基于AT89C51单片机的电子万年历的设计.docx
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基于AT89C51单片机的电子万年历的设计
课程设计报告
设计名称:
电子万年历设计
*********
学号:
*****6010127
专业班级:
自动化10101班
*******
完成时间:
2013年6月9日
评阅意见:
评阅教师日期
报告成绩:
摘要
本文介绍了基于AT89C51单片机的多功能电子万年历的硬件结构和软硬件设计方法。
系统以AT89C51单片机为控制器,以串行时钟日历芯片DS1302记录日历和时间,它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时,还具有闰年补偿等多种功能。
万年历采用直观的数字显示,可以在LED上同时显示年、月、日、周日、时、分、秒,还具有时间校准等功能。
此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点,具有广阔的市场前景。
关键字AT89C51;电子万年历;DS1302
1绪论
1.1课题研究的背景
随着科技的快速发展,时间的流逝,从观太阳、摆钟到现在电子钟,人类不断研究,不断创新纪录。
它可以对年、月、日、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。
对于数字电子万年历采用直观的数字显示,可以同时显示年、月、日、时、分、秒和温度等信息,还具有时间校准等功能。
该电路采用AT89C51单片机作为核心,功耗小,能在3V的低压工作,电压可选用3~5V电压供电。
此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点,符合电子仪器仪表的发展趋势,具有广阔的市场前景。
1.2课题的研究目的与意义
二十一世纪是数字化技术高速发展的时代,而单片机在数字化高速发展的时代扮演着极为重要的角色。
电子万年历的开发与研究在信息化时代的今天亦是当务之急,因为它应用在学校、机关、企业、部队等单位礼堂、训练场地、教学室、公共场地等场合,可以说遍及人们生活的每一个角落。
所以说电子万年历的开发是国家之所需,社会之所需,人民之所需。
由于社会对信息交换不断提高的要求及高新技术的逐步发展,促使电子万年历发展并且投入市场得到广泛应用。
1.3课题解决的主要内容
本课题所研究的电子万年历是单片机控制技术的一个具体应用,主要研究内容包括以下几个方面:
(1)选用电子万年历芯片时,应重点考虑功能实在、使用方便、单片存储、低功耗、抗断电的器件。
(2)根据选用的电子万年历芯片设计外围电路和单片机的接口电路。
(3)在硬件设计时,结构要尽量简单实用、易于实现,使系统电路尽量简单。
(4)根据设计的硬件电路,编写控制AT89C51芯片的单片机程序。
(5)通过编程、编译、调试,把程序下载到单片机上运行,并实现本设计的功能。
(6)在硬件电路和软件程序设计时,主要考虑提高人机界面的友好性,方便用户操作等因素。
(7)软件设计时必须要有完善的思路,要做到程序简单,调试方便。
2系统的总体设计
单片机电子万年历的制作有多种方法,可供选择的器件和运用的技术也有很多种。
所以,系统的总体设计方案应在满足系统功能的前提下,充分考虑系统使用的环境,所选的结构要简单使用、易于实现,器件的选用着眼于合适的参数、稳定的性能、较低的功耗以及低廉的成本。
2.1系统方案的构想与确定
方案一:
系统分为主控制器模块、显示模块、按键开关模块,主控制模块采用AT89C52单片机为控制中心,显示模块采用普通的共阴LED数码管,键输入采用中断实现功能调整,计时使用AT89C52单片机自带的定时器功能,实现对时间、日期的操作,通过按键盘开关实现对时间、日期的调整。
方案二:
系统分为主控模块、时钟电路模块、按键扫描模块,LCD显示模块,电源电路、复位电路、晶振电路等模块。
主控模块采用AT89C52单片机,按键模块用四个按键,用于调整时间,显示模块采用LCD1602,时钟电路模块采用DS1302时钟芯片实现对时间、日期的操作。
两个方案工作原理大致相同,只有显示模块和时钟电路不同。
LED数码管价格适中,对于数字显示效果较好,而且使用单片机的端口也较少;LCD1602液晶显示屏,显示功能强大,可以显示大量文字、图形,显示多样性,清晰可见,价格相对LED数码管来说要昂贵些,但是基于本设计显示的东西较多,若采用LED数码管的话,所需数码管较多,而且不利于控制,因此选择LCD1602作为显示模块。
DS1302是一款高性能的实时时钟芯片,以计时准确、接口简单、使用方便、工作电压范围宽和低功耗等优点,得到广泛的应用,实时时钟有秒、分、时、星期、日、月和年,月小于31天时可以自动调整,并具有闰年补偿功能,而且在掉电时能够在外部纽扣电池的供电下继续工作。
单片机有定时器的功能,但时间误差较大,且需要编写时钟程序,因此采用DS1302作为时钟电路。
对比以上方案,结合设计技术指标与要求我们选择了方案二进行设计。
2.2器件的选用
元件名称型号数量/个
单片机AT89C521
时钟芯片DS13021
晶振12MHz1
晶振32.768kHz1
电容30pF2
电容22uF1
按键开关4
电阻10K9
滑动变阻器1K1
电池1.5V4
LCDLCD16021
电源Vcc+5V1
导线若干
2.3逻辑总框图:
该电子万年历的总体设计框图如图
(1)所示。
3系统硬件电路的设计
3.1主控制系统
单片机中央处理系统的方案设计,选用AT89C52单片机作为中央处理器,如图
(2)所示。
该单片机除了拥有MCS-51系列单片机的所有优点外,内部还具有8K的在系统可编程FLASH存储器,低功耗的空闲和掉电模式,极大的降低了电路的功耗,还包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件,其硬件能符合整个控制系统的要求,不需要外接其他存储器芯片和定时器件,方便地构成一个最小系统。
整个系统结构紧凑,抗干扰能力强,性价比高。
3.2时钟振荡电路
