电子万年历计算器的设计毕业设计.docx

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电子万年历计算器的设计毕业设计

电子万年历的设计

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、星期、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能。

本系统选用DALLAS公司生产的日历时钟芯片DS1302来作为实时时钟芯片，为本系统提供详细的年、月、日、星期和小时、分钟等时间信息。

数字万年历采用直观数字显示，可以同时显示年、月、日、星期、时、分、秒和温度等信息，还具有定时和时间校准等功能。

该电路采用STC89C52RC单片机作为核心，功耗小，电压可选用3.3～5.5V电压供电。

本系统硬件部分由STC89C52RC单片机、DS1302时钟芯片、1062液晶显示器、DS18B20温度测量、键盘、语音系统等部分构成。

软件部分在keil环境下用C51语言编写，包括时间设置、时间显示、定时设置、定时闹钟、温度显示。

关键词：

时钟芯片DS1302；温度采集DS18B20；单片机STC89C52RC;液晶显示1602；ISD4004语音芯片

DesignOftheElectronicPerpetualCalendar

Abstract：

Electroniccalendarisaveryextensivedailytimingtool,tothemodernsocietymoreandmorepopular.Itcanbeyears,months,days,weeks,hours,minutesandsecondsfortime,alsohasavarietyoffunctionssuchasaleapyearcompensation.ThesystemusesDALLAScompanycalendarclockchipDS1302asareal-timeclockchip,thesystemprovidesdetailsoftheyear,month,day,week,hour,minute,andtimeinformation.Digitalcalendarusingvisualdigitaldisplay,candisplaytheyear,month,day,week,time,minutes,secondsandtemperatureinformation,alsohasthetimingandtimealignmentfunctions.ThecircuitusesSTC89C52RCMCUasthecore,smallpowerconsumption,voltagecanbe3.3~5.5Vvoltagepowersupply.

ThesystemhardwareconsistsofSTC89C52RC,DS1302MCUclockchip,1062liquidcrystaldisplay,temperaturemeasurement,DS18B20keyboard,voicesystemcomponents.SoftwarecomponentintheKeilenvironmentusingtheC51language,includingtime,timedisplay,timesetting,timingalarmclock,temperaturedisplay.

Keywords：

ClockchipDS1302;thetemperatureacquisitionofDS18B20;thesingle-chipofSTC89C52RC;liquidcrystaldisplayof1602;soundchipofISD4004

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

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后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

时钟，自从它发明的那天起，就成为我们生活的一部分，随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。

怎样让时钟更好的为人民服务？

这就要求人们不断设计出新型时钟。

现今，高精度的定时计时工具绝大部分都采用了石英晶体振荡器，它计时精度高，稳定性好，使用方便，无需经常调校，电子钟，石英表，石英钟等都采用了此种技术。

数字式电子钟采用的是集成电路计时，由译码代替原来的机械式传动，LED显示代替指针显示，从而减小了计时误差，具有时，分，秒相互独立显示的功能，清晰直观。

还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。

此次毕业设计采用了DS1302时钟芯片进行时间控制，通过LED1602实现年月日时分秒的显示。

同时采用ISD4004语音芯片进行整点报时和闹钟报时。

通过DS18B20温度传感器检测室温，同步显示在LED1602上。

1绪论

1.1课题研究意义

电子万年历是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置，广泛用于个人家庭、车站、码头、办公室等公共场所，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，使得万年历的精度，远远超过老式的计时方法，电子万年历的使用给生活带来了极大的方便，而且大大的扩展了原先的报时功能。

诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动启闭路灯、定时开关烘箱、通断电力设备、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，研究电子万年历及扩大应用，有着非常现实的意义。

1.2万年历研究现状

随着电子技术的迅猛发展，电子产品的应用也越来月广泛，电子万年历在日常生活、工业控制等方面有着重大的应用。

曾经有过学者对阴阳历转换有过深入研究，将阴阳历之间的种种关系与区别进行过详细的论述，它们之间虽无直接的公式进行转换，但是仍有规律可循。

同时星期与日期间的转换也有多种的转换计算方法。

不管怎么说，阴阳历转换还是星期与日期的转换都是一个很繁杂的过称，为此，美国DALLAS公司推出了一中高性能、低功耗的实时时钟芯片，非常完美简单的实现各种功能，为万年历带来更有效的解决方案。

在我搜集的资料来看，它应用非常频繁，特别是在万年历的设计中，从市场、网络、生活以及书本上，我还没有见过一个摆放在办公桌或者柜台带有简易计算器等功能的万年历，因此我此次目的主要是实现既能完善万年历的功能，同时又能当做简易计算器使用。

