电气工程及自动化文献综述 (10).docx

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1、中国地质大学长城学院 本 科 毕 业 设 计 题 目:自动校时万年历系统设计 学 院工程技术学院专 业电气工程及其自动化学生姓名张洋洋学 号043130334指导教师李建勋职 称正高级工程师2017年 04 月 15日摘 要本设计为自动校时万年历系统设计。它具备有两大功能：能准确显示出年月日、时分秒以及星期、温度等信息；并且具有可以自动调整日期和时间（即自动校时）的功能。本设计采用单片机AT89C52控制串行实时时钟芯片DS1302、温度芯片DS18b20、Ampire12864LCD显示芯片构成了多功能万年历电路,实现了实时时间、日期、温度等显示。通过计算农历和公历日期为农历算法和相应的实现

2、农历和每周显示。DS1302时钟芯片使用的是一个简单的三线接口,单片机的接口节省了很多资源,同时也有备用电池,目前能很好恢复供电,确保有保存时间和数据电路的能力,通过这些优势来解决目前常用的单片机实时时钟和时间不占用资源和可靠性功率损耗等缺点。然而,由于DS1302容易受到环境因素,电路将会出现时钟精度不高、时钟混乱等问题。所以本设计为通过按键来读取GPS数据从而实现电子万年历的精确自动校时。 关键词：单片机; 自动校时; 万年历; GPSABSTRACTThis design is designed for automatic school calendar. It has two func

3、tions: the ability to accurately display the date, time, and temperature, etc. And it has the ability to automatically adjust the date and time (that is, automatic correting time). This design USES the single chip microcomputer AT89C52 control serial real-time clock chip DS1302, temperature chip DS1

4、8b20, Ampire12864LCD display chip form the multifunction calendar circuit, realize the real-time display time, date, temperature, etc. The lunar calendar and calendar date are calculated by the lunar calendar and the corresponding lunar calendar and the weekly display. DS1302 clock chip is using a s

5、imple three-wire interface, MCU interface to save a lot of resources, but also have a spare battery, now can restore power, ensure that has the ability to save the time and data circuit, through these advantages to solve the current commonly used microcontroller real-time clock and the time do not t

6、ake up resources and reliability of shortcomings, such as loss of power. However, because DS1302 is vulnerable to environmental factors, the circuit will have a low clock accuracy and clock chaos. So this is designed to be able to read the GPS data through a keypad to achieve the exact automatic sch

7、ool of the electronic calendar.Key words：single chip microcomputer; automatic correcting time; perpetual calendar; GPS 目 录1 绪 论12 现状分析22.1国内现状分析22.2国外现状分析23 需求分析34 整体设计44.1 电路总设计流程框图44.2系统的硬件电路设计44.2.1单片机主控制模块的设计44.2.2时钟电路模块的设计54.2.3温度采集模块设计64.2.4显示模块的设计64.2.5 GPS模块的设计74.3 软件设计74.3.1总程序流程图74.3.2 日期显

8、示程序设计84.3.3 DS18B20初始化程序94.4 阴历，星期转换程序设计124.4.1计算春节离元旦天数124.4.2计算阳历日期离元旦天数134.4.3通过公历日期计算阴历日期（公历日在春节后或就是春节）144.4.4通过公历日期计算阴历日期（公历日在春节前）154.5 GPS接受与模拟发送程序设计174.5.1 GPS模拟发送程序174.5.2 GPS接收端程序174.6按键程序设计185主要芯片原理及说明205.1 时钟芯片DS1302205.2 温度芯片 DS18B20215.3 显示芯片 Ampire128*64235.4 GPS模块GPS-MD255.5 AT89C52单片

9、机265.5.1 IE（中断充许寄存器）265.5.2 TMOD（定时器控制寄存器）275.5.3 TCON（定时器控制寄存器）275.5.4 SCON(串行通信控制寄存器)285.5.5 PCON（电源管理寄存器）286 软件仿真及硬件调试296.1软件仿真与调试296.1.1软件仿真电路图设计296.1.2遇到的问题和解决方法30总 结31参考文献32致 谢33附 录34中国地质大学长城学院2017届毕业设计1 绪 论本次设计的主旨思想是设计一个基于单片机自动校时的多功能电子万年历，单片机AT89C52为本次设计的核心，实现时钟对年月日、时分秒及星期、温度等信息的显示。通过采用单片机AT8

