数字万年历课程设计报告

萧萧语歇范文报告范文

精选回答

一、设计任务与要求-

1.1

设计任务-

1.2

设计要求-

1.3

发挥部分-

二、方案总体设计-

2.1

显示部分-

2.2

时钟信号的选择-

2.3

总体方案-

三、硬件设计-

3.1

单片机最小系统-

3.2

DS1302时钟电路-

3.3

LCD液晶显示模块-

3.4

按键电路-

3.5

电源指示灯部分-

四、软件设计-

4.1

主程序流程图显示-

4.2

时间设定程序流程图-

五、系统仿真与调试-

5.1

Proteus仿真软件简介-

5.2

仿真及实物-

六、设计总结-

七、参考文献-

一、设计任务与要求

1.1

设计任务

基于52单片机的DS1302万年历；

1.2

设计要求

基于52单片机，利用DS1302时钟芯片生成万年历，使用液晶显示年月日时分秒，显示值可通过按键修改。

1.3

发挥部分

1)添加了闹钟功能，可设置三个闹钟，闹钟时间可修改；

2)闹钟铃声设置了四种，用户可自由选择；

3)设计了菜单模式方便用户的操作；

二、方案总体设计

2.1

显示部分

方案一：

led数码管（LED

Segment

Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。

方案二：

采用LCD显示。LCD液晶显示具有丰富多样性、灵活性、电路简单、易于控制而且功耗小等优点，对于信息量多的系统，是比较适合的。

鉴于上述原因，我们采用方案二。

2.2

时钟信号的选择

数字时钟是本设计的核心的部分。根据需要可采用以下两种方案实现：

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。采用此方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差大。

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、年进行计数，而且精度高，位的RAM做为数据暂存区，工作电压2.5——5.5V，2.5V时耗电小于300nA。

基于时钟芯片的上述优点，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。

2.3

总体方案

设计总体框架图如图1所示，按照系统设计的要求和功能，将系统分为主控模块、时钟电路模块、按键扫描模块、LCD显示模块、电源电路、复位电路、晶振电路几个模块，系统框图如图1所示。主控模块采用STC89C51单片机，按键模块用4个按键，用于调整时间，显示模块采用LCD1602，时钟电路模块采用DS1302实时时钟实现对时间，日期的操作。

图1

基于STC89C52单片机的电子万年历系统框图

按照系统设计的要求和功能，将系统分为主控模块、时钟电路模块、按键扫描模块、LCD显示模块、电源电路、复位电路、晶振电路几个模块，系统框图如图1所示。主控模块采用STC89C51单片机，按键模块用4个按键，用于调整时间，显示模块采用LCD1602，时钟电路模块采用DS1302实时时钟实现对时间，日期的操作。

三、硬件设计

硬件设计是在单片机最小系统的基础上增加DS1302时钟电路、1602液晶电路、按键电路和电源指示灯模块，各模块详细介绍如下。

3.1

单片机最小系统

STC89C52为40引脚双列直插芯片,有四个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引脚接晶振电路,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,40引脚为电源端。如下图所示：

图2

单片机管脚定义

1）

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P0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/地址的低八位。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外部必须接上拉电阻。

2）

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故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。

3）

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。

4）

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（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：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）；P3.5T1（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）；P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

5）

RST：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。

6）

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低位字节。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。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。

7）

/PSEN：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/PSEN信号将不出现。

8）

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在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，/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FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

9）

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

10）

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

图3

单片机最小系统

晶振电路

时钟振荡电路图3所示，时钟振荡电路用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号，

电路由两个20pF的瓷片电容和一个12MHz的晶振组成，并接入到单片机的XTAL1和XTAL2引脚处，使单片机工作于内部振荡模式。此电路在加电后延迟大约10ms振荡器起振，

