电子万年历的设计与制作设计.doc
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1、 天津天津电电子信息子信息职业职业技技术术学院学院 课课 程程 设设 计计 课题名称课题名称 电子万年历的设计与制作电子万年历的设计与制作 班班 级级 通信通信 S11-1 班班 专专 业业 通信技术通信技术 所所 在在 系系 电子技术系电子技术系 2 电子万年历的设计与制作电子万年历的设计与制作 摘要摘要 单片机就是微控制器,是面向应用对象设计、突出控制功能的芯片。单片机接上晶 振、复位电路和相应的接口电路,装载软件后就可以构成单片机应用系统。将它嵌入到 形形色色的应用系统中,就构成了众多产品、设备的智能化核心。本设计就是应用单片 机强大的控制功能制作而成的电子万年历 关键词:单片机;时钟电
2、路;动态扫描;关键词:单片机;时钟电路;动态扫描; 目录目录 3 一、设计要求与方案论证一、设计要求与方案论证 6 6 1.设计要求:6 2.系统基本方案选择:.7 (1)单片机芯片的选择方案和论证:7 (2) 显示模块选择方案和论证:7 (3) 显示器的结构 .8 3.键盘模块的选择:.8 4.方案论证:.9 (1)技术可行性:.9 二、系统的硬件设计与实现二、系统的硬件设计与实现 9 9 1. 电路设计框图:.9 2.系统硬件概述:.10 (1)控制模块 .10 (2)结构 .10 3.脚定义及功能.10 (1)源及时钟引脚 .10 (2)控制引脚.10 (3)I/O 口引脚 11 3片外
3、总线结构11 4.要单元电路的设计:11 (1)控制模块的设计:11 4 (2)模块器件12 (3)电路模块的设计14 (4)电路原理及说明15 (5)数据的输出与输入(I/O) .16 (6) DS1302 的寄存器 16 5. 显示模块的设计17 三、系统的软件设计三、系统的软件设计 1818 1. 程序流程框图:.18 2. 子程序的设计:21 (1) 键盘子程序的实现:.21 (2).读写 DS1302 子程序 .21 3.系统硬件电路设计:.23 4系统硬件 PROTEUS 仿真原理图:.24 5主要单元电路的设计:24 (1)显示 4.1 显示部分设计24 (2)键盘接口:25 (
4、3)按键开关去抖动问题:25 (4)查询式按键及其接口:26 (5)矩阵式键盘及其接口26 (6)键盘扫描控制方式:26 四、测试结果分析与结果四、测试结果分析与结果 2727 5 1. 测试结果分析27 (1)在测试中遇到 LEDLCD16824 不显示 27 (2)按键调整时,不是按单位递增和递减.28 五、系统评价五、系统评价 2828 六、系统程序清单六、系统程序清单 2828 七、谢辞七、谢辞 3131 八、参考文献八、参考文献 3131 绪论绪论 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
5、产品就是电子时钟,它是近代世界钟表业界 6 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源使钟表的走 时差从分级缩小到秒级,代表性的产品就是带有摆或摆轮游丝的机械钟或表。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 从分级缩小到秒级。第三次革命就是单片机数码计时技术的应用,使计时产品的走时日 差从分级缩小到 1/600 万秒,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 光数字显示方式,直观明了,并增加了全自动日期、星期的显示功能,它更符合消费者 的生活需求!因此,电子时钟的出现带来了钟表计时业界跨跃性的进步 本设计采用的是
6、AT89S52 单片机,该单片机采用的 MCU51 内核,因此具有很好的兼 容性,内部带有 8KB 的 ROM,能够存储大量的程序,最突出特点是具有 ISP 在系统烧写功 能,使得烧写程序更加方便。 计时芯片采用 DALLAS 公司的涓细充电时钟芯片 DS1302,该芯片通过简单的串行通信 与单片机进行通信,时钟/日历电路能够实时提供年、月、日、时分、秒信息,采用双电 源供电,当外部电源掉电时能够利用后备电池准确计时。 通过此次设计能够更加牢固的掌握单片机的应用技术,增强动手能力、硬件设计能力 以及软件设计能力。 一、设计要求与方案论证一、设计要求与方案论证 1.设计要求:设计要求: 本电子时
7、钟能动态显示分钟、秒。 2.系统基本方案选择系统基本方案选择: (1)单片机芯片的选择方案和论证)单片机芯片的选择方案和论证: 方案一: 采用 89C51 芯片作为硬件核心,采用 Flash ROM,内部具有 4KB ROM 存储空间,能于 3V 的超低压工作,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,对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。 方案二: 采用 AT89S52,片内 ROM 全都采用 Flash ROM;能以 3V 的超底压工作;同时也与 MCS
8、- 51 系列单片机完全该芯片内部存储器为 8KB ROM 存储空间,同样具有 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对程序的新 增功能需要烧入程序时,不需要对芯片多次拔插,所以不会对芯片造成损坏。 所以选择采用 AT89S52 作为主控制系统. 方案三: 7 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片,附加 31 字 节静态 RAM,采用 SPI 三线接口与 CPU 进行通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的 时钟信号和 RAM 数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小与 31 天时可