10、9C52控制串行实时时钟芯片DS1302、温度芯片DS18b20、Ampire12864LCD显示芯片构成了多功能万年历电路,实现了实时时间、日期、温度显示。随着电子技术不断的发展，单片机应用的技术突飞猛进，它已经渗入到我们生活中的各个领域，无论是工业的发展还是在现实生活中，我们都已经离不开它。计算机的网络通讯及数据传输、导弹的导航装置、飞机的各种仪表控制，广泛的使用了各种智能IC卡。民用轿车的安全系统、摄影机、全自动洗衣机等等这些都离不开单片机。单片机被广泛的应用在家用电器、医疗设备、仪表仪器，航空设备等领域。2 现状分析2.1国内现状分析随着电子科技技术的迅猛发展，单片机在国内经济领域范围

11、内得到了广泛的应用。单片机开发的技术已经成为了电子信息、电气、自动化、通讯、等专业技术人员必须要掌握的技术。在国内，单片机的学习持续呈现上升的趋势，但是很多人都学习的丝毫没有思路，不知道该如何下手，由于行业发展的十分迅速，国内生产的技术也是不断的在提高。国内的好多企业为了获得更多的投资，在生产规模和质量上面一直不断的创新提高，开发单片机呈现出必然的趋势。我国生产的电子万年历已经有很多，总体上说是研究多功能电子万年历为主要内容，使万年历除了具有时间、日期等基本的功能以外，还具有了闹钟、报警、温度等功能，商家生产的电子万年历更是从质量、价格、实用上面考虑，不断的在改变着电子万年历的设计，使他们更加

12、的市场化。如今，社会越来越智能化，所以开发和学习单片机是科技发展的必要因素。2.2国外现状分析二十一世纪的今天，最具有代表性的计时产品就是电子万年历，它是近代世界钟表届的第三次革命。前两次革命是摆轮游丝的发明，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，并且增加了全自动日期、星期、温度以及其他日常附属信息的显示功能。它更符合了消费者的生活需求。因此，电子万年历的出现带来了钟表届跨越性的进步。通过对比前人的设计，电子万年历虽然很简单明了并且受到很多人的欢迎，但是它不能实现自动校时的

13、功能。时钟芯片的应用将会受到环境的影响,所以电路中会出现时钟精度低、生物钟混乱等问题，当断掉电源，重新打开时，时间、温度、日期等不能自动同步到当时的信息，因此还是需要进一步的改进。3 需求分析通过与前人的比较与分析，想要实现自动校时的功能，这时必须加上GPS技术，它是现代新兴的一种技术，全球定位系统(GPS)是一种先进的技术，有全天候、高精度和自动测量的特点,作为一种新的测量方法和生产力,逐步融入经济建设和社会领域。GPS由24颗卫星组成,分布在6个轨道的表面,包括卫星在轨道上27颗。全球定位系统(GPS)由美国国防部控制,可以提供两种服务。据报道,在美国,汽车GPS导航系统在2000年之后已

14、经达到了30亿美元；在中国，2000年汽车导航系统销售收入占整个GPS销售收入的35.4%。然而,我国GPS导航的发展落后,和GPS的应用控制,定位和跟踪仍处于引进阶段。时钟芯片的应用将会受到环境的影响,所以电路中会出现时钟精度低、生物钟混乱等问题，这就需要人们不时进行校时工作,这无疑是一个棘手的事情。这个设计将GPS和传统受欢迎的52单片机结合在一起,GPS校时为了准确显示时间、日期,只要一个按钮就可以检查校时。4 整体设计利用AT89C52作为主要控制芯片;DS1302提供时钟;数字温度传感器DS18B20为温度芯片;LCDampire12864为显示芯片;GPS-MD 为GPS接收模块，

15、由主控制芯片作为其他控制功能芯片,实现多功能万年历的功能。4.1 电路总设计流程框图AT89C52主控模块Ampire12864LCD显示模块DS1302时钟模温度采集模块按键模块GPS模块 图4.1 电路总设计流程框图这个设计由AT89C52单片机作为控制核心,内部存储空间大、低功耗、低价格、稳定运行;DS1302为0为时钟电路,它可以对年、月、日、星期计时，有寿命长、精度高、低功耗等特点,并且有一个闰年补偿功能,可以读取和写入到内存软件注册数据,通常能在断电情况下工作,只有3个引脚与单片机连接就可以实现其功能,温度采集由DS18B20组成,通过单片机的串行通信。内度上由两个8位寄存器来存储