在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。

时钟振荡电路如图3所示。

图4

STC89C52晶振电路

复位电路

复位电路由电阻和极性电容组成，如图4所示，通过高电平使单片机复位，在时钟电路开始工作后，当高电平的时间超过大约2us时，即可实现复位。此复位电路同时具备了上电复位和手动复位的功能，上电复位发生在开机加电时，由系统自动完成，手动复位通过一个按键来实现，在程序运行时，若遇到死机，死循环或程序“跑飞”等情况，通过手动复位就可以实现重新启动的操作。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源VCC之间接一个按钮以及在RST端和地之间接一个电阻，如图所示，当人为按下按钮时，则VCC

的+5V电平就会直接加到RST端，由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，只要满足复位时间超过两个机器周期就可以，所以，完全能够满足复位的时间要求。这里晶振大小选用12MHz，电容选用两个20pf的瓷片电容。

图5

复位电路

3.2

DS1302时钟电路

DS1302是美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路DS1302的结构、工作原理及其在实时显示时间中的应用。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。

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。

图6

DS1302管脚定义

X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。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RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，SCLK为时钟输入端。

时钟电路主要由时钟芯片DS1302、晶振等几部分组成，DS1302采用3线串行接口，占用引脚少，如图6所示；DS1302的接口电路如图7所示。

图7

DS1302时钟电路

3.3

LCD液晶显示模块

LCD1602简介

1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。

1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。图8为实物图

图8

1602液晶实物图

显示电路采用LCD1602液晶显示，如图6所示。3脚用于调节LCD1602的背光,4、5、6为LCD1602的控制口，用于控制其写入或是读出指令，7至14脚为LCD1602的数据口，将数传送到LCD1602中。图9为LCD接口电路图。

图9

1602液晶接口电路

3.4

按键电路

在正常状态下LCD1602显示时钟,当按下K4时，液晶显示菜单模式,下面就配合各菜单下按键的作用对数字钟功能进行一一地说明。

菜单模式:

主菜单中有Time,Clock,Music,BACK四个子菜单。

K1:进入Time子菜单

K2:进入Clock子菜单

K3:进入Music子菜单

K4:退回时钟显示界面

1）Time子菜单:

注意:进入Time子菜单模式，设置完之后，需要退回到时钟显示界面才能再次进行调整，但可以进入其他子菜单进行设定。

当前已进入调整时间模式,通过按键可以进行表示时间的各项参数的调节。

K1:切换光标位置,光标所在位置便可以通过K2进行参数调节，光标走向为沿八字形循环移动。

K2:对光标所在的时间参数进行调节，且根据不同的时间参数有不同的调节范围，如小时的十位只有0,1,2的取值，且当小时的十位为2时，小时的个位只能取0,1,2,3,4。被调节的参数在其调节范围内循环改变。

K3:保存当前设定的时间，并且有”Save

Ok”字样提醒用户修改生效，此键按下后退回到主菜单。

K4:不保存当前设定的时间，并且有”Not

Save”字样提醒用户修改无效，此键按下后退回到主菜单。

2）Clock子菜单:

可实现年月日时分秒周的定时!

注意:进入Clock子菜单模式，设置完之后，需要退回到时钟显示界面才能再次进行调整，但可以进入其他子菜单进行设定。

当闹钟响时，按任意键退出。

当前已进入设置闹钟模式,通过按键可以进行3个闹钟时间的设定。

K1:切换光标位置,光标所在位置便可以通过K2进行参数调节，光标走向为沿八字形循环移动。

K3:切换闹钟,在3个闹钟之间循环切换,切换时,若切换前闹钟被修改，便会有”Svae

Yes

No”字样提醒是否修改切换前的闹钟,在此字样下，K3代表Yes，K4代表No,K3按下便是使被修改的闹钟生效，K4则是不保存修改，K3或K4被按下后便切换到下一个闹钟

K4:用于退出Clock模式，在退出Clcok模式前，如果当前显示的闹钟被修改，便会跳出便会有”Svae

Yes

No”字样提醒是否修改切换前的闹钟,在此字样下，K3代表Yes，K4代表No,K3按下便是使被修改的闹钟生效，K4则是不保存修改，K3或K4被按下后便回到主菜单界面。

