基于AT89C51单片机的电子万年历的设计_课程设计报告

课程设计报告

设计名称：电子万年历设计

专业班级：自动化10101班

完成时间：2013年6月9日

报告成绩：

摘要

本文介绍了基于AT89C51单片机的多功能电子万年历的硬件结构和软硬件设计方法。系统以AT89C51单片机为控制器，以串行时钟日历芯片DS1302记录日历和时间，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能。万年历采用直观的数字显示，可以在LED上同时显示年、月、日、周日、时、分、秒，还具有时间校准等功能。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，具有广阔的市场前景。

关键字AT89C51；电子万年历； DS1302

1 绪论

1.1 课题研究的背景

随着科技的快速发展，时间的流逝,从观太阳、摆钟到现在电子钟，人类不断研究，不断创新纪录。它可以对年、月、日、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。对于数字电子万年历采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、时、分、秒和温度等信息，还具有时间校准等功能。该电路采用AT89C51单片机作为核心，功耗小，能在3V 的低压工作，电压可选用3~5V电压供电。

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，具有广阔的市场前景。

1.2课题的研究目的与意义

二十一世纪是数字化技术高速发展的时代，而单片机在数字化高速发展的时代扮演着极为重要的角色。电子万年历的开发与研究在信息化时代的今天亦是当务之急，因为它应用在学校、机关、企业、部队等单位礼堂、训练场地、教学室、公共场地等场合，可以说遍及人们生活的每一个角落。所以说电子万年历的开发是国家之所需，社会之所需，人民之所需。

由于社会对信息交换不断提高的要求及高新技术的逐步发展，促使电子万年历发展并且投入市场得到广泛应用。

1.3课题解决的主要内容

本课题所研究的电子万年历是单片机控制技术的一个具体应用，主要研究内容包括以下几个方面：

（1）选用电子万年历芯片时，应重点考虑功能实在、使用方便、单片存储、低功耗、抗断电的器件。

（2）根据选用的电子万年历芯片设计外围电路和单片机的接口电路。

（3）在硬件设计时，结构要尽量简单实用、易于实现，使系统电路尽量简单。

（4）根据设计的硬件电路，编写控制AT89C51芯片的单片机程序。

（5）通过编程、编译、调试，把程序下载到单片机上运行，并实现本设计的功能。

（6）在硬件电路和软件程序设计时，主要考虑提高人机界面的友好性，方便用户操作等因素。

（7）软件设计时必须要有完善的思路，要做到程序简单，调试方便。

2 系统的总体设计

单片机电子万年历的制作有多种方法，可供选择的器件和运用的技术也有很多种。所以，系统的总体设计方案应在满足系统功能的前提下，充分考虑系统使用的环境，所选的结构要简单使用、易于实现，器件的选用着眼于合适的参数、稳定的性能、较低的功耗以及低廉的成本。

2.1系统方案的构想与确定

方案一：系统分为主控制器模块、显示模块、按键开关模块，主控制模块采用AT89C52单片机为控制中心，显示模块采用普通的共阴LED数码管，键输入采用中断实现功能调整，计时使用AT89C52单片机自带的定时器功能，实现对时间、日期的操作，通过按键盘开关实现对时间、日期的调整。

方案二：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、晶振电路等模块。主控模块采用AT89C52单片机，按键模块用四个按键，用于调整时间，显示模块采用LCD1602，时钟电路模块采用DS1302时钟芯片实现对时间、日期的操作。

两个方案工作原理大致相同，只有显示模块和时钟电路不同。LED数码管价格适中，对于数字显示效果较好，而且使用单片机的端口也较少； LCD1602液晶显示屏，显示功能强大，可以显示大量文字、图形，显示多样性，清晰可见，价格相对LED数码管来说要昂贵些，但是基于本设计显示的东西较多，若采用LED数码管的话，所需数码管较多，而且不利于控制，因此选择LCD1602作为显示模块。DS1302是一款高性能的实时时钟芯片，以计时准确、接口简单、使用方便、工作电压范围宽和低功耗等优点，得到广泛的应用，实时时钟有秒、分、时、星期、日、月和年，月小于31天时可以自动调整，并具有闰年补偿功能，而且在掉电时能够在外部纽扣电池的供电下继续工作。单片机有定时器的功能，但时间误差较大，且需要编写时钟程序，因此采用DS1302作为时钟电路。