9、以自动调整,且具有闰年补偿功能。工作电压宽达 2.55.5V。采用双电源供电 (主电源和备用电源) ,可设置备用电源充电方式,提供了对后备电源进行涓细电流充电 的能力。利用单片机强大的控制功能就可实现实时计时的功能,而且消耗的系统资源少, 程序简单。 (2) 显示模块选择方案和论证:显示模块选择方案和论证: 方案一: 采用 LED 液晶显示屏,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,所以在此设计中不采用 LED 液晶显示屏. 方案二: 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 文字比较适合,如采用在显示
10、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 扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少。 LED 显示数码管 常见的 LED 显示具有清晰明亮的特点。是显示接口也是绝大多数单片机应用系统必 备的部件之一。 发光二极管组成的显示器是单片机应用产品中最常用的廉价输出设备。它由若干个 发光二极管按一定的规律排列而成。当某一个发光二极管导通时,相应的一个点或一笔 画被点亮,控制不同组合的二极管导通,就能显出各种字符。 所以采用了 LED 数码管作为显示。 (3) 显示器的结构显示器的结构
11、常用的 7 段显示器的结构如图所示,发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示 器,阴极连在一起的成为共阴显示器。1 位显示器由 8 个发光二极管组成,其中 7 个发光 二极管 ag 控制 7 个笔画的亮或暗,另一个控制一个小数点的亮和暗,这种笔画的七段 显示器能显示的字符较少,字符的形状有些失真,但失控简单,使用方便。 8 3.键盘模块的选择键盘模块的选择: : 在对日期和时间进行切换,对日期和时间进行调节校准过程 中,系统需要产生激 励电流,因此需要用按键。 方案一:使用独立式键盘。独立式键盘是指直接用 I/O 口线构成的单个按键电路。 独立式按键电路配置灵活,软件结构简单。 方案二:使用矩
12、阵式键盘。矩阵式键盘是由行线和列线组成,按键位于行、列的交 叉点上,行线、列线分别连接到按键开关的两端。其特点是简单且不增加成本,这种键 盘适合按键数量较多的场合。 根据以上的论述,因本系统需要的按键不多,日期加 1 键,月数加 1 键,年数加 1 键,分数加 1 键,时数加 1 键,时间/日期切换键,要求简单。所以采用方案一独立式 键盘。 4.方案论证方案论证: (1)技术可行性)技术可行性: 随着国内超大规模集成电路的出现,微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。集成 技术的最新发展之一是将 CPU 和外围芯片,如程序存储器、数据存储器、并行 I/O 口、 串行 I/O 口、定时/计数器、中断
13、控制器及其他控制部件集成在一个芯片之中,制成单片 计算机(Single-Chip Microcomputer) 。而近年来推出的一些高档单片机还包括有许多 特殊功能单元,如 A/D、D/A 转换器、调制解调器、通信控制器、锁相环、DMA、浮点运 算单元、PWM 控制输出单元、PWM 输出时的死区可编程控制功能等。因此,只要外加一些 扩展电路及必要的通道接口就可以构成各种计算机应用系统,如工业流水线控制系统、 作为家用电器的主控制器、分布式控制系统的终端节点或作为其主控制节点起中继的作 9 用、数据采集系统、自动测试系统等。 单片机的出现,并在各技术领域中得到如此迅猛的发展,与单片机构成计算机应
14、用 系统所形成的下述特点有关: 单片机构成的应用系统有较大的可靠性。这些可靠性的获得除了依靠单片机芯片本 身的高可靠性以及应用有最少的联接外,还可以方便地采用软、硬件技术。 系统扩展、系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统,应用系统有较 高的软、硬件利用系数。 由于构成的应用系统是一个计算机系统,相当多的测、控功能由软件实现,故具有 柔性特征,不须改变硬件系统就能适当地改变系统功能。有优异的性能、价格比。 综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用 C52 作为主控制系统; LED 数码管动 态扫描作为显示。 二、系统的硬件设计与实现二、系统的硬件设计与实现 1. 电路设计框图:电
15、路设计框图: 2.系统硬件概述:系统硬件概述: (1)控制模块控制模块 AT89S52 单片机为 40 引脚双列直插芯片,有四个 I/O 口 P0,P1,P2,P3, MCS-51 单片机 共有 4 个 8 位的 I/O 口(P0、P1、P2、P3),每一条 I/O 线都能独立地作输出或输入。 如图所示。 (2)结构结构 按功能分为 8 部分:CUP,程序存储器,数据存储器,时钟电路,串行口,并行 I/O AT89C52 主控制模 块 时钟模块 LED 数码管动态扫 描显示模块 键盘模块 10 口,中断系统,定时/计数器。 3.脚定义及功能脚定义及功能 (1)源及时钟引脚源及时钟引脚 Vcc:
16、接+5V 电源 Vss:接地 XTAL1 和 XTAL2:时钟引脚,外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时,此两引脚端 用于外接石英晶体和微调电容;当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。 (2)控制引脚)控制引脚 RST/Vpq:RST 是复位信号输入端,Vpd 是备用电源输入端。当 RST 输入端保持 2 个 机器周期以上高电平时,单片机完成复位初始化操作。 当主电源 Vcc 发生故障而突然下降到一定低电压或断电时,第 2 功能 Vpd 将为片内 RAM 提供电源以保护片内 RAM 中的信息不丢失。 ALE/PROG:地址锁存允许信号输入端。在存取外存储器时,用于锁存低 8 位地址信 号。
17、当单片机正常工作后,ALE 端就周期性地以时钟振荡频率的 1/6 固定频率向外输出正 脉冲信号。此引脚的第 2 功能 PROG 是对片内带有 4K 字节 EPROM 的 8751 固外程序时,作 为编程脉冲输入端。 PSEN:程序存储器允许输出端。当片外程序存储器的读选通信号,低电平有效。CPU 从外部程序存储器取指令时,PSEN 信号会自动产生负脉冲,作为外部程序存储器的选通 信号。 EA/Vpp:程序存储器地址允许输入端。当 EA 为高电平时,CPU 执行片内程序存储器 指令,但当 PC 中的值超过 0FFFH 时,将自动转向执行片外程序存储器指令;当 EA 为低 电平时,CPU 只执行片
18、外程序存储器指令。 (3)I/O 口引脚口引脚 P0.0P0.7:P0 口 8 位双向 I/O 口; P1.0P1.7:P1 口 8 位准双向 I/O 口; P2.0P2.7:P2 口 8 位准双向 I/O 口; P3.0P3.7:P3 口 8 位准双向 I/O 口。 3片外总线结构片外总线结构 分为三部分:数据总线 Data Bus(DB),地址总线 Address Bus (AB),控制总线 Control Bus(CB). 本电路是由 AT89C52 单片机为控制核心,具有在线编程功能,低功耗,能在 3V 超低压 工作;时钟电路由 DS1302 提供,它是一种高性能、低功耗、带 RAM
19、的实时时钟电路,它 11 可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为 2.5V5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节 的时钟信号或 RAM 数据。DS1302 内部有一个 31*8 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。 可产生年、月、日、周日、时、分、秒,具有使用寿命长,精度高和低功耗等特点,同 时具有掉电自动保存功能;温度的采集由 DS18B20 构成;显示部份由 4 个数码管, 74ls138、74ls47 译码器构成。使用动态扫描显示方式对数字的显示。 4. 单元电路的设计单元电路的设计: (1)控制模块的设计:
20、)控制模块的设计: 单片机原理单片机原理 单片机就是简化的微型计算机。CPU 中本身自带存储器 ROM 和 RAM。CPU 片内也有总 线。IC(集成电路)技术是将电路通过特殊工艺做在一块硅基片上封装成芯片,比如 CPU,片外存储器等等。 将单片机 CPU(比如 51 系列),晶振,存储器,地址锁存器,逻辑门,七段译码器(显 示器),按钮(类似键盘),扩展芯片,接口等通过 PCB 工艺(比如 SMT 贴片,或者插 装)做在环氧树脂板上。这样才是一个完整的单片(做在一块 PCB 板上)的微型计算机。 AT89S52 单片机为 40 引脚双列直插芯片,有四个 I/O 口 P0,P1,P2,P3,
21、MCS-51 单片 机共有 4 个 8 位的 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下图所示,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 后够上电复位电路,20 引脚为接地端,40 引脚为电源端. 如图-1 所示 12 图-1 主控制系统 (1)一个 8 位的微处理器(CPU) (2)片内数据存储器 RAM(128B/256B) (3)片内
22、程序存储器 ROM/EPROM(4kB/8kB) (4)4 个 8 位并行 I/O 拉口 P0-P3,每个口既可以作输入也可以作输出 (5)2 个 16 位定时器/计数器 (6)5 个中断源的中断控制系统 (7)1 个全双工的串行 I/O 接口 (8)片内时钟振荡器 (2)模块器件)模块器件 74LS16474LS164 它是个串入并出的 8 位移位寄存器,它常用于单片机系统中,下面结束一下这个元件 的基本知识: 74LS164 引脚图 13 74LS164_内部功能图 74LS164_逻辑符合表 串行输入带锁存 时钟输入,串行输入带缓冲 异步清除 最高时钟频率可高达 36Mhz 功耗:10m
23、W/bit 74 系列工作温度: 0C to 70C Vcc 最高电压:7V 输入最高电压:7V 高电平:0.4mA 低电平:8mA (3)电路模块的设计)电路模块的设计 图-2 示出 DS1302 的引脚排列,其中 Vcc1 为后备电源,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 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电。 当 Vcc2 大于 Vcc1+0.2V 时,Vcc2 给 DS1302 供电。当 Vcc2 小于 Vcc1 时,DS1302 由 Vcc1 供电。X1 和 X2 是振荡源,外接 32.KHz 晶振。RST 是复位/片选线,通过
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