电子万年历的设计与实现.docx

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1、电子万年历的设计与实现 毕业设计（论文）任务书 题目：电子万年历的设计与实现 任务与要求： 设计一以单片机为核心控制的万年历，具有多项显示和控制功能。要求：准确计 时，以数字形式显示当前年月日、星期、时间； 具有年月日、星期、时间的设置和调整功能；自行设计所需直流电源 时间： 2022年9 月 27 日至 2022 年 11 月 23 日共 8 周 所属系部：电子工程系 摘要 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

2、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

3、习题目都是很有价值。 关键词：单片机；万年历 1 目录 1 概述 (5) 1.1单片机原理及应用简介 (5) 1.2系统硬件设计 (6) 1.3结构原理与比较. 错误！未定义书签。2系统总体方案及硬件设计. 错误！未定义书签。 2.1系统总体方案. 错误！未定义书签。 2.2硬件电路的总体框图设计 (12) 2.3硬件电路原理图设计 (12) 3软件设计 (13) 3.1主程序流程图 (13) 3.2显示模块流程图 (14) 4P ROTEUS软件仿真 (15) 4.1仿真过程 (15) 4.2仿真结果 (16) 5课程设计体会 (17) 参考文献 (18) 附录：源程序代码附 (18) 结束

4、语 (25) 2 1 概述 1.1单片机原理及应用简介 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、串行I/O口、定时/计数器、中断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，如工业控制系统、数据采集系统、自动测试系统、万年历电

5、子表等。 单片机的出现，并在各个技术领域中得到如此迅猛的发展，与单片机构成计算机应用系统所形成的下述特点有关： (1)、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。 (2)、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。 (3)、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。 (4)、有优异的性能、价格比。 可以说，对于广大的电子应用专业技术人员，目前国和内国外面临的单片机应用技

6、术，如同60年代面临晶体管技术，70年代面临数字集成电路一样。单片机和可编程门阵列相结合，构成新一代电子应用技术是不可能回避的一项新 型的工程应用技术。 一台完整的微机。随着科学技术的迅猛发展，单片计集成度高、体积小、运算速度快、功耗低、运行可靠、价格低廉等诸多优点，越来越显现出来。目前可以说单片机已经渗透到我们的生活的各个领域，在工业方面：像过程控制、数据采集，机电一体化、智能化仪器仪表，特别在军事武器控制方面尤为突出。在日常生活方面，我们使用彩电、洗衣机、电冰箱，录放机、VCD、照相机、手机、高级定时闹钟以及公共汽车上的报站器等等可以说举不胜举。 把单片机的诞生称为计算机发展史上的一个重要

7、里程碑并不过分。单片机的应用，使许多领域的技术水平和自动化程度大大提高。可以说当今世界正在经受一场以单片机技术为标志的新技术革命浪潮的冲击。人们需要掌握单片机知 3 识，跨入单片机应用与开发领域的大门。我们作为理工科的大学生，学习单片机课程尤其显得越来越重要。 1.2系统硬件设计 8052 是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布请参照-单片机引脚图图1： 图1 8052引脚 P0.0P0.7 P0口8位双向口线（在引脚的3932号端子）。 P1.0P1.7 P1口8位双向口线（在引脚的18号端子）。 P2.0P2.7 P2口8位双向口线（在引脚的2128号端子）。 P3.0P3.7

8、P2口8位双向口线（在引脚的1017号端子）。 8052芯片管脚说明： 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FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH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

9、故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 4 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

10、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（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表1所示： 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 /WR 外部数据存储器写选通 P3.7 /RD 外部数据存储器读选通 表1 特殊功能口 P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 R

11、ST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。一般情况下，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。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 5 6 /PSEN

12、：外部程序存储器的选通信号。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/PSE N 信号将不出现。 /EA/VPP ：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000 H- FFFFH ），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA 将内 部 锁定为RESET ；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FL ASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP ）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 1.3结构原理与比较 电子万年历既可以通过纯

13、硬件实现，也可以通过软硬件结合实现，根据电子时钟中核心部件秒信号的产生原理，通常有以下三种形式： 1采用NE555时基电路的实现形式 其核心部分555的秒脉冲发生器如图2所示： TRIG 2 Q 3R 4CVo lt 5 THR 6DIS 7 V C C 8 G N D 1 U1555 RA RB C C1 VCC Vo 图2 基于555的秒脉冲发生器 采用NE555时基电路或其他振荡电路产生秒脉冲信号，作为秒加法电路的时钟信号或微处理器的外部中断输入信号，可构成电子钟。由555构成的秒脉冲发生器电路见图。输出的脉冲信号V 的频率F 1.443（RA 2RB ）C ，可通过调节这3个参数，使输