对比以上方案，结合设计技术指标与要求我们选择了方案二进行设计。

2.2 器件的选用

元件名称型号数量/个

单片机 AT89C52 1

时钟芯片 DS1302 1

晶振 12MHz 1

晶振 32.768kHz 1

电容 30pF 2

电容 22uF 1

按键开关 4

电阻 10K 9

滑动变阻器 1K 1

电池 1.5V 4

LCD LCD1602 1

电源Vcc +5V 1

导线若干

2.3逻辑总框图:

该电子万年历的总体设计框图如图(1)所示。

3 系统硬件电路的设计

3.1主控制系统

单片机中央处理系统的方案设计，选用AT89C52单片机作为中央处理器，如图（2）所示。该单片机除了拥有MCS-51系列单片机的所有优点外，内部还具有8K的在系统可编程FLASH存储器，低功耗的空闲和掉电模式，极大的降低了电路的功耗，还包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。

3.2时钟振荡电路

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30pF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。电路中两个电容C1、C2的作用使电路快速起振，提高电路的运行速度。

图（3）时钟振荡电路图图（4）复位电路

3. 3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。此复位电路为上电复位，较为简单。若改进可以添加手动复位的功能，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之间接一个按钮和一个电阻。

3．4 DS1302时钟电路

时钟电路主要由时钟芯片DS1302、备用电池、晶振等几部分组成，如图(6)所示。DS1302采用3线串行接口，占用引脚少，内部集成了可编程日历时钟，用户可以根据需要通过单片机的控制来自行设置，支持双电源供电，可以使用外部主电源和备用电源，备份电源能够使时钟芯片继续工作。

图（5） DS1302管脚图图（6） DS1302时钟电路

DS1302各引脚的功能为：

8: Vcc1：备用电池端；

1: Vcc2：5V电源。当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2< Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电；

7: SCLK：串行时钟，输入；

6: I/O：数据输入输出口；

5: CE/RST：复位脚；

2、3: X1、X2 是外接晶振脚（32.768KHZ的晶振）；

4: 地（GND）。

DS1302有关日历、时间的寄存器：

图（7）DS1302有关日历、时间的寄存器

1、秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。当初始上电时该位置为1，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；只有将秒寄器的该位置改写为0时，时钟才能开始运行。

2、小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为高时，选择12小时模式。在12小时模式时，位5是，当为1时，表示PM。在24小时模式时，位5是第二个10小时位

3、控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。在对任何的时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0。当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。也就是说在电路上电的初始态WP是1，这时是不能改写上面任何一个时间寄存器的，只有首先将WP改写为0，才能进行其它寄存器的写操作。

DS1302读写时序

DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。DS1302的控制字如图（8）：

图（8）DS1302的控制字图

控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。

位6：如果为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（A4～A0）：指示操作单元的地址；

位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。读数据：

读数据时在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据是从最低位到最高位。

写数据：

控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入也是从最低位（0位）开始。

3．5按键电路

按键电路由四个轻触开关组成，如图(9)所示。按键用来调整时间，其一端直接接到单片机的端口，另一端接地，当按下按键时，相应的端口变为低电平，通过一个与门只要这四个按键有一个按下就会在P3.2检测到一低电平就触发外部中断0进入按键调节程序中，通过与个各键相连的端口P3.4_P3.7可以判断是哪个键按下，从而作相应的操作。

图(9) 按键电路

3.6显示电路

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有若干个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。显示电路采用LCD1602液晶显示，如图(10)所示，图中只画出了其相应的接口，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(10) LCD1602显示电路

LCD1602的特性

+5V电压，对比度可调；

内含复位电路；

提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；

有80字节显示数据存储器DDRAM；

内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM,8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM；

