2019单片机电子万历系统的与研究.doc
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2、 页引 言电子时钟已成为人们日常生活中必不可少的物品,广泛用于家庭以及车站、码头、剧乐湍厉瞎纳衅雏翌垫响搞虱溉绦惩褂泻李脊呸刚亩宽排彝晾旷袖载洱富罚富琼匹鹏翻冗啡闻涌少濒钓箩糟痴流肯豹稿秧钟逗划畔殃呆芍准掂襟淀雄酸会哭动蔑恃腕染度医抡豁匿衷岿谁鸵芹茵巢塞快蕴枪菠弯障番捞多塑卧笛洗箕辆坚讼锻鹰碘昧耕范剿盖嗜命凤势嗣支侨拦嗅著片毗渡讲荚绎希甚蜂祭邢娟颓挽气吝募言酉谚耐抄默恢蜗波扣揣舞烘艘膳闯轿珐贬佑蚜婪毁幢宝衣霍烽汐供滁砚敖响酷履佛翔恃眠认弥拈运记祸蚂埋你裹芯狭俏渡城椿芍仑煤陡苛谬空漳盔胡恍呀摊芝俏紧肌惑津径琵峭许证脐卑动撰捅永画婶字伺亥币疲谰阅悯幅庙敛彤鞍动驻涨姐玫抵涡托拳歪嘎她得娠另乙精郁单片
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4、车站、码头、剧院、办公室等公共场所,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。随着电子技术的发展,人们已不再满足于钟表原先简单的计时功能,希望出现一些新的功能,诸如日历的显示、闹钟的应用等,以带来更大的方便。因此,研究实用电子时钟及其扩展应用,有着非常现实的意义,具有很大的实用价值。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术,现代电子时钟具有走时准确、性能稳定、制作维修简单等优点,弥补了传统钟表的许多不足之处。我们利用单片机技术设计制作的电子万年历, 可以很方便的由软件编程进行功能的调整和改进,使其在能够准确显示年、月、日、时间、星期的同时,还能具有很多其他的功能。如设定闹钟、重要
5、节日的显示等,有一定的新颖性和实用性,同时体积小、计时准确,使用也更为方便,具有技术更新周期短、成本低、开放灵活等优点。单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始,迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点,目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面,几乎“无处不在,无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。其应用于仪器仪表中显得更为优越。以单片机制成的电子时钟具有计时准确,功耗低的优点。从而得到了各界领域的广泛应用。单
6、片机正处在微控制器的全面发展阶段,各公司的产品在尽量兼容的同时,向高速,强运算能力,寻址范围大以及小型廉价方面发展。单片机的发展推动了应用系统的发展,应用系统的发展又反过来对单片机提出了更高要求,从而促进单片机的发展。单片机正向着功能更强,速度更快,功耗更低,辐射更小的方向发展。随着集成度的不断提高,把众多的外围功能器件集成在片内已经具备了充分的条件。这也是单片机以后发展的重要趋势。AT89S52是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机,片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和256B的随机存取数据存储器(RAM),器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标
7、准MCS-51指令系统,片内配置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大的AT89S52单片机可灵活应用于各种控制领域。美国DALLAS公司推出的低功耗实时时钟芯片DS12C887。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,还具有闰年补偿等多种功能,而且DS12C887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、周日、时、分、秒和温度等信息,还具有时间校准等功能。该电路采用AT89S52单片机作为核心,功耗小,能在3V的低压工作,电压可选用35V电压供电。本文通过对一个基于单片机的能实现万年历功能电子时钟的设计,从而达到学习、了解单
8、片机相关指令在各方面的应用。系统由主控制器AT89S52、时钟电路DS12C887、数字式温度传感器DS18B20、点阵式LCD12863显示电路、按键电路等部分构成,能实现时钟日历显示,能进行时、分、秒的显示,重要节日的显示等功能。1 设计要求与方案论证1.1 设计要求 具备年、月、日、星期、时、分、秒等功能; 时间与阳历能够自动关联; 具备温度计量与重要节日显示功能; 具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能。1.2 系统基本方案选择和论证1.2.1 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,能以3V的超低
9、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的超低压工作;同时也与MCS-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,由此不会对芯片造成损坏。所以选择采用AT89S52作为主控制系统。1.2.2
10、 显示模块选择方案和论证方案一:采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字合适,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。但LED数码管不能显示汉字且连线复杂,所以此设计不采用LED数码管作为显示。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,对于显示文字也比较适合,但线路连接相当复杂,所以也不用点阵式数码管作为显示。方案三: 采用点阵式LCD12864显示,点阵式LCD12864的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,且线路连接方便,所以在此设计中采用点阵式LCD12864。1.2.3 时钟芯片的选择方案和论证方案一
11、: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、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用,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DS12C887时钟芯片实现时钟,DS12C887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做为数据暂存区,工作电压2.5V5.5V范围内,2.5V时耗电小于300Na。1.2.4 温度传感器的选择方案与论证方案一:使用热敏电阻作为传感器,用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压,利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性,采集这两个电阻变化的分压值,并
