单片机电子万年历课程设计

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1、 前言1.1 设计背景随着微电子技术的高速发展，单片机在国民经济的个人领域得到了广泛的运用。单 片机以体积小、功能全、性价比高等诸多优点，在工业控制、家用电器、通信设备、信 息处理、尖端武器等各种测控领域的应用中独占鳌头，单片机开发技术已成为电子信息、 电气、通信、自动化、机电一体化等专业技术人员必须掌握的技术。而电子万年历作为电子类小设计不仅是市场上的宠儿，也是是单片机实验中一个很 常用的题目。因为它的有很好的开放性和可发挥性，因此对作者的要求比较高，不仅考 察了对单片机的掌握能力更加强调了对单片机扩展的应用。而且在操作的设计上要力求 简洁，功能上尽量齐全，显示界面也要出色。数字显示的日历钟

2、已经越来越流行，特别 是适合在家庭居室、办公室、大厅、会议室、车站和广场等使用，壁挂式LED数码管显 示的日历钟逐渐受到人们的欢迎。LED数字显示的日历钟显示清晰直观、走时准确、可 以进行夜视，并且还可以扩展出多种功能。 所以，电子万年历无论作为比赛题目还是 练习题目都是很有价值。1.2 设计目的（1）掌握数字电路中D触发器、分频电路、多谐振荡器、CP时钟脉冲源、译码器、 编码器等各种单元电路的综合运用。（2）掌握简单数字系统电路设计、焊接、调试及故障排除的一般过程和常规方法。（3）熟悉简单数字电子系统的工作原理。1 设计原理及设计方案1.1 理论知识：本设计是电子万年历，具备三个功能：能显示

3、：年、月、日、时、分、秒信息，并 具有可调整日期和时间功能。该电子万年历使用 12MHZ 晶振与单片机 89C51 相连接,通 过软件编程的方法实现了以 24 小时为一个周期，同时显示小时、分钟和秒的要求。利 用时钟芯片 DS1302 产生数字钟效果，再利用数码管动态扫描显示单片机内部处理的数 据。同时通过端口读入当前外部控制状态来改变程序的不同状态，实现不同功能。1.1.1、微处理器在设计过程中使用12MHZ晶振与单片机89C51相连接，通过软件编程的方法实现了以 24小时为一个周期同时显示小时，分钟和秒的要求。利用单片机定时器及计数器产生定 时效果通过编程形成数字钟效果，再利用数码管动态扫

4、描显示单片机内部处理的数据。 同时通过端口读入当前外部控制状态来改变程序的不同状态，实现不同功能。1.1.2、显示电路就时钟而言，通常可采用数码管显示。由于一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电 路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视性相对较差；对于具有驱动电路和微处理器 接口的液晶显示模块（字符或点阵），一般多采用并行接口，对微处理器的接口要求较 高，占用资源多。另外，89C51本身无专门的液晶驱动接口，因此，本设计采用LED数 码管显示，LED数码管是由两个七段四位BTA5461AH和两个七段两位BTA5261AH的 组成，对于显示数字比较适合。1.1.3、按键电路由于本设计的是电子万年历，需

5、要实现多种功能的显示，并要能够切换显示和调节 年月日时分秒，因此，在设计过程中按键的设计就显得尤为重要。在设计过程中我们一共采用了 3 个按键，尽量在小的空间里实现最多的功能。其中 上键是年月日显示切换键，下键是年月日显示切换键，按下一次就能够更换一次显示位。 在调整显示环境下中键是显示调整位的的加 1 键。该万年历是以单片机 89C51 为核心并利用时钟芯片 DS1302 来计时完成的。在硬件 电路中采用P1 口控制两片74LS47的输入信号，利用P3.0、P3.1 口分别控制74LS47的 选通，再由74LS47的7个输出口控制数码管的字型码。利用P3.2、P3.3、P3.4来控制 时钟芯

6、片 DA1302。 由 P2.0P2.5 来控制数码管的字位。1.1.4、时钟电路模块的设计1、时钟芯片DS1302的工作原理：DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把SCLK端置“0”，接着把RST 端置“ 1”，最后才给予SCLK脉冲。DS1302的控制字的位7必须置1,若为0则不能把 对DS1302进行读写数据。对于位6,若对程序进行读/写时RAM=1，对时间进行读/写时， CK=0。位1至位5指操作单元的地址。位0是读/写操作位，进行读操作时，该位为1； 该位为0则表示进行的是写操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。“CH”是 时钟暂停标志位，当该位为1时，时钟振荡器

