电子万年历的设计毕业论文.doc
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1、 密级: 公开 科科 学学技技术术学学院院 SCIENCE & TECHNOLOGY COLLEGE OF NANCHANG UNIVERSITY 学学 士士 学学 位位 论论 文文 THESIS OF BACHELOR (2008 2012 年) 题 目 电子万年历的设计 学 科 部: 信息学科部 专 业: 电子信息工程 班 级: 08 电子 1 班 学 号: 7020987650 学生姓名: 陈志平 指导教师: 胡斐 I 起讫日期: 2011.11.212012.5.28 南昌大学 科学技术学院 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明: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
2、 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 以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。 作者签名: 日期: 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 授权南昌大学可以将本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。 保 密 ,在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密 。 (请在以上
3、相应方框内打“” ) 作者签名: 日期: 导师签名: 日期: 目 录 摘要:I Abstract.II 第一章 绪论 .1 1.1 选题的依据及意义 .1 1.2 国内外研究现状及发展趋势 .1 1.3 本课题研究内容 .2 第二章 电子万年历的方案与论证 .3 2.1 设计要求 .3 2.2 整体方案的论证 .3 2.3 器件的选择 .3 2.3.1 单片机芯片的选择方案和论证 3 2.3.2 显示模块选择方案和论证 .4 2.3.3 时钟芯片的选择方案和论证 .4 2.4 电路设计最终方案确定 .4 第三章 系统的硬件设计与实现 .5 3.1 电子万年历的系统设计 5 3.2 最小系统设计
4、. .5 3.2.1 时钟电路 5 3.2.2 复位电路 5 3.3 显示电路 .6 3.4 按键电路 .7 3.4.1 键盘接口介绍 .7 3.4.2 按键电路设计 7 第四章 软件设计 .8 4.1 主程序流程图 8 4.2 时间调整程序设计 8 4.3 阳历程序的设计 9 4.4 阴历程序设计 .10 第五章 系统调试与仿真 .13 5.1 软件调试 13 5.2 仿真 13 5.3 硬件调试 .14 5.4 测试结论 .15 结 论 .16 致 谢 .17 参考文献(References) .18 附录一:硬件电路仿真图 .18 附录二:电子万年历原理图 .20 附录三:硬件电路 PC
5、B 图21 附录四:实物图 .22 附录五:元件清单 .23 电子万年历的设计电子万年历的设计 专业: 电子信息工程 学号:7020987650 学生姓名:陈志平 指导老师:胡斐 摘要摘要:单片机应用技术飞速发展,纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上 各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理, 以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子宠物等,这些都离不开单片机。单片机是集 CPU ,RAM ,ROM ,定时,计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小,成本低,功能强,广泛 应用于智能产业和工业自动化上。而 51 系列单片机是各单
6、片机中最为典型和最有代表性的一种。 这次毕业设计通过对它的学习,应用,从而达到学习、设计、开发软、硬件的能力。 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、了解单片 机相关指令在各方面的应用。系统由主控制器 AT89C51、时钟电路 DS1302、显示电路、按键电路、 和复位电路等部分构成,能实现时钟日历显示的功能,能进行时、分、秒的显示。 关键词关键词:单片机;农历查询;万年历 I The design of electronic calendar Abstract: The rapid development of microcomputer applicati
7、on technology, throughout all areas of life we are now, Navigation device from the missile to the plane of the instrument control, From the computer network communications and data transmission to the industrial automation process control and real-time data processing. And we live in a variety of wi
8、dely used smart IC card and electronic pets, which are inseparable from the microcontroller. Microcontroller is a CPU, RAM, ROM timing, counting and multiple interfaces in one of the micro-controller, its small size, low cost, powerful, widely used in smart industries and industrial automation. The
