辑可由软件来实现,因此可以很方便地完成由一般数字电路很难实现的控制逻辑。
随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快,对时间的要求越来越高,精准数字计时的消费需求也是越来越多。
二十一世纪的今天,最具代表性的计时产品就是实时日历时钟,它是近代世界钟表界的第三次革命。
第一次是摆和摆轮游丝的发明,相对稳定的机械振荡频率使钟表的走时差从分级缩小到秒级,代表性的产品就是带有摆和摆轮游丝的机械表或钟。
第二次革命是石英晶体振荡器的应用,发明了走时精度更高的石英电子钟表,使钟表的走时月差从分级缩小到了秒级。
第三次革命就是单片机数码计时技术的应用(实时日历时钟)。
实时日历时钟显示系统的设计是采用单片机控制实现对时、秒数字显示的计时装置,分、广泛应用于个人家庭、车站、办公室等公共场所,成为人们日常生活中的必需品。
实时日历时钟显示系统的设计给人们的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。
因此,计时产品的走时日差从分级缩小到了百万分之一秒,从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示式,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的显示功能,他更符合消费者的生活需求,因此,实时日历时钟的出现带来了钟表计时业跨越性的进步。
2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。
在当代繁忙的工作与生活中,时间与我们每一个人都有非常亲密的关系,每个人都受到时间的影响,为了更好的利用我们自己的时间,我们必须对时间有一个度量,因此产生了钟表。
随着社会、科技的发展,人类不断研究、创新。
为了在观测时间的同时能够了解其他与人类密切相关的信息,比如星期、日期等,实时日历时钟诞生了。
随着生活水平的提高,人们越来越追求人性化的事物,传统的时钟已不能满足人们的需求。
单片机技术,增加了调时的功能。
其电路可以由实时时钟模块、人机接口模块,、时钟模块数码管显示模块等部分组成。
利用软件编程尽量做到硬件电路简单稳定,减小电磁干扰和其他环境干扰,充分发挥软件编程的优点。
减小因元器件精度不够引起的误差,但是数字钟还是可以改进和提高如选用更精密的元器件,但与机械式时钟相比已经具有更高的准确性和直观性,且无机械装置具有更长的使用寿命,因此广泛应用于个人家庭、车站、办公室等公共场所,成为人们日常生活中的必需品。
单片机由于体积小、价格低、功耗低、控制功能强且控制逻辑可由软件来实现,可以很方便地完成由一般数字电路很难实现的控制逻辑。
因此,本课题研究的主要目的就是设计一个基于单片机的日历时钟系统,完成对日历时钟的显示,以及在正常工作情况下随时可进行调时、调分、调秒和日期的设置,所设计的实时日历时钟系统将具有以下功能:
可以对每月天数进行调整,时钟运行的是24小时制,显示满刻度为23时59分59秒。
其中调时功能通过按键实现。
课题需要完成单片机与时钟芯片之间的通信,以及单片机对调时键盘的扫描,以及控制显示电路进行时间显示功能。
本设计采用AT89S52芯片作为硬件核心,具有功耗小,能以3V的超低电压工作,该芯片内部存储器为8KBROM存储空间,同时具有AT89C51的功能,且具有在线编程可擦除技术,所以不会对芯片造成损坏。
时钟电路DS1302可对秒、分、时、日、周、月以及年进行计数,拥有用于高速数据暂存的31×8位RAM,具有最少引脚的串行I/O接口电路,2.5~5.5V时耗电小于300nA,有用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节(脉冲方式)数据传送方式,有简单的三线接口,具有可选的慢速充电(至Vcc1)能力。
它经过一个简单的串行接口与微处理器通信。
实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。
对于小于31天的月与月末的日期自动进行调整。
时钟的运行可以采用24小时或带AM(上午)/PM(下午)的12小时格式。
采用LED数码管,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。
它采用数字电路实现对时、秒数字显示的计时装置,集时间、日期、星期于一身,具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等优点。
能够进行长时间的记录,并且存储的时间信息在掉电情况下能长期保存。
3.工作进度及具体安排。
2011年11月中旬审题并收集相关资料;
2011年11月下旬设计主控元件;
2011年12月上旬元器件的选择和主电路的设计;
2012年1月中旬编写程序实现功能;
2012年2月--5月制作设计作品并调试;
2012年5月中旬完成设计报告和图纸;
2012年6月上旬递交毕业论文及设计作品,毕业答辩。
4.指导教师意见。
指导教师:
年月日
5.教研室意见。
教研室主任:
年月日
2009届
毕业论文资料
第二部分设计说明书
湖南工程职业技术学院毕业设计
实时日历时钟显示
系部:
信息工程系
专业:
电子信息工程专业
学号:
24
学生姓名:
吴英
指导教师:
易礼智讲师
2012年5月
摘要
20世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。