7、停止，DS1302处于低功耗状态；当该位为 0时，时钟开始运行。“WP”是写保护位，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP必 须为0。当“WP”为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。2、DS1302的控制字节控制字节的高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0,则不能把数据写入DS1302 中，位6如果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指示 操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作， 控制字节总是从最低位开始输出3、数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输 入从低位

8、即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿 读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。4、DS1302的寄存器DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD 码形式。此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器 内容。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单 元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH,其中奇数为读操作，偶数为写操 作；另一类为突发方式下的RAM寄

9、存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字 节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。1.1.5 74LS47芯片电路模块的设计1、74LS4774LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码 块中的数字,通过它解码， 可以直接把数字转换为数码管的显示数字， 从而简化了程 序，节约了单片机的IO开销。2、74LS47译码器原理：译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑 电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效 的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用。1.2设计方案方案

10、一：主芯片采用80C51单片机，运用C语言的知识，日历时钟芯片美国DALLAS公 司推出的高性能、低功耗、带RAM的实时时钟DS1302通过按键进行日历时间设置，显 示器采用点阵图形液晶显示模块，功能是能够用汉字同时显示公历农历和星期。不过该 方案的费用很高。方案二：使用12MHZ晶振与单片机89C51相连接，通过软件编程的方法实现了以24小时 为一个周期，同时显示小时、分钟和秒的要求利用时钟芯片DS1302产生数字钟效果， 再利用数码管动态扫描显示单片机内部处理的数据。具备三个功能：能显示：年、月、 日、时、分、秒信息。第一次选用的方案是第一方案，不过失败了，考虑到费用及可行性问题，我们采用

11、第二1.3主要元器件的介绍1.3.1 74LS471、74LS4774LS47是BCD-7段译码器/驱动器，它的功能是将BCD码转化为数码块中的数字，通 过它解码，可以把数字转换为数码管的显示数字，从而简化了程序，节约了单片机的IO 开销。2、74LS47的引脚126AQABQBCQCDQDBI/RBOQERBIQFLTQGU374LS47人 TEXTV1.3.2 AT89C511、AT89C51是一种带 4K 字节 FLASH 存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable ReadOnly Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机

12、。jUtTl2、AT89C51的功能4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM, 32个I/O 口线，两个16位定时/计数 器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时， AT89C51可降至OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式 停止CPU的工作，但允许RAM，定时7计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方 式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3、AT89C51的引脚1.3.3 2N55511、2N5551是三极管中的一种，它的极性是NPN,直流电流增益hFE最小值：80，最大工

13、作频 率：300 MHz，集电极一发射极最大电压VCEO: 160 V ,集电极连续电流：0.6 A ,功 率耗散： 625 mW ，最大工作温度： + 150 C ，最小工作温度： - 55 C2、2N5551的引脚1.3.4晶振1、石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振 荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系 统提供基准信号。2、晶振的引脚1.3.5 DS13021、DS1302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，它可以 对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年

14、补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。2、DS1302的引脚及结构DS1302的引脚中VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vccl或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vccl+0.2V时,Vcc2给DS1302 供电。当Vcc2小于Vcc 1时，DS1302由Vccl供电。XI和X2是振荡源，外接32.768kHz 晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST 输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次, RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时

15、，所有的数据传送被 初始化，允许对 DS1302 进行操作。如果在传送过程中 RST 置为低电平，则会终止此次 数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.0V之前，RST必须保持低电平。 只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端（双向）， 后面有详细说明。SCLK为时钟输入端。3、DS1302的控制字及寄存器控制字：控制字节的最高有效位（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 指示操作单元的地址;最低有效位（位 0）如为 0 表示要进行写操作，为 1 表示进行读 操作，控制字节总是从最低位开始输出。寄存器：DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为 BCD 码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表 1。* 1自历时间裁存券及口控糾字限ffi相m -765 4 32 1 0MfrSftHIoo 竹r.H iosrM：CK2lfN.UI(MJ “ 59ft|O|MIN