基本操作时序：

读状态：输入：RS=L，RW=H，E=H；输出：DB0～DB7=状态字；

写指令：输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=指令码；输出：无。

读数据：输入：RS=H，RW=H，E=H；输出：DB0～DB7=数据；

写数据：输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=数据；输出：无。

LCD1602的各种指令不再一一说明。

4 系统的软件设计

4.1程序流程图

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和日期，若没有按下，则执行下面的时间、日期的显示，最后依次循环这些相同的操作，相应流程图如图（11）所示：

图（12）程序流程图

按键的检测是通过中断的办法来实现，利用按键进行间调整。 K1按下则开始设置时间及日期，同时在第一行最右端显示被选择的对象，第一次按下K1时，设置年份，若按下K3，则是减1操作，按下K2是加1操作，设置好年后，第二次按下K1时，则是设置月份，按K3减，按K2则加1，依次循环下去，则可以将时间和日期设置完毕，K4是确定键，设置好按下即可保存设置了。

4. 2软件设计

软件总设计：主程序首先对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时/计数器模式，置位总中断允许位EA，并对键盘端口置位，再对LCD1602初始化，DS1302初始化。接着扫描键盘，在键盘程序里面是对时间、日期及闹钟的调整，最下面是时间的显示。

软件程序编写：软件程序编写的好坏直接影响着系统运行情况的良好。因

本程序涉及的模块较多，所以程序编写也采用模块化设计，C语言具有编写灵活、移植方便、便于模块化设计的特点，所以本系统的软件采用C51编写。

具体程序见附件一：程序

4.3软件调试

在软件调试过程中，当调节时间和日期后，单片机上电后更新的是PC的时间，后来查找资料发现，是设置ds1302的问题，

对于开发板上的液晶一般RW都接的地，故不需要读液晶状态，也不需要读忙，但在仿真中还是加上了这一部分。

还有一个问题，在按键操作时有时会出现功能不稳定，这是由于按键存在抖动，所以后来加个去抖动的延时后在判断，基本就可以解决问题，

5整体电路与仿真结果分析

电子万年历硬件电路图及仿真如图（13）所示，系统由AT89C52单片机，按键扫描电路、显示电路、时钟电路、晶振电路、复位电路及电源指示电路。

仿真正确显示了时间，在LCD1602中正确显示了当前日期、时间，通过按按键K1,就可以开始设置时间,依次按K1依次在年、月、日、时、分之间切换，，按K2键用于加1操作,K3键用于减1操作，K4是确定按钮。仿真正确显示了时间和日期，符合设计的要求。

图（13）电子万年历硬件电路图

结论与心得

在这学期的课程序设计中，收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手制作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在课程序设计里，我们学会了很多学习的方法，知道了理论和实践的巨大差别。而这是以后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。同时在与老师和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。通过自己的努力，做出了一个万年历，对以后的学习是一个莫大的鼓舞，激起了我的学习兴趣和开发创新思维。

致谢

从一定程度上说，通过本次的电子万年历的设计，让我懂得了许多光靠书本阅读学不来的知识，并且，在整个设计的过程中，发现自己还有好专业的基础知识还没有掌握，这让自己有了很深的醒悟，在接下来的学习中，应该告诫自己多花时间放在学习上，尽可能的让自己的专业知识扎实一些，最后能够勉强成功完成本次的课程设计。

在这里，我要衷心的谢谢我的父母给与我上大学的机会，让我有机会接触这方面的知识，丰富自己的专业知识其次，我要感谢学校的教育方针，是学校一起组织我们大家开展此项课程设计课程，并且严格要求我们独立做出实物来，严格把好了质量这一关；再者，我还要感谢单片机技术的授课老师王老师，在她的带领和指导下，让我们学习和了解了单片机方面的知识，在此基础上，我们才能完成本设计的所有任务，也是她让我知道我应该利用自己尽可能多的时间用知识来充实自己，不要浪费现在学习新知识的大好时光，由衷的谢谢王老师，您辛苦。最后，我要感谢身边的同学在课程设计的过程中给予我的很多帮助，在设计的过程中，遇到的许多问题也都得益于身边同学的帮助，我真诚的感谢你们每一个人，生活在这样的一个集体，我感觉很快乐很充实，这是一个既能让我们感觉温暖又能学到知识的好地方。