16、16为温度值;LED液晶显示器由ampire12864组成部分,该芯片可以显示8 * 4汉字或相应的号码,LED液晶是由列向倒序的ks0208LCD芯片,清晰显示,且有简单的外围电路。4.2系统的硬件电路设计4.2.1单片机主控制模块的设计：AT89C52单片机是一个40引脚双插芯片,总共4个8位的I / O端口(P0,P1,P2,P3),每条I / O线可以独立为输出或输入。单片机最小系统如下所示,18引脚(XTAL2)和19引脚（XTAL1)接晶振提供芯片时序,和19引脚(XTAL1)上振荡器相位反相放大器的输入端,连接到一个外部的晶体振荡器,18引脚(XTAL2)是反向振荡北部的输出端，

17、和另一端与外部晶振和微调电容器连接。9引脚(RST)复位输入,如(图4.2)连接到电容,电阻,开关,重置按钮组成电路,20引脚(GND)为接地,40引脚(VCC)为电源。这些端口可以连接到单片机的系统,所以它可以正常工作。 图4.2 主控制系统4.2.2时钟电路模块的设计：如(图4.3)显示了DS1302和AT89C52的连接电路,VCC2和5V电源连接,VCC1与电池用于DS1302的主要电源时关机,RST与P1.5连接,SCLK与P1.6连接,I / O口与P1.7连接,X1,X2和晶振组成,可以准确地获得第二个信号频率。跟电子表的晶振一样,产生更精确的时间时钟信号通常是使用32.768K

18、晶体。电路连接完成后,单片机与RST,SCLK,I/O相互连接来控制DS1302。 图4.3 DS1302的引脚图4.2.3温度采集模块设计如图(4.4)所示。这个设计的温度检测部分使用数字温度传感器DS18B20,它是一个高精度数字温度传感器,传感器与单片机只需要一个数据线就可以传输数据,为了节省端口，是一个很好的选择。本设计采用P1 0和DS18B20的DQ连接,VCC接电源、VSS接地。 图4.4 DS18B20温度采集4.2.4显示模块的设计Ampire128X64是一种图形点阵液晶显示器，采用KS0108LCD驱动芯片，可以显示4*8个汉字或者相应的字符，也可以用于显示图片。显示器采

19、用列向倒序的方式将字模排列在LCD上,从而达成显示的功能。通过P2口连接DB0-DB7，P00=CS1,P01=CS2, P02=R/W,P03=RS,P34=E,其他连线如(图4.5)所示。 图4.5 LCD显示屏4.2.5 GPS模块的设计：GPS模块只需要连接VCC,GND,然后把发送串口RXD与单片机的TXD连接即可实现GPS信息发送。如(图4.6)所示。 图4.2.5 GPS模块图4.6GPS模块图4.3 软件设计4.3.1总程序流程图 初始化键盘扫描程序DS1302程序取温度程序显示年月日，时分秒， 星期阴历GPS接受程序 图4.7 总流程图4.3.2 日期显示程序设计 显示年月日

20、，时分秒，星期，阴历DS1302初始化C=019XX年DS1302初始化C=019XX年20XX年 N Y N END 图4.8 日期显示程序流程图DS1302通过串行传输的数据,输入不同的读指令,你可以读取相应的寄存器数据,并且能进行相关数据存储。4.3.3 DS18B20初始化程序：保持DQ低电平480us,等待高脉冲后拉的存在,存在的时间,等待时间的差距,根据DS18B20的初始化做图,就可以完成DS18B20的初始化。4.3.4 DS18B20读取温度：DS18B20初始化 write_byte(0xCC )跳过ROMwrite_byte(0x44）启动温度转换write_byte(0

21、xCC)跳过ROMwrite_byte(0xBE）读暂存器 高8位=tempmsb 低8位=templsb取16位的中间8位，可显示127+127温度 END 图4.9 DS18B20流程图初始化后,因为它不需要直接访问ROM跳过,然后写温度转换程序,0 XCC指令,没有必要写DS18B20的温度的值,通过读暂存器指令0 XBE读数据,数据是16位,所以即使一个8位变量用于存储,在16日完成DS18B20数据存储模式,根据上述DS18B20温度、提取中间8作为温度的值,这个值在- 127到+ 127,然后与LED连接。DS18B20因为时机的要求是相对较高的,在编程过程中,相应的延迟函数是非常

