毕业设计基于STC89C52单片机的可调式电子日历与时钟设计.doc
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1、目 录1概述11.1背景与意义11.2设计内容12设计要求与方案论证12.1 设计要求:12.2 系统基本方案选择和论证12.2.1单片机芯片的选择方案和论证:12.2.2 显示模块选择方案和论证:12.2.3时钟芯片的选择方案和论证:22.3 电路设计最终方案决定23.系统的硬件设计与实现23.1 电路设计框图23.2 系统硬件概述33.3 主要单元电路的设计33.3.1STC89C52单片机管脚说明33.3.2时钟电路模块的设计53.3.3 电路原理及说明64系统的软件设计84.1程序流程框图84.2时间调整程序流程图94.3 计算阳历程序流程图105系统调试与仿真105.1 软件调试问题
2、分析115.2 Proteus 仿真115.3硬件测试115.4软件测试125.5测试结果分析与结论125.5.1 测试结果分析125.5.2 测试结论125.5.3实物图125.5.4调试结果146电路板的制作与检查167作品总结17参考文献17附录18附录一:基于52单片机可调式电子日历与时钟原理图18附录二:基于52单片机可调式电子日历与时钟PCB图19附录三:proteus仿真图19附录四:基于52单片机可调式电子日历与时钟设计C语言程序清单19附录五:基于52单片机可调式电子日历与时钟设计器件目录表24基于52单片机可调式电子日历与时钟系统设计1概述1.1背景与意义 此可调式电子日历
3、与时钟小巧便于携带,界面清爽,一目了然,方便的使您知晓当前时间,并可对时间做出修改,实在是居家旅行日常生活之必备用品!1.2设计内容 在现今的可调式电子日历与时钟具有性能稳定、精确度高、成本低、易于产品化,以及方便、实用等特点。本次设计可分为两部分:硬件系统、软件系统。利用LED显示器能显示出当前的时间包括年月日时分秒的电子日历装置。由于LED显示器只有六个数码管所以同时显示年月日和时分秒。通过键盘的按键来改变的年月日时分秒,利用单片机将RC复位电路、动态显示电路、电源电路、去抖电路等正确的连接在一起,并通过单片机的编程来实现本次设计任务中的要求。2设计要求与方案论证2.1 设计要求:()基本
4、要求 具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能; 时间与阴、阳历能够自动关联; 具有温度计功能; 具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能;2.2 系统基本方案选择和论证2.2.1单片机芯片的选择方案和论证:根据设计内容,提出了如下两种方案:方案一: 采用STC89C52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-52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STC89C
5、52,片内ROM全都采用Flash ROM;能以3V的超底压工作;同时也与MCS-52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89C52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STC89C52作为主控制系统.2.2.2 显示模块选择方案和论证:根据设计内容,提出了如下三种方案: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
6、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: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。所以采用了LED数码管作为显示。2.2.3时钟芯片的选择方案和论证:根据设计内容,提出了如下两种方案: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。所以不采用此方案。方案二: 采用DS1302
7、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时耗电小于300nA. 2.3 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STC89C52作为主控制系统; DS1302提供时钟;LED数码管动态扫描作为显示。3.系统的硬件设计与实现STC89C52主控制模 块3.1 电路设计框图键盘模块LED数码管动态扫描显示模块 DS1302时钟模块3.2 系统硬件概述本电路是由STC89C52单片机为控制核心,具有在线编程功能,低功耗,能
8、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。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;3.3 主要单元电路的设计3.3.1STC89C52单片机管脚说明图3-3-1 AT89S52单片机管脚图 ATMEL公司的
9、STC89C52是一种高效微控制器。采用40引脚双列直插封装形式。 STC89C52单片机是高性能单片机,因为受引脚数目的限制,所以有不少引脚具有第二功能。VCC:供电电压。GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FLASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上
10、拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写1时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址1时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八
11、位地址信号和控制信号。P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入1后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流。P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口,如下表所示:P3口管脚 备选功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INT0(外部中断0)P3.3 INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器1外部输入)P3.6 (外部数据存储器写选通)P3.7 (外部数据存储器读选通)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。ALE
12、/:当访问外部存储器时,地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。PSEN:外部程序存储器的选通信号端。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。/VP:当保持低电平时,则在
13、此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,将内部锁定为RESET;当端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件,应不接。 STC89C52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-52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
14、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. 3.3.2时钟电路模块的设计 图2-3-3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32.768KHz晶振
15、。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,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RSTS置为低电平,则会终止此次数据传送,I/O引脚变为高阻态。上电动行时,在Vcc大于等于2.5V之前,RST必须保持低电平。中有在SCLK 为低电平时,才能将RST置为高电平,I/O为串行数据输入端(双向)。SCLK始终是输入端。图3-2-2 DS1302的引脚图3.3.3 电路原理及说明(1) 时钟
16、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;读/写时序如下图4所示。图5为DS1302的控制字,此控制字的位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。表6为DS1302的日历、时间寄存器内容:“CH”是时钟暂停标志位,当该位为1时,时钟振荡器停止,DS1302处于低功
17、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DS1302的控制字如表2-3-4所示。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 RAM RD 1 A4 A3 A2 A1 A0 /CK /WR 图3-3-3 DS1302的控制字格式图3
18、-3-4 DS1302读/写时序图(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。如下图-2所示 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
19、操作,偶数为写操作;另一类为突发方式下的RAM寄存器,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)。 4系统的软件设计4.1程序流程框图开始初始化读、写日期、时间和温度分离日期时间温度显示值显示子程序农历自动更新子程序日期、时间修改子程序闰月子程返回定时闹铃子程序图4-1 主程序流程图4.2时间调整程序流程图图4-2时间调整程序流程图4.3 计算阳历程序流程图图4-3 计算阳历程序流程图5系统调试与仿真 系统调试包括硬件调试和软件调试,而且两者是密不可分的。我们设计好的硬件电路和软件程序,只有经过联合调试,才能验证其正确性;软硬件的配人情况以及是否达到设
20、计任务的要求,也只有经过调试,才能发现问题并加以解决、完善,最终开发成实用产品。硬件调试分单元电路调试和联机调试,单元电路试验在硬件电路设计时已经进行,这里的调试只是将其制成印刷电路板后试验电路是否正确,并排除一些加工工艺性错误(如错线、开路、短路等)。这种调试可单独模拟进行,也可通过开发装置由软件配合进行,硬件联机调试则必须在系统软件的配合下进行。软件调试一般包括分块调试和联机调试两个阶段。程序的分块调试一般在单片机开发装置上进行,可根据所调程序功能块的入口参量初值编制一个特殊的程序段,并连同被调程序功能块一起在开发装置上运行;也可配合对应硬件电路单独运行某程序功能块,然后检查是否正确,如果
21、执行结果与预想的不一致,可以通过单步运行或设置断点的方法,查出原因并加以改正,直到运行结果正确为止。这时该 程序功能块已调试完毕,可去掉附加程序段。其它程序功能块可按此法进行调试。程序联机调试就是将已调试好的各程序功能块按总体结构联成一个完整程序,在所研制的硬件电路上运行。从而试验程序整体运行的完整性、正确性和与硬件电路的配合情况。在联调中可能会有某些支路上的程序、功能块因受条件制约而得不到相应的输入参数,这时,调试人员应创造条件进行模拟调试。在联调中如发现硬件问题也应及时修正,直到单片机系统的软件、硬件全部调试成功为止。系统调试完成后,还要进行一段时间的试运行,从而检验系统的稳定性和抗干扰能
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