随着社会、科技的发展,人类得知时间,从观太阳、摆钟到现在电子钟,不断研究、创新。
为了在观测时间的同时能够了解其他与人类密切相关的信息,比如星期、日期等,实时日历时钟诞生了,它集时间、日期、星期于一身,具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等优点。
在这次设计中,采用AT89S52单片机为核心,由DS1302时钟芯片提供时钟的控制,LED动态扫描显示屏显示。
AT89S52单片机是由Atmel公司推出的,功耗小,电压可选用4~6V电压供电;DS1302时钟芯片是美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电功能的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的使用寿命长,误差小;数字显示是采用的LED数码管来显示,可以同时显示年、月、日、星期、时、分、秒和温度等信息。
此外,该电子万年历也具有时间校准等功能。
本设计涉及到AT89S52芯片、DS1302、按键电路和复位电路等,主要用PROTEUS仿真软件仿真实时日历实现显示年月日时分秒。
本设计基于AT89S52芯片,通过上网、借书查资料了解DS1302芯片、LED的功能及应用,进行编写汇编语言,并在PROTEUS仿真软件上连接电路图最终实现日历时钟的设计。
关键词:
实时日历时钟,AT89S52,DS1302,LED
摘要I
第1章绪论1
1.1选题背景2
1.1.1单片机的简介2
1.1.2单片机的应用2
1.1.3单片机的发展趋势2
1.2选题目的2
1.3设计意义2
第2章设计要求与方案论证2
2.1设计要求2
2.1.1基本功能2
2.1.2发挥部分2
2.2系统基本模块的理论分析2
2.2.1单片机芯片的选择和分析2
2.2.2时钟芯片的选择和分析2
2.2.3显示模块的选择和分析2
2.3电路设计最终方案2
第3章系统的设计和实现2
3.1主要器件简介2
3.1.1AT89S52芯片2
3.1.2DS1302时钟芯片2
3.1.374LS1642
3.1.4LED显示器2
3.2实时日历时钟的基本原理2
3.3程序流程图2
第4章系统的调试和使用说明2
4.1系统调试2
4.2使用说明2
……
……
结论1
致谢1
参考文献1
附录1元件清单表1
附录2设计电路图1
附录3程序源代码设计1
第1章绪论
1.1选题背景
在社会迅速发展的今天,单片机的的运用已经渗透到我们生活的每个角落,也似乎很难找到哪个领域没有单片机的足迹。
智能仪表、医疗器械,导弹的导航装置,智能监控、通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,汽车的安全保障系统,动控制领域的机器人,数码像机、电视机、全自动洗衣机的控制,电话机以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。
图1-1万年历图1-2智能手机图1-3数码相机
所以,单片机的学习、开发与应用将对于现代社会的发展,经济的繁荣,和提高满足人类日益增长的物质文化需求有着至关重要的作用。
也成就了一批又一智能化控制的工程师和科学家。
科技越发达,智能化的东西就越多。
学习单片机是社会发展的必然需求,也是我们现代高级技工所必须要掌握的技能。
1.1.1单片机的简介
1.微型计算机(SingleChipMicrocomputer)微型计算机的主要特点:
CPU集成于一个芯片中。
单片机(MicroControllerUnit)是把组成微型计算机的各功能部件:
CPU、RAM、ROM、定时/计数器、中断控制器、并行和串行接口均集成在一个芯片中。
其一个芯片就构成了一个比较完整的计算机系统。
微型计算机与单片机是微电子领域的两个分支。
微型计算机的特点是运算速度快、存储容量大,适合于信息管理、科学计算等领域;而单片机的特点为体积小、价格低,适合于仪器、设备的控制,常常嵌入到仪器、设备中。
故单片机也称作微控制器(Microcontroller)。
2.单片机的生产与发展
目前世界上单片机的生产公司有上百家,如Intel、Philips、Microchip、Motorola、Siemens、NEC、AMD、Zilog、TI、Atmel等。
但在国内广泛应用的只有Intel系列和MicrochipPIC系列。
第1阶段(1976~1980):
单片机发展初级阶段。
集成了8位CPU、RAM、ROM、定时器、并行口(无串行口)等部件,但性能低,寻址范围小(≤4KB),中断系统、定时器也简单。
典型机型:
IntelMCS-48系列。
第2阶段(1980~1983):
高性能单片机阶段。
此阶段的单片机普遍带有串行口,有多级中断处理系统,多个16位定时/计数器,片内ROM、RAM的容量加大,寻址范围达64KB。
典型机型:
IntelMCS-51系列。
第3阶段(1983~80年代末):
16位单片机和高性能8位机并行发展阶段。
此阶段Intel推出16位单片机MCS-96系列,其他公司也推出了各种16位单片机。
同时高性能8位单片机的性能更为完善。
第4阶段(90年代):
单片机在集成度、功能、速度、可靠性等方面全面发展,如采用FlashROM,加入了一些特殊功能部件(AD转换器,PWM输出,监视定时器WDT,DMA,调制解调器,通信控制器,浮点运算单元等)。
至今,单片机的性能已比较完善,且专业化的特点很强,为各种应用提供了很大的方便。
1.1.2单片机的应用