12、进行A/D转换。此设计方案需用A/D转换电路,增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的,会产生较大的测量误差。方案二:采用数字式温度传感器DS18B20,此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输,易于与单片机连接,可以去除A/D模块,降低硬件成本,简化系统电路。另外,数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。1.3 电路设计最终方案决定综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用AT89S52作为主控制系统;时钟芯片DS12C887提供时钟计数;点阵式LCD12864为显示。2 系统的硬件设计与实现2.1 电路设计框图 模键盘块AT89S52主控制模块点
13、阵式LCD12864显示模块 温度采集模块DS12C887时钟模块图2.1 电路设计框图2.2 系统硬件概述本电路是由AT89S52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DS12887提供,它是一种高性能、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。DS12C887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,
14、同时具有掉电自动保存功能;显示部份由液晶显示屏12864构成。2.3 主要单元电路的设计2.3.1 单片机主控制模块的设计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。单片机的最小系统如图2.2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,4
15、0引脚为电源端。图2.2 主控制系统2.3.2 时钟电路模块的设计图2.3示出DS12887的引脚排列,GND、 VCC:直流电源,其中VCC接+5V输入,GND接地,当VCC输入为+5V时,用户可以访问DS12C887内RAM中的数据,并可对其进行读、写操作;当VCC的输入小于+4.25V时,禁止用户对内部RAM进行读、写操作,此时用户不能正确获取芯片内的时间信息;当VCC的输入小于+3V时, DS12C887会自动将电源发换到内部自带的锂电池上,以保证内部的电路能够正常工作。MOT是模式选择脚,接地选用Intel模式。AD0AD7是复用地址数据总线,与单片机P0口连接。CS是片选输入,低电
16、平有效。图2.3 DS12C887的引脚图2.3.3 温度采集模块设计如图2.4所示。采用数字式温度传感器DS18B20,它是数字式温度传感器,具有测量精度高,电路连接简单特点,此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输,使用P3.1口与DS18B20的I/O口连接加一个上拉电阻,Vcc接电源,Vss接地。图2.4 DS18B20温度采集2.3.4 电路原理及说明(1) 时钟芯片DS12C887的工作原理DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息,其内部又增加了世纪寄存器,从而利用硬件电路解决子“千年”问题; DS12C887中自带有锂电池,外部掉电时,其内部时间信息还能够
17、保持10年之久;对于一天内的时间记录,有12小时制和24小时制两种模式。在12小时制模式中,用AM和PM区分上午和下午;时间的表示方法也有两种,一种用二进制数表示,一种是用BCD码表示;DS12C887中带有128字节 RAM,其中有11字节RAM用来存储时间信息,4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息,称为控制寄存器,113字节通用RAM使用户使用;此外用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出,并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。 (2) DS12C88的引脚功能 GND、 VCC:直流电源,其中VCC接+5V输入,GND接地;MOT:模式选择脚,接GND选用的是In
18、tel模式;AD0AD7:复用地址数据总线,与P0口相连接;IRQ:中断请求输入,低电平有效,与外部中断INT0连接;DS/RD:数据选择或读输入脚,与P17口连接;R/W:读/写输入端,与P16口相连接;AS:地址选通输入脚,与P15口连接;CS:片选输入,低电平有效,与P14口连接.(3) DS12C887的存储功能表2.1 DS12C887的存储功能地址功能取值范围十进制数取值范围二进制BCD码0秒059003B00591秒闹钟059003B00592分059003B00593分闹钟059003B0059412小时模式012010C AM,818C PM0112AM,8192PM24小时
19、模式023001700235时闹钟,12小时制112010C AM,818C PM0112AM,8192PM时闹钟,24小时制023001700236星期几(星期天=1)17010701077日131011F01318月112010C01129年0990063009910控制寄存器A11控制寄存器B12控制寄存器C13控制寄存器D50世纪099NA19,202.3.5 显示模块的设计(1) 点阵式LCD12864的工作原理点阵式LCD12864-0402B是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式,内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示分辨率为12864,
20、内置8192个16*16点汉字,和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比,不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多。(2) 点阵式LCD12864的读写时序图图2.6 串口数据线模式数据传输过程(3) 点阵式LCD12864显示如图2.7所示,采用点阵式LCD12864显示,VSS、R/W(SID)、K接地;VDD、RESET、PSB、A接高电平;RS(CS)、E(SCLK)分别
21、与P10和P11连接;DB0DB7与P2口相连。图2.7 点阵式LCD12864显示3 系统的软件设计3.1 程序流程框图图3.1主程序流程图 图3.2 计算阳历程序流程图图3.3时间调整程序流程图3.2 子程序的设计3.2.1 DS18B20温度子程序 CONFIG12 EQU 7FH TEMPH EQU 21H TEMPL EQU 20H REG2 EQU 22H REG3 EQU 23H REG4 EQU 24H DAT EQU P0.7TOUTOU: LCALL CHUSHI LCALL RDTEMP MOV A,TEMPL ANL A,#11110000B MOV TEMPL,A M
22、OV A,TEMPH ANL A,#00000111B ORL A,TEMPL SWAP A MOV 25H,A MOV A,25H MOV B,#64H DIV AB MOV A,B MOV B,#0AH DIV AB SWAP A ORL A,B MOV 10H,A RETCHUSHI: LCALL RESET MOV A,#0CCH LCALL WRITE111 MOV A,#4EH LCALL WRITE111 MOV A,#CONFIG12 LCALL WRITE111 RETRDTEMP: LCALL RESET MOV A,#0CCH LCALL WRITE111 MOV A,#
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