参考文献

[1] 张毅坤陈善久，单片微型计算机原理及应用西安电子科技大学出版社

[2] 张毅刚，，彭喜元，单片机原理与应用设计电子工业出版社

[3] 赵建领薛园园，零基础学单片机C语言程序设计机械工业出版社

[4] 周向红 51单片机课程设计华中科技大学出版社,

[5] 赵亮侯国锐. 单片机C语言编程与实例人民邮电出版社

附录

实验源代码：

#include

#include

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

sbit IO= P1^0; //DS1302数据线

sbit SCLK = P1^1; //DS130时钟线

sbit RST = P1^2; //DS1302复位线

sbit RS = P2^0; //LCD数据/命令选择端

sbit RW = P2^1; //LCD读/写控制

sbit EN = P2^2; //LCD使能端

sbit K1=P3^4; //选择

sbit K2=P3^5; //加

sbit K3=P3^6; //减

sbit K4=P3^7; //确定

uchar tCount=0;

uchar MonthsDays[]={0,31,0,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};

uchar *WEEK[]={"SUN","MON","TUS","WEN","THU","FRI","SAT"};

uchar LCD_DSY_BUFFER1[]={"DATE 00-00-00 "}; //显示格式

uchar LCD_DSY_BUFFER2[]={"TIME 00:00:00 "};

uchar DateTime[7]; //所读取的日期时间

char Adjust_Index=-1; //当前调节的时间对象：，，分，是，日，月，（1,2,3,4,6）uchar Change_Flag[]= "-MHDM-Y"; //（分，时，日，月，年）（不调节秒与周）/*---------延时程序------------------*/

void DelayMS(uint ms)

{

uchar i;

while(ms--){for(i=0;i<120;i++);}

}

//-----------向DS1302写入一字节------------------// void Write_A_Byte_TO_DS1302(uchar x)

{ uchar i;

for(i=0;i<8;i++){

IO=x&0x01; //每一位与1与存入IO中

SCLK=1;SCLK=0; //一个高脉冲将数据送入液晶控制器

x>>=1; // 右移

}

}

//-----------从DS1302读取一字节------------------// uchar Get_A_Byte_FROM_DS1302()

{ uchar i,b=0x00;

for(i=0;i<8;i++){

b |= _crol_((uchar)IO,i);

SCLK=1;SCLK=0; //每一个高脉冲读取一位数据}

return b/16*10+b%16; //返回BCD码

}

//-----------从DS1302指定位置读数据------------------// uchar Read_Data(uchar addr)

{

uchar dat;

RST = 0;SCLK=0;RST=1; //RST高电平时读/写

Write_A_Byte_TO_DS1302(addr); //先写入地址

dat = Get_A_Byte_FROM_DS1302();

SCLK=1;RST=0;

return dat;

}

//---------向DS1302某地址写入数据--------------------//

void Write_DS1302(uchar addr,uchar dat)

{ SCLK=0;RST=1;

Write_A_Byte_TO_DS1302(addr);

Write_A_Byte_TO_DS1302(dat);

SCLK=0;RST=0; //高脉冲写入数据

}

//--------------设置时间----------------//

void SET_DS1302()

{ uchar i;//写控制字，取消写保护

Write_DS1302(0x8E,0x00);//分时日月年依次写入

for(i=1;i<7;i++)

{ //分的起始地址10000010（0x82),后面依次是时，日，月，周，年，写入地址每次递增2

Write_DS1302(0x80+2*i,(DateTime[i]/10<<4)|(DateTime[i]%10));

}

Write_DS1302(0x8E,0x80); //加保护

}

//----------读取当前日期时间------------//

void GetTime()

{uchar i;

for(i=0;i<7;i++){ DateTime[i]=Read_Data(0X81+2*i);}

}

//-----------读LCD状态------------------//

uchar Read_LCD_State()

{ uchar state;