单片机由于体积小,价格低,功耗低、控制功能强且控制逻辑可由软件来实现,因此可以很方便地完成由一般数字电路很难实现的控制逻辑。
所以在测控系统,智能仪表,机电一体化产品,智能接口,智能民用产品,机器人等领域得以广泛应用。
1.在智能仪器仪表上的应用(如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量)只需结合不同类型的传感器即可控制,使得仪表达到数字化、智能化、微型化(示波器)。
2.在工业控制中的应用(如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等)多用于构成多样的控制系统,数字采集系统。
设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不要求使用人员了解其内部结构,在大型电路中,这种模块化应用极大地缩小了体积,简化了电路,降低了损坏、错误率,也方便于更换。
3.在家用电器中的应用(洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、及其他音响视频器材,电子秤量设备等)极大的方便了我们的生活。
4.在计算机网络和通信领域中的应用(手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、集群移动通信,无线电对讲机等)利用单片机的通讯接口可以方便的与计算机进行数据通,为在计算机网络通讯设备间的应用提供了很好的物质条件。
5.单片机在汽车设备领域中的应用(如汽车中的发动机控制器,基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器,GPS导航系统,abs防抱死系统,制动系统等)。
此外,单片机在工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。
6.多机应用
利用单片机的串行接口和并行接口,多个单片机子系统可以彼此进行通信,构成一个网络。
可以构成一个集散式的控制系统,从而控制和处理大量的控制对象和信息,且可以通过并行运算方式来提高处理速度。
总之在单片机系统中,单片机是作为控制中枢,数字电路器件是作为外围电路,二者是相辅相成的。
1.1.3单片机的发展趋势
目前,为了适应各种嵌入式系统的应用需求,单片机将向着高集成度、增强工能。
提高速度、降低成本和功耗等方向发展。
这组要表现在以下几个方面。
1.处理性能的增强:
单片机的处理性能取决于其内部数据总线宽度、指令执行速度、片内存储器容量等指标。
近几年发展起来的16位和32位单片机就体现了这个发展趋势。
2.增强功能:
未来单片机的增强功能主要在网络功能。
A/D和D/A功能、ISP功能、DMA功能、显示器驱动等方面另外为了能有效地保护嵌入式系统的知识产权,对单片机内部软件的加密是必要的,单片机的内部的程序代码存储器带有加密特性是单片机的一种增强功能。
3.高集成度:
随着集成电路技术的和工艺的不断提高,单片机技术的发展及其应用领域不断拓展提高单片机的集成度,增加片内功能器件,减少外围器件的扩展,实现真正的“单片”系统已成为发展趋势集成更多的I/O端口和特殊接口,直接驱动LED、VFD、LCD等显示器,带有直接中断方式键盘端口等。
近年来单片机结合专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit,ASIC)和精简指令集计算机(ReducedInstructionSetComputer,RISC)技术,发展为嵌入式处理器(EmbeddedProcessor),适用于数据与数值分析、信号处理、智能机器人及图像处理等高技术领域。
1.2选题目的
随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快,对时间的要求越来越高,精准数字计时的消费需求也是越来越多。
二十一世纪的今天,最具代表性的计时产品就是实时日历时钟,它是近代世界钟表界的第三次革命。
第一次是摆和摆轮游丝的发明,相对稳定的机械振荡频率使钟表的走时差从分级缩小到秒级,代表性的产品就是带有摆和摆轮游丝的机械表或钟。
第二次革命是石英晶体振荡器的应用,发明了走时精度更高的石英电子钟表,使钟表的走时月差从分级缩小到了秒级。
第三次革命就是单片机数码计时技术的应用(实时日历时钟),使计时产品的走时日差从分级缩小到了百万分之一秒,从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示式,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的显示功能,他更符合消费者的生活需求,因此,实时日历时钟的出现带来了钟表计时业跨越性的进步。
1.3设计意义
我国生产的实时日历时钟有很多种,总体上来说以研究多功能实时日历时钟为主,使万年历除了具有原来的显示时间,日期等基本功能外,还具有闹铃,报警等功能,商家生产的实时日历时钟更从质量,价格,使用上考虑,不断的改进实时日历时钟的设计,使其更加具有市场。
本设计为软件,硬件相结合的一组设计,在软件设计过程中,应对硬件部分有相关的了解,这样有助于对设计题目的更深了解,有助于软件设计,基本的要了解一些主要期间的基本功能和作用。
除了采用集成化的时钟芯片外,还利用AT89系列单片机微机制成万年历电路,采用软件和硬件相结合的方法,控制液晶输出显示。
其最大的特点是:
硬件电路简单,安装方便易于实现,软件设计独特,可靠。