1.3设计的内容及功能

显示时间、温度、星期、日期，还有整点报时和闹钟功能，除此之外，能手动控制现实时间调试。

同步时间显示，显示室内温度。

还可以实现简易的计算器功能。

根据原理图做出实物。

2电子万年历设计方案论证

2.1框架和结构

综合此次设计的任务和要求，以及所学知识和积累经验，将此次设计的结构框架定制如下：

时间控制

主控结构

液晶显示

温度检测

键盘输入

语音播报

最小系统

图1.1结构框架图

最小系统是主控结构正常工作的基本外围设备，是实现整个设计运行的保障。

本次设计的主要目的是实现年月日时分秒的显示、控制等功能。

时间控制实现年月日时分秒的规律运算，通过主控结构在液晶上面显示出来，以达到视觉上明朗的效果。

键盘输入调整时间的，以备时间的校准所用，同时也能通过改变程序实现其它的功能，比如简易计算器等。

温度检测是独立于单一模块的设备，它独立于时间之外。

语音播报是针对时间、温度等操作时的附加语音功能。

针对本设计的结构框架，我们大致了解了此次设计应实现的功能及效果。

对于不同的模块，我们有多种解决方案，现对每个模块的方案进行论证。

2.2万年历时间实现方案选择

数字时钟是本设计的最主要的部分。

根据需要，有两种方案可以实现。

方案一：

本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS1302实现其功能。

DS1302是一种低功耗、高性能、带RAM的实时时钟芯片，它能对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，内部设计有闰年补偿能力，工作电压为2.5V～5.5V。

在DS1302内部，有一个31×8的RAM寄存器。

为此，它能非常方便的通过软件进行数据的调用及显示，操作上非常简便，没有太大难度。

同时，此芯片为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片外部有两种电源提供引脚。

当电源VCC1>VCC2时，VCC1供电否则VCC2供电。

方案二：

本方案完全用软件实现数字时钟万年历。

原理为：

在单片机内部存储器定义七个字节变量，分别存放时钟的年、月、日、周日、时、分、秒信息。

利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值变量加1；若秒值变量达到60，则将其清零，并将相应的分字节变量值加1；若分值变量达到60，则清零分字节，并将时字节变量值加1；若时值变量达到24，则将十字节清零。

同理，通过这样的方式实现年、月、日、星期的功能。

该方案具有硬件电路简单的特点。

但由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。

而且，由于是软件实现，当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作。

每次开启时都是程序初始化的时间。

2.3显示方案选择

方案一：

通过多个数码管显示，采用多个数码管并行排列的方式，将要显示的数据一位一位显示。

此方案繁琐复杂，不易调试。

从价格上来讲还是比较实惠的。

方案二：

采用LED1602液晶显示，通过CPU控制LED1602对时间数据的显示。

此方案要对LED1602相对熟悉，并且能够看懂其各个指令的功能。

通过不同指令控制LED1602实现万年历时间的显示。

相对来说，此方案更加美观，易于操作。

2.4温度检测方案选择

方案一：

用DS18B20传感器搜集信号，由于它本身内部就包含了一个DA转换器，因此它出来的信号就是数字信号，可以通过单片机直接在显示器上显示，无需再人为的对采集信号进行模数转换，非常方便。

但是次芯片需采用软件控制，必须占用单片机内存空间，消耗运行速度。

方案二：

用传统的温度传感器采集信号，它是通过硬件直接控制的，必须在信号源与单片机间进行AD转换才能在显示器上显示。

虽减少了CPU的占用，但是硬件电路比较复杂，设计难度加大。

2.5键盘输入方案选择

方案一：

采用传统模式的3*8矩阵，用11个IO口组合成矩阵，可以有24个按键。

这样设计简单易操作，同时基于以前的积累经验，实现其功能非常简单明了。

但是此方案占用IO口较多，在IO口不足的情况下，一般不采用这样的方式。

方案二：

采用74HC165芯片组合，形成一个18脚的扫描面，也就是说有18个按钮。

它只需三根线连接51单片机，以串行的方式与单片机交互通信。

但是此方案带来的缺陷是：

程序占用单片机的内存比较大。

18脚的扫描面意味着要4字节的存储空间才能存储一个数据，扫描一次就占用4个字节。

2.6语音功能实现方案选择

方案一：

通过语音合成。

在生活中，我们听到的声音都是通过震动频率等产生的，因此我们通过一定的算法计算，用数字的形式合成语音，改变其幅度和波长，就可以实现产生不同声音的效果，即声音的合成。

此类方案程序设计繁琐，同时对CPU占用教大。

方案二：

通过专用语音芯片ISD4004实现语音播报功能。

ISD4004芯片能实现自然声音的录制和播放，音效非常明显并且不易失真。

因此通过芯片能很好的实现声音的录播功能。

此方案调试有一定的难度，并且不易控制。

综合以上各模块的优缺点，以及此次设计采用的主控模块STC89C52芯片的性能，各个模块的方案最终确定如下：

用DS1302芯片实现万年历时间的控制，采用LED1602液晶显示，通过74HC165芯片实现按键带来的IO口不足的缺陷，采用DS18B20实现温度检测的功能，运用ISD4004语音芯片实现语音播报的效果。

这样既满足了设计的需求，同时又避免了引脚不足、CPU处理慢等问题。

3系统硬件设计

3.1主控模块设计

本设计采用的主控芯片是STC89C52RC，它既能满足设计的需要，同时又实惠方便易操作,是学习实验和小电路设计最优先的选择。

3.1.1STC89C52芯片介绍

本设计采用的是STC89C52RC单片机，它具有高速、低功耗、超强抗干扰的功能，指令代码与传统8051单片机完全兼容，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