14、出V 的频率为精确的1z 。 2采用石英钟专用芯片的实现形式 7 采用石英钟专用计时芯片实现的电子钟，具有实现简单、计时精度高的特点。石英计时芯片（简称“机芯”）比较多，常见型号的有STP5512F 、SM5546A 和D60400等。现结合康巴丝石英钟常用的5512F 型为例作一简单介绍。利用5512F 的2秒输出信号作为秒加法电路的计数脉冲，可实现电子时钟。5512F 的引脚图如图3所示： SC17V+1 AK 2MO 3M1 4 GND 5 BP 6SC285512F 图3 5512F 的引脚图 其中，引脚7、8为外接晶振及振荡电路，引脚接电源正极，电源为1.5，引脚3、4原为指针用步进

15、电机线圈的输出驱动，这里可用脚作为脉冲输出，频率决定于外接晶振的频率。 3采用基于微处理器的实现形式 利用微处理器的智能性，可方便实现具有智能的电子钟。由于微处理器均具有时钟振荡系统，利用系统时钟借助微处理器的定时计数器可实现电子钟功能。虽然，系统时钟的误差较大，电子钟的累积误差也可能较大，但可以通过误差修正软件加以修正。在总体设计思路中，我将其与过去学习过的数字电路进行了比较，决定采用8052进行设计。 2 系统总体方案及硬件设计 2.1系统总体方案 我选用的是单片机(8052)来实现电子万年历的功能。共具备两个功能: （1）显示年月日及分秒信息 （2）具有可调整日期和时间功能。 该电子万年

16、历能够成功实现时钟运行，调整功能，且精确度经调试一天的误差在2S 内。 (1)微处理器 在设计过程中我使用12MHZ 晶振与单片机8052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,该定时闹钟设有九个按键，使之具备了校时、定时功能。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。 在PROTEUS软件环境下的8052芯片如图4所示： 图4 PROTEUS软件环境下的8052芯片 (2)显示电路 就时钟而言，通常可采用液晶显示或数码

17、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，89C2051本身无专门的液晶驱动接口，因此，本设计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。初始化时，由软件编写的指令就集中在显示功能的设置上。LGM12641BS1R的指令可带一个、两个参数，或无参数。若指令中含有参数，则每条指令执行时均须先送入参数，再送入指令代码。由于状态位作用不一样，因此执行不同指令必须检测不同状态位。液晶显

18、示模块LGM12641BS1R如图5所示： 8 图5 显示电路LGM12641BS1R (3)按键电路 由于我设计的是电子万年历，需要实现多种功能的显示，并要能够切换显示和调节年月日，因此，在设计过程中按键的设计就显得尤为重要。 在设计过程中我一共采用了4个按键，尽量在小的空间里实现最多的功能。其中MODE键是年月日与时间显示切换键，按下一次就能够更换一次显示位。在调整显示环境下UP和DONW键是显示调整位的的加1减1键，FUNCTION键实现清零，并提高万年历显示的精确性。按键电路如图6所示： 9 10 图6 按键电路 2.2硬件电路的总体框图设计 该设计的硬件电路的总体框图如图7所示： 图

19、7 总体框图 2.3硬件电路原理图设计 该万年历是以单片机8052为核心来完成的。 在硬件电路中采用P0口作为6位液晶显示电路的驱动接口，这是由于P0口输出驱动电路工作处于开漏状态,它的驱动能力强,故只需外接上拉电阻便可以把LED 数码管点亮。因为共阴的LED 数码管它的驱动电流是分开的,在单片机进行动态扫描的时候不会影响彼此的电流,故该电路中的8位LED 数码管均用共阳阴极的数码管。8位LED 数码管的位选线分别由相应的P2. 0P2. 5控制,而将其相应的段选线并联在一起,由一个8位的I/O 口控制,即P0口。P3口与八个校时按键相连，以成功实现万年历校时的功能。电路原理图如图8所示： 按键与按钮 电路 复位等辅助电路 液晶显示电路 总体开关 电源系统