本文介绍了基于AT89S52单片机设计的实时日历时钟。
首先简单介绍了单片机的发展和应用。
并且论述了在本次设计中的设计方案,并在此基础上实现了万年历的基本电路设计,然后使用单片机汇编语言的设计,程序采用模块化设计,使得逻辑关系简单明了,维护方便。
第2章设计要求与方案论证
2.1设计要求
2.1.1基本功能
1.利用DS1302实现年月日时分秒,并用LED显示并具备以下功能。
2.能够任意设定年、月、日、时、分、星期;调整和秒表操作下不影响日期和事件的准确性。
2.1.2发挥部分
1.运动秒表。
2.闹钟功能。
3.初始的时间信息要求用户用键盘输入或通过PC机和单片机的串口通信来设置。
2.2系统基本模块的理论分析
2.2.1单片机芯片的选择和分析
方案一:
采用AT89C51芯片作为硬件核心,内部具有4KBROM存储空间,能于3V的超低电压工作,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,对芯片的多次插拔会对芯片造成一定的损坏。
方案二:
采用AT89S52片内ROM全都采用FlashROM:
能以3V的超低电压工作,同时也与MCS-51系列单片机完全兼容,该芯片内部存储器为8KBROM存储空间,同时具有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程序的新增功能需要烧入程序时,不需要对芯片进行多次插拔,所以不会对芯片造成损坏。
综上所述,所以采用AT89S52作为主控系统。
2.2.2时钟芯片的选择和分析
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、秒技术,采用此种方案虽然减小芯片的使用,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作为数据暂存区,工作电压2.5V-5.5V范围内,2.5V时耗电小于300Ma。
2.2.3显示模块的选择和分析
方案一:
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,对于显示文字比较合适,如果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。
方案二:
采用LCD显示器,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,此次设计只需显示简单的数字与字符,所以不需要如此多余。
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相连接时,占用的单片机口线少。
能在低电压、小电流条件下驱动发光,寿命长,抗冲击能力好。
所以在本次设计中只需采用LED数码管显示恰好。
2.3电路设计最终方案
综上各方案所述,对此次设计的方案选定:
采用AT89S52作为主控系统;DS1302提供时钟;LED数码管显示。
第3章系统硬件的设计和实现
3.1主要器件简介
3.1.1AT89S52芯片
图1
如图,使用AT89S52作为单片机的主控芯片, 该芯片内部存储器为8KBROM存储空间,同时具有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程序的新增功能需要烧入程序时,不需要对芯片进行多次插拔,所以不会对芯片造成损坏。
AT89S52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个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上图所示,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,电阻及开关后构成上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端。
3.1.2DS1302时钟芯片
图2
各引脚的功能为:
Vcc1:
主电源;Vcc2:
备份电源。
当Vcc2>Vcc1+0.2V时,由Vcc2向DS1302供电,当Vcc2 SCLK: 串行时钟,输入,控制数据的输入与输出; I/O: 三线接口时的双向数据线; CE: 输入信号,在读、写数据期间,必须为高。 该引脚有两个功能: 第一,CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑;其次, CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。 DS1302有下列几组寄存器: ①DS1302有关日历、DS1302时间的寄存器共有12其中有7个寄存器 (读时81h~8Dh,写时80h~8Ch)存放的数据格式为BCD码形式,如下表所示。 ②DS1302有关RAM的地址 DS1302中附加31字节静态RAM的地址如下表所示。 ③DS1302的工作模式寄存器 所谓突发模式是指一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。 突发模式寄存器如下表所示。 3.1.3 74LS244 图3 引脚功能: 1A1~1A4,2A1~2A4 输入端 /1G,/2G 三态允许端(低电平有效) 1Y1~1Y4,2Y1~2Y4 输出端 当微处理器与存储器交换信号
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