9、51 series of microcontrollers is the most typical and most representative of ones. This graduation project through to study it and application to achieve the study, design development software and hardware capabilities. In this article design a microcontroller-based electronic clock calendar functio
10、n to achieve the design to achieve the learning, understanding of SCM-related instruction in all aspects of the application. System from the main controller AT89C51, clock circuit DS1302, display circuit, key circuit, and reset the circuit and other parts, it can achieve the clock calendar display f
11、unction and can be display the hours minutes and seconds. Keywords: Monolithic single-chip lunar calendar demand perpetual calendars 0 第一章 绪论 1.1 选题的依据及意义 单片机应用技术迅速发展,在我们生活的各个领域,无论工业发展中还是现实生活中都离不 开它,它是集 CPU,RAM,ROM,定时,计数和多接口于一体的微控制器。它体积小,成本低,功能 强大,广泛应用于只能产业和工业自动化上。51 系列单片机是各种单片机中最具典型和最有代 表性的一种。通过这次毕
12、业设计可以让我提升学习,设计,开发软硬件的能力。 电子万年历的设计就是建立在单片机的基础上,它是应用非常广泛的日常计时工具,而且显 示清晰直观,走时准确,可以进行夜视。数字显示的日历钟已经越来越流行,特别是在家庭居室, 办公室,车站和广场等使用,壁挂式 LED 数码显示的日历钟逐渐受到人们的欢迎。1 随着科学技术的快速发展,时间的流逝,从摆钟到现在的电子钟,人类不断的研究,不断创 新纪录。美国 DALLAS 公司推出的具有涓流电流充电能的低功耗实时时钟电路 DS1302.它可以对 年,月,日,周,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
13、电子万年历采用直观的数字显示,可以同时显示年,月,日,周,时,分, 秒和温度等信息,还具有时间校准等功能。该电路采用 AT89C52 单片机作为核心,功能小,能在 3V 的低压工作,电压可选用 35V 电压供电。2 综上所述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,具有管扩大市场前景,值得我们进入深入的研究和了解。 意义: (1)通过设计提高对单片机的认识,进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。 (2)通过设计、制作提高焊接、布局、电路检查能力; (3)通过实际程序设计和调试,逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术,提高软件设计、 调
14、试能力; (4)通过完成一个实际电子产品从电路设计、程序开发、系统调试的完整过程,熟悉以单 片机核心的应用系统开发的全过程,掌握硬件电路设计的基本方法和技术,掌握相关电路参数的 计算方法。 通过此毕业课题的设计,加深对理论知识的理解,学会将学习的理论知识在实际中运用,培 养动手能力和解决实际问题的能力,为今后从事相关工作打下基础。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 随着科学技术的发展,以前的年历已发展成现在的电子万年历,他一开始是采用数字电路实 现的,电路复杂,精确度差,每天都需要调时,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广 泛应用,使得它的电路越来越简单,精确度越来越高,现在的电子万年历
15、一般都是集成芯片和软 件结合实现,电路简单,制作方法简便,给人们生产生活带来了极大的便利,它已成为我们生活 中不可缺少的家居用品。3 1 二十一世纪的今天,最具有代表性的计时产品就是电子万年历,它是近代世界钟表业界的第 三次革命。前两次革命是摆和摆轮游丝的发明,以及石英晶体振荡器的应用,第三次革命就是单 片机数码计时技术的应用(电子万年历) ,使得从原来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,温度以及其他日常附属信息 的显示功能,它更符合消费者的生活需求!因此,电子万年历的出现带来了钟表计时业界跨越性 的进步。 电子万年历的发展趋势将会