STC89C52RC主要特性：

1）工作电压：

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）。

2）用户应用程序空间为8K字节。

3）片上集成512字节RAM。

4）通用I/O口（32个），复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉。

P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

5）可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。

6）具有看门狗功能。

7）共3个16位定时器/计数器。

即定时器T0、T1、T2。

8）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。

9）工作温度范围：

-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）。

图3.1STC89C52RC引脚图

STC89C52RC引脚功能：

1）主要电源线（2根）：

VCC（40引脚）和VSS（20引脚）这两个引脚分别接电源和接地。

对于STC89C52RC单片机，它根据供电电压可以有两种类型，一种是5V单片机，它的供电电压可以在5.5V～3.8V之间；一种是3V单片机，它的供电电压可以在3.8V～2.0V之间。

两种单片机除了供电电压不同，没有明显的区别。

在此设计中，我用的是5V类型的52单片机，供电电压是5V。

2）单片机外接晶振引脚（2根）：

XTAL1（19引脚）和XTAL2（18引脚）XTAL1引脚是振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

当从外部输入震荡时钟信号时，是从此引脚输入的。

XTAL2引脚是振荡器反相放大器的输入端，当采用外部时钟信号时，此端接地。

在此设计中，用的是单片机内部时钟，因此在两引脚间接的是12M晶振。

3）控制引脚（4根）：

RST（9引脚）、

（29引脚）、ALE/

（30引脚）和

/VPP（31引脚）RST引脚为复位输入端，当此引脚上出现两个机器的高电平时，将使单片机复位，即单片机将从0x00地址开始运行。

RST引脚接的复位电路有多种形式，本设计采用的是常用的复位电路，在下文将对复位电路做简易分析。

引脚为外部存储器选通端口，在内部存储空间不足的情况下，我们必须采用外部存储器扩充存储空间。

当STC89C52RC从外部程序存储器执行外部代码时，

在每个机器周期中被激活两次；当访问外部数据存储器时，

将不会被激活。

ALE/

引脚是功能复用脚。

ALE是地址锁存控制端。

当访问外部程序存储器时，ALE将锁存低8位地址的输出脉冲；而在访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。

在一般的情况下，ALE端将输出晶振六分之一的固定频率脉冲，可以用来作为外部定时器或者时钟使用。

在Flash编程时，

也可以用作编程输入脉冲。

/VPP引脚为访问外部程序存储器的控制信号端。

为使能正确的从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，

端必须接地。

当加密方式为1时，

将内部锁定为RESET。

当要执行内部程序指令时，

应该接VCC。

在Flash编程期间，

也接收12伏VPP电压。

4）可编程输入/输出引脚（32根）：

STC89C52RC单片机有4组8位的可编程输入/输出口，分别为P0、P1、P2、P3口。

P0端口（39～32引脚）：

P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。

它既可以作为一般I/O口用，也可以作为地址/数据总线使用。

当作为输出端口时，P0口每个引脚都能驱动8个TTL负载。

想作为输入端口时，必须先对端口P0写入“1”，此时引脚将处于悬浮状态，可以作为高阻抗输入。

在访问外部程序和数据存储器时，P0口作为地址/数据总线分时复用在此情况下，将不能用作普通I/O口了。

在作为地址/数据分时复用时，P0口内部上拉电阻有效。

在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。

此时，作为IO口使用，要求外接10K欧姆的上拉电阻。

P1端口（1～8引脚）：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。

P1口作输入口使用时，端口写入“1”，此时将通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位。

P1口作输出口使用时，因为内部有上拉电阻，能向外提供拉电流负载，而不必接上拉电阻。

此外，P1.0和P1.1还是定时器/计数器2的功能复用脚，具体参见下表：

表3.1P1.0和P1.1引脚复用功能

引脚号

功能特性

P1.0

T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出

P1.1

T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）

P2端口（21～28引脚）：

P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可以驱动4个TTL输入。

P2口作输入口使用时，端口写入1，此时将通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位。

P2口作输出口使用时，因为内部有上拉电阻，能向外提供拉电流负载，而不必接上拉电阻。

在16位地址数据访问中，P2口是高8位，而在8位地址数据访问中，P2口电平不变。

P3端口（10～17引脚）：

P3口带内部上拉电阻，准双向的8位I/O端口。

P3口也可驱动4个TTL输入。

P3口作输入口使用时，端口写入“1”，此时将通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位。

P3口作输出口使用时，因为内部有上拉电阻，能向外提供拉电流负载，而不必接上拉电阻。

表3.2P3口引脚复用功能

引脚号

复用功能

P3.0

RXD（串行输入端口）

P3.1

TXD（串行输出端口）

P3.2

（外部中断0）

P3.3

（外部中断1）

P3.4

T0（定时器0的外部输入）

P3.5

T1（定时器1的外部输入）

P3.6

（外部数据存储器写选通）

P3.7

（外部