22、重要的,这个程序使用C编程语言,对于小时间不好控制的汇编语言,是使用C语言通过KEILC反汇编,通过机器周期的数量来计算调用延迟使用汇编语言相应的计算程序。然而,这种方法并不与的C编译器相关,因此也不能完全确定延时函数的调用时间。C语言延迟函数如下:void delay1(int useconds) int s; for (s=0; suseconds;s+); 采用keil中的反汇编功能得到对应的汇编语言如下所示： 反汇编程序 周期数 C:0x0027 7F02 MOV R7,#0x02 1 C:0x0029 7E00 MOV R6,#0x00 1C:0x002B 020003 LJMP d

23、elay1(C:0003) 2 C:0x0003 E4 CLR A 2 C:0x0004 FD MOV R5,A 1 C:0x0005 FC MOV R4,A 1 C:0x0006 C3 CLR C 1 C:0x0007 ED MOV A,R5 1 C:0x0008 9F SUBB A,R7 1 C:0x0009 EE MOV A,R6 1 C:0x000A 6480 XRL A,#P0(0x80) 1 C:0x000C F8 MOV R0,A 1 C:0x000D EC MOV A,R4 1 C:0x000E 6480 XRL A,#P0(0x80) 1 C:0x0010 98 SUBB A

24、,R0 1 C:0x0011 5007 JNC C:001A 2 C:0x0013 0D INC R5 1 C:0x0014 BD0001 CJNE R5,#0x00,C:0018 2 C:0x0017 0C INC R4 1 C:0x0018 80EC SJMP C:0006 2 5: 6: C:0x001A 22 RET 2 经过计算得到在11.0592MHZ晶振下，调用程序与最后一次for程序用时24个机器周期，即24us；其他每运行1次for程序15us。以初始化为列简述一下延时函数的计算： DQ拉到低电平，复位时间选为480s，符合延时要求，因此延时时间为(480-24)/15 -1

25、= 29.4，取30。把DQ拉高，经过70s之后检测存在脉冲，因此延时时间为(70-24)/15-1 = 2.1，取3。在经过400us等待时间隙接受（400-24）/15=25.1，取26。 4.4 阴历，星期转换程序设计 公历年对应的农历数据：每年三字节，格式第一字节BIT7-BIT4 位表示闰月月份，值为0 为无闰月,BIT3-0 对应农历第1-4 月的大小， 第二字节BIT7-0 对应农历第5-12 月大小，第三字节BIT7 表示农历第13 个月大小，月份对应的位为1 表示本农历月大(30 天)，为0 表示小(29 天)，第三字节BIT6-5 表示春节的公历月份,BIT4-0 表示春节

26、的公历日期。 这样就可以把公历转阴历的对照表用3字节存储，要用到时只要根据公历的年月日，通过查找对应表就可以得到相应的阴历年月日。 例如： 表4.1 2010年的对应三个字节为OxOa,Ox95，Ox4e一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月0000101010010101无闰月大小大小大小小大小大小大01001110闰月为小公历春节2月公历春节为14号总体思路：通过查表的方式得到春节离元旦的天数，再计算出阳历日离元旦的天数，通过简单的相减运算就能得到阳历日离春节的天数，依次减去表中存储的阴历大小月，和当年的闰月天数，就能得到阳历日在阴历的哪月，哪天，从而得到阴历显示数据。4.4

27、.1计算春节离元旦天数是否1月春节离元旦=日期+31-1Y春节离元旦=日期-1 春节离元旦天数N End 图4.10 计算春节离元旦天数流程图4.4.2计算阳历日期离元旦天数该月10？阳历日离元旦=day_code2month-10+day-1阳历日离元旦=day_code1month-1+day-1得到当前阳历的日期离元旦的天数。NY EEnd 图4.11 计算阳历日期离元旦天数4.4.3通过公历日期计算阴历日期（公历日在春节后或就是春节）公立日大于等于春节？公历日离春节天数=公历日离元旦天数-春节离元旦天数。月指向1月天数为29天数为30取得给阴历月天日期离春节天数减月天不够减阴历日=的到

28、数+1下月为闰Month+Y大减闰月天数YN查表该农历月大小 END 图4.12 公历日期计算阴历日期4.4.4通过公历日期计算阴历日期（公历日在春节前）公历日离春节天数=春节离元旦-公历日离元旦年=00？年=99，（1999）YN年=年-1 这样取得上一年的月份，月=12有闰年月指向12N月指向13.Y查的该年最后一月的天数公历日离春节数大于最后天数公历春节天数减该月天数，月指向减1，指向前一月闰月？减闰 天数Y该月阴历日期=该月天疏数-公历日离春节天数+1N END 图4.13 公历日期计算阴历日期4.5 GPS接受与模拟发送程序设计 4.5.1 GPS模拟发送程序： 本程序用于protu