3）Music子菜单:

当前已进入设置闹铃模式,通过按键可以进行闹铃的设定，注意三个闹钟对应同样的闹铃

K1:选择song1作为闹铃,此键按下后自动退出到显示时钟界面。

K2:选择song2作为闹铃,此键按下后自动退出到显示时钟界面。

K3:选择song3作为闹铃,此键按下后自动退出到显示时钟界面。

K4:选择song4作为闹铃,此键按下后自动退出到显示时钟界面。

按键电路连接图如图10所示：

图10

按键电路

3.5

电源指示灯部分

电源指示灯部分包括一个开关，发光二级管和限流电阻。当电源接通时发光二级管点亮，表明电路已上电。

图11

电源模块

四、软件设计

4.1

主程序流程图显示

主程序首先初始化定时器、LCD1602及DS1302，然后就开始查询按键，有键按下则开始调整时间，若没有按下，则执行下面的时间、日期时间的显示，最后依次循环这些相同的操作，程序的编写采用模块化编程，共分为DS1302模块，LCD1602模块，延时模块，主函数模块，菜单模块，按键模块，主函数模块通过调用各子模块中的外部函数来实现相应的功能,程序源代码请见附件KEIL文件，相应流程图以及系统框架如下图所示：

图12

主程序流程图

图13

系统框架图

4.2

时间设定程序流程图

时间设定程序流程如图14所示

图14

时间设定程序流程图

五、系统仿真与调试

5.1

Proteus仿真软件简介

Proteus软件是英国Labcenter

electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、KEIL和MPLAB等多种编译器。

1）电路图的绘制

运行的程序后进入该仿真软件的主界面。

作图步骤：1.绘图前为了便于作图可作一些设置。如设置栅格、栅格捕捉精度、图形界面颜色、大小等。

2）通过对象选择按钮P,利用其搜索引擎将所需元器件加入到对象选择器窗口列元件清单，如表一所示

表1

元件清单例子

3）放置元器件至图形编辑窗口并调整到合适位置。

4）修改属性，如电阻设置电阻值

5）放置总线至图形编辑窗口。

6）完成元器件之间以及元器件与总线的连线。

7）给与总线连接的导线贴标签以便于系统识别。

图15

Proteus工作界面

电路图连接好以后，双击芯片，选中所需的HEX文件，点击OK，左键左下角的开始按键，仿真便开始进行。

5.2

仿真及实物

具体仿真电路图以及结果展示如下图16所示：

图16

系统仿真电路

实物图：

图17

实物正面图

年月日已经由程序设定好，将会显示出来，再通过按键控制具体时分秒，随着时间流动，年月日会发生相应变化。

图18

按键按后显示图

具体显示结果如上图所示，通过按键切换，可以改变年月日时分秒等数值大小，以及设置闹钟。

六、设计总结

通过此次课程设计结合所学的单片机这门课程的知识，对其应用之一——基于DS1302和LCD1602的万年历，进行设计与实现。总体感觉收获比较多，因为可以将书本上的知识应用到实践当中。一开始不知道如何下手做这个东西，感觉什么都不会，后来咨询了下有经验认识，慢慢入手了。首先，把握整个的设计的大概的流程，然后再对每一个分块进行设计，最后进行调试。此次课程设计感觉收获很多，比如，知道了如何使用DXP以及PROTEUS软件，知道了word文档的规范的重要性，同时我也明白了在学习的道路上没有捷径，只有一步一个脚印，才能真正学到东西！我对硬件与软件的结合也有了基本的了解，产生了浓厚的兴趣，相信以后会有更深的理解。

七、参考文献

【1】李朝青主编

《单片机原理及接口技术》（第三版）北京航空航天大学出版社

【2】杨长兴

刘卫国

主编《C++程序设计》（中国铁道部出版）

长街旧友 2022-07-09 07:48:00

数字万年历课程设计报告

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