16、朝着功能多,读取操作简单,显示更加直观,电路更加简洁,成 本越来越低,满足大部分人的要求。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就是将 CPU 和外围芯片,如程序存储器,数据存储器, 并行,串行 I/O 口,定时/计数器,中断控制器及其他控制器件集成在一个芯片中,支撑单片计 算机。而近年来推出的一些高档单片机还包括有许多特殊功能的单元,如 A/D,D/A 转换器,调制 解调器,锁相环,浮点运算单元等。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,如数据采集系统,自动测试系统等。4 1.3 本课题研究内容 设计一个基
17、于单片机多功能的电子万年历。单片机最为本设计的核心,实现时钟日历的显示: 用 1602 显示月、日、星期、时、分、秒,用 DS1302 作为该设计的实时时钟芯片。 2 第二章 电子万年历的方案与论证 2.1 设计要求 (1)具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能; (2)具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能; (3)校准时具有闪烁功能。 2.2 整体方案的论证 本万年历设计可以采用两种方法 方案一:在 FPGA 芯片上,通过配置 NIOS 软核处理器和相关接口模块,实现了嵌入式系统的硬 件结构。系统用液晶模块显示万年历等汉字字符,用 8 个七段数码管显示电子钟的日期和时间,并 可通过按键对
18、其进行调整。具有高集成度、设计灵活和可移植性较好等特点。但是此种方案的需 要的成本高,作为设计研究不予采取。 方案二: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,但是孕育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。显示电路还可以采用液晶 LCD1602 来实现。 液晶显示器具有微功耗、体积小、 显示内容丰富、超薄轻巧等诸多优点,在本题的制作中,用 液晶来实
19、现数字信息的显示是比较合适的一种选择。采用 DS1302 时钟芯片实现时钟,DS1302 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,工作电压 2.5V5.5V 范围内,2.5V 时耗电小于 300mA。 所以方案二对于我们学 生作为毕业设计最为合适,且作品的精度高,成本低,易于制作研究。 2.3 器件的选择 2.3.1 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 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
20、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-51 系列单片机完全兼容,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。 3 2.3.2
21、显示模块选择方案和论证 方案一:采用 LED 数码管动态扫描,虽然 LED 数码管价格适中,对于显示数字也比较合适,然 而需要显示多位数字和字母时,编程就会变得很复杂,而且占用的单片机口线多。 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:可以通过数码管来显示时钟的日历、时间、温度,使用数码管的优点是直观清楚, 适合用在光线较暗的地方,但是数码管的功耗大,显示单一,并且在电路制作上布线复杂,难度 较高。显示电路还可以采用液晶 1602 来实现。液晶显示器具有微功耗、
22、体积小、 显示内容丰富、 超薄轻巧等诸多优点,在本题的制作中,用液晶来实现数字信息的显示是比较合适的一种选择。 所以采用 1602 液晶显示屏作为显示。 2.3.3 时钟芯片的选择方案和论证 方案一: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。 方案二:采用 DS1302 时钟芯片实现时钟,DS1302 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
23、小于 300mA. 所以采用 DS1302 提供时钟。 2.4 电路设计最终方案确定 综上所述我们最终决定采用单片机 AT89C52 作为时钟的主控制部分,LCD1602 作为显示部分, 时钟信号采用芯片通过设置 4 个按键来实现时间的调整,闹钟的开关。这五个主要部分基本上就 实现了集日历、时间、星期、温度、闹钟于一体的多功能万年历。精确度高,显示直观,轻巧的 优越性具有很高的使用价值。 0 第三章 系统的硬件设计与实现 3.1 电子万年历的系统设计 图 3-1 电子万年历的系统设计 模块说明: DS1302 时钟模块可以输出其当前日期及时间; 键盘输入电路可以调整日期,时间及整体的转换; 显
24、示电路则显示当前的系统运行情况。 3.2 最小系统设计. 单片机要正常运行,必须具备一定的硬件条件,其中最主要的就是三个基本条件:(1)电 源正常(2)时钟正常;(3)复位正常。AT89S51 的引脚如图 3-2 所示。 3.2.1 时钟电路 时钟是单片机的心脏,单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准,有条不絮的一拍一 拍地工作。因此,时钟频率直接影响单片机的速度,时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳 定性。常用的时钟有两种方式:一种是内部时钟方式,另一种为外部时钟方式。本文用的是内部 时钟方式。 AT89S52 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,该高增益反向放大器的输
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