29、es仿真软件中，由于该软件内部没有GPS模块，所以使用一块AT89C52单片机仿真GPS模块的发送，波特率设置为9600bps，需要一提，实物的GPS OEM版是4800bps，主要因为设置为4800bps时，仿真软件会出现问题，故仿真时使用了9600，晶振11.0592MHZ。 单片机1S钟间隔发送一次数据串，与实物相同。程序流程图如(图4.14)。串口初始化串行口发送GPRMC形式信息延时1S，再次发送 End 图4.14 GPS模拟发送程序流程图波特率波特率计算方法：0FDH=253，T1的溢出率为fosc/(12*(256-253)=11.0592MHz/36=0.3072MHz=30

30、7.2KHz，波特率=(2SMOD/32)*( T1的溢出率)= 307.2KHz/32=9.6KHz=9600 Hz ，其中SMOD=0。同理可以得到4800bps时，TH1=FAH。 4.5.2 GPS接收端程序： 由于本设计使用的只是GPS OEM版发出信息的GPRMC部分，所以需要对信息进行筛选，得到需要的信息串。在仿真中，发送的就是GPRMC格式，但是为了制造硬件时不出错，还是需要加入判别程序。程序流程图见(图4.15)。 依次判断收到数据的前6个字符是否为“$GPRMC”接受剩余数据，放入serialbuf中是否为字符串接受完毕；Disp-flag=1; N Y N YEnd 图4

31、.15 GPS接受程序流程图4.6按键程序设计 按键设置为P3_6选择调整的相应数据（时分秒等）；P3_5为对应显示数据加1，但不得超过现实实际值；P3_7按下时，把接收到的GPS信息串中的数据写入DS1302并在LCD上显示出来。按键设置了闪烁功能，进行调整的对应位会自动闪烁，本闪烁采用延时的原理。 P36=0Key2+Key=?跳过键盘扫描进行下面的程序进入秒调整阶段，对应位置闪进入秒调整阶段，对应位置闪进入秒调整阶段，对应位置闪进入秒调整阶段，对应位置闪进入秒调整阶段，对应位置闪进入秒调整阶段，对应位置闪P35=0相应调整阶段的数+1；不超过现实极限YY N Y NEnd 图4.16 按

32、键程序流程图5主要芯片原理及说明5.1 时钟芯片DS1302 (1)时钟芯片DS1302的工作原理:DS1302有一个内部RAM存储区域存储时分秒,年月日和其他信息,单片机通过控制字对应DS1302读写内部信息以达到可以获得信息的目的。DS1302之前必须初始化每个读写程序,SCLK一端置“0”,然后RST置“1”,最后才给SCLK脉冲;读/写时间如下(图5.1)所示。DS1302串行发送和接收数据,所以在编写程序必须发送一个串行模拟程序,使DS1302能够正常的工作，此端口的低要求是选DS1302设计的原因。(2)DS1302控制字节DS1302的控制字表5.1所示。第七必须为“1”,若为“

33、0”,则不写数据到DS1302,第六位等于 0,时，表示日历时钟和数据访问,等于1时,说明访问RAM数据;第五到第一位形成一个地址,表示需要操作数据存储在内存的位置低,用来区分区域对应于RAM数据读或写操作,当是1则为读操作,当是0则为写数据。且控制字节总是从最低点开始。 表5.1 DS1302的控制制格式1RAMA4A3A2A1A0RD(3) 数据输入输出 在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时SCLK,写入第二时钟DS1302的前沿。同样,在阅读DS1302数据未来SCLK脉冲的下降沿后8位控制命令字,读取数据从低水平0位向高水平的7位。如下所示(图5.1) 图5.1 DS130

34、2读/写时序图（4）DS1302的寄存器 DS1302有12个寄存器,7个寄存器和日历、时钟有关，存储数据的形式位BCD码形式,如12日有效数据存储为12 H,特定寄存器存储数据的方式(见表5.2。表5.2 DS1302的日历、时间寄存器写寄存器读寄存器Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit080H81HCH10秒秒82H83H10分分84H85H1224010时时86H87H0010日日88H89H00010月月8AH8BH00000星期8CH8DH10年年8EH8FHWP00000005.2 温度芯片 DS18B20Ds18b20温度用16位存储值,最高位是符号位,下表为18 b20温度存储模式,负温度S= 1,正温度S = 0。如0550 h + 850191 h + 25.0625,FC90H是-55。 表5.3 DS18B20温度存储方式