时钟振荡电路图(3)所示,时钟振荡电路用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号,电路由两个30pF的瓷片电容和一个12MHz的晶振组成,并接入到单片机的XTAL1和XTAL2引脚处,使单片机工作于内部振荡模式。
此电路在加电后延迟大约10ms振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。
电路中两个电容C1、C2的作用使电路快速起振,提高电路的运行速度。
图(3)时钟振荡电路图图(4)复位电路
3.3复位电路
复位电路由电阻和极性电容组成,如图(4)所示,通过高电平使单片机复位,在时钟电路开始工作后,当高电平的时间超过大约2us时,即可实现复位。
此复位电路为上电复位,较为简单。
若改进可以添加手动复位的功能,上电复位发生在开机加电时,由系统自动完成,手动复位通过一个按键来实现,在程序运行时,若遇到死机,死循环或程序“跑飞”等情况,通过手动复位就可以实现重新启动的操作。
手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。
一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮和一个电阻。
3.4DS1302时钟电路
时钟电路主要由时钟芯片DS1302、备用电池、晶振等几部分组成,如图(6)所示。
DS1302采用3线串行接口,占用引脚少,内部集成了可编程日历时钟,用户可以根据需要通过单片机的控制来自行设置,支持双电源供电,可以使用外部主电源和备用电源,备份电源能够使时钟芯片继续工作。
图(5)DS1302管脚图图(6)DS1302时钟电路
DS1302各引脚的功能为:
8:
Vcc1:
备用电池端;
1:
Vcc2:
5V电源。
当Vcc2>Vcc1+0.2V时,由Vcc2向DS1302供电,当Vcc2 7: SCLK: 串行时钟,输入; 6: I/O: 数据输入输出口; 5: CE/RST: 复位脚; 2、3: X1、X2是外接晶振脚(32.768KHZ的晶振); 4: 地(GND)。 DS1302有关日历、时间的寄存器: 图(7)DS1302有关日历、时间的寄存器 1、秒寄存器(81h、80h)的位7定义为时钟暂停标志(CH)。 当初始上电时该位置为1,时钟振荡器停止,DS1302处于低功耗状态;只有将秒寄器的该位置改写为0时,时钟才能开始运行。 2、小时寄存器(85h、84h)的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。 当为高时,选择12小时模式。 在12小时模式时,位5是,当为1时,表示PM。 在24小时模式时,位5是第二个10小时位 3、控制寄存器(8Fh、8Eh)的位7是写保护位(WP),其它7位均置为0。 在对任何的时钟和RAM的写操作之前,WP位必须为0。 当WP位为1时,写保护位防止对任一寄存器的写操作。 也就是说在电路上电的初始态WP是1,这时是不能改写上面任何一个时间寄存器的,只有首先将WP改写为0,才能进行其它寄存器的写操作。 DS1302读写时序 DS1302是SPI总线驱动方式。 它不仅要向寄存器写入控制字,还需要读取相应寄存器的数据。 DS1302的控制字如图(8): 图(8)DS1302的控制字图 控制字的最高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入到DS1302中。 位6: 如果为0,则表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据; 位5至位1(A4~A0): 指示操作单元的地址; 位0(最低有效位): 如为0,表示要进行写操作,为1表示进行读操作。 读数据: 读数据时在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿,读出DS1302的数据,读出的数据是从最低位到最高位。 写数据: 控制字总是从最低位开始输出。 在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入也是从最低位(0位)开始。 3.5按键电路 按键电路由四个轻触开关组成,如图(9)所示。 按键用来调整时间,其一端直接接到单片机的端口,另一端接地,当按下按键时,相应的端口变为低电平,通过一个与门只要这四个按键有一个按下就会在P3.2检测到一低电平就触发外部中断0进入按键调节程序中,通过与个各键相连的端口P3.4_P3.7可以判断是哪个键按下,从而作相应的操作。 图(9)按键电路 3.6显示电路 1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符。 显示电路采用LCD1602液晶显示,如图(10)所示,图中只画出了其相应的接口,3脚用于调节LCD1602的背光,4、5、6为LCD1602的控制口,用于控制其写入或是读出指令,7至14脚为LCD1602的数据口,将数传送到LCD1602中。 图(10)LCD1602显示电路 LCD1602的特性 +5V电压,对比度可调; 内含复位电路; 提供各种控制命令,如: 清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能; 有80字节显示数据存储器DDRAM; 内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM,8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM; 基本操作时序: 读状态: 输入: RS=L,RW=H,E=H;输出: DB0~DB7=状态字; 写指令: 输入: RS=L,RW=L,E=下降沿脉冲,DB0~DB7=指令码;输出: 无。 读数据: 输入: RS=H,RW=H,E=H;输出: DB0~DB7=数据; 写数据: 输入: RS=H,RW=L,E=下降沿脉冲,DB0~DB7=数据;输出: 无。 LCD1602的各种指令不再一一说明。 4系统的软件设计 4.1程序流程图 主
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