基于单片机的数字万年历的设计与实现

基础课程设计（论文）

基于单片机的数字万年历的设计与实现

专业：电气工程及其自动化

指导教师：

小组成员：

信息技术学院电气工程系

2014年12月15日

摘要

本次设计就是设计一款万年历，以C51单片机为核心，配备数码管显示模块、按键等功能模块。万年历采用24小时制方式显示时间，在数码管上显示年、月、日、小时、分钟、秒等功能。设计的核心主要包括硬件设计和软件编程两个方面。硬件电路设计主要包括中央处理单元电路、时钟电路、执行电路等几部分。软件用汇编语言来实现，主要包括主程序、键盘扫描子程序、时间设置子程序等软件模块。近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领、域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。

而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种，通过本次课程设计进一步对单片机学习和应用，从而更熟悉单片机的原理和相关设计并提高了开发软、硬件的能力。本设计主要设计一个基于 80C51单片机的电子时钟，并在LED上显示相应的时间,通过两个控制键和4×4键盘来实现时间的调节功能。应用Proteus软件实现单片机数字时钟系统的设计与仿真。

关键词：单片机时钟电路 C51 万年历

目录

摘要 ............................................................................................................................................ I 1绪论 . (1)

1.1 方案选择与DIY电子万年历的研究情况 (1)

1.1.1时钟芯片选择 (1)

1.1.2键盘选择 (2)

1.1.3显示模块选择 (3)

1.2 DIY万年历的研究情况 (3)

2 主要硬件描述 (3)

2.1 89C51模块 (3)

2.2 显示模块LCM12864 (4)

2.2.1液晶模块概述 (4)

2.2.2液晶模块特点 (4)

2.3 芯片DS1302简介 (5)

2.4 芯片DS18B20简介 (5)

3 硬件设计与实现 (6)

3.1 单片机最小系统的设计 (6)

3.2 时钟电路的设计 (7)

3.3 温度采集模块的设计 (7)

3.4 人机交互模块设计 (8)

4 系统软件设计与实现 (9)

4.1 主要算法流程图描述 (9)

4.2 各子程序设计 (13)

参考文献 (20)

1绪论

多功能数字万年历已成为人们日常生活中必不可少的物品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、医院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。随着技术的发展，人们已不再满足于钟表原先简单的报时功能，希望出现一些别的功能，诸如日历的显示、闹钟的应用等，以带来更大的方便，而所有这些，又都是以数字化的电子时钟为基础的。因此，研究实用电子时钟及其发展应用，有着非常现实的意义，具有很大的实用价值。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使电子钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。虽然现在市场上已有现成的电子钟集成电路芯片出售，价格便宜，使用灵活，如可以随意设置时、分、秒的输出，改变显示数字的大小等，并且由于集成电路技术的发展，特别是MOS集成电路技术的发展，使电子钟具有体积小、携带方便，但是这里介绍的实用电子钟可以满足使用者的一些特殊要求，输出方式灵活、功耗低、x时准确、性能稳定、维护方便等优点。多功能数字万年历是一个时间控制系统，既能作为一般的时间显示器，同时可以根据需要扩展其功能

1.1 方案选择与DIY电子万年历的研究情况

1.1.1时钟芯片选择

选择串行接口时钟芯片DS1302

芯片主特性:

（1）实时时钟具有能计算2100 年之前的秒分时日日期星期月年的能力，还有闰年调整的能力

（2）31 8 位暂存数据存储RAM

（3）串行 I/O 口方式使得管脚数量最少

（4）宽范围工作电压2.0 5.5V

（5）工作电流 2.0V 时小于300nA

（6）读/写时钟或RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式

（7）8 脚DIP 封装或可选的8 脚SOIC 封装根据表面装配

（8）简单 3 线接口

（9）与 TTL 兼容Vcc=5V

（10）可选工业级温度范围-40 +85

优点:串行接口的日历时钟芯片,使用简单,接口容易,与微型计算机连线较少等特点,在单片机系统尤其是手持式信息设备中己得到了广泛的应用。

图1 DS1302管脚图

1.1.2键盘选择

选择独立式键盘

独立式键盘电路图如图2所示。

图2 独立式键盘

独立式键盘是指各个按键相互独立地连接到各自的单片机的I/O 口，I/O 口只需要做输入口就能读到所有的按键。

特点: 电路简单，程序容易写,适用于按键数较少的情况。

1.1.3显示模块选择

选择LCD12864

作为一种输出方式液晶显示最大的特点就是能够实现友好的人机界面。它己经广泛应用于现代工业控制和智能化仪器仪表等领域，它己经成为单片机就用开发领域典型模块之一。能够方便的显示文字和数字。

1.2 DIY万年历的研究情况

目前电子爱好者所设计的万年历大部分都采用LCD1602或数码管显示只能显示阳历不能带显示阴历，而且没有阴历相对应的的天干地支和生肖年，没有达到多功能的效果。

我们采用LCD12864显示通过算法实现能正确显示阴历，具有友好的界面。为了追求时间的准确，我们采用芯片DS1302通过单片机控制，读出时间显示在LCD上。我们除了用芯片DS18B20，通过程序控制把温度也显示出来外还通过算法控制把阴历相对应的天干地支和生肖年也显示出来，达到多功能效果。

2 主要硬件描述

2.1 89C51模块

Mcs-51单片机管脚图如图所示。

图3 单片机管脚图

（1）一个8位的微处理器(CPU)

（2）片内数据存储器RAM(128B/256B)

（3）片内程序存储器ROM/EPROM(4kB/8kB)

（4）4个8位并行I/O拉口P0-P3每个口既可以作输入,也可以作输出（5）2个16位定时器/计数器

（6）5个中断源的中断控制系统

（7）1个全双工的串行I/O接口

（8）片内时钟振荡器

2.2 显示模块LCM12864

2.2.1液晶模块概述

我们采用FG12864J显示模块。它是一种图形点阵液晶显示器。它主要采用动态驱动原理由行驱动—控制器和列驱动器两部分组成了128(列)×64(行)的全点阵液晶显示。

2.2.2液晶模块特点

（1）工作电压为+5V±10% ,可自带驱动 LCD 所需的负电压

（2）全屏幕点阵,点阵数为128(列)×64(行),可显示8(/行)×4(行)个(16×16 点阵)汉字，也可完成图形，字符的显示

（3）与 CPU 接口采用5 条位控制总线和8 位并行数据总线输入输出，适配M6800 系列时序

（4）内部有显示数据锁存器

（5）简单的操作指令显示开关设置，显示起始行设置，地址指针设置和数据读/写等指令

图4 FG12864J显示模块

2.3 芯片DS1302简介

DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式。

DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1 RES 复位2 I/O 数据线3 SCLK串行时钟时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。

DS1302的管脚描述如表1所示。

表1 DS1302管脚

X1 X2 32.758KHz晶振管脚

GND 地

RST 复位

I/O 数据输入/输出引脚

SCLK 串行时钟

Vcc1

Vcc2 电源供电管脚

2.4 芯片DS18B20简介

DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强。对电子爱好者来说,DS18B20是我们开发温度相关的首选小产品。

DS18B20引脚功能如表2所示。

表2 DS18B20引脚功能

GND 地

DQ 单数据总线

VDD 电源电压

NC 空引脚

3 硬件设计与实现

该万年历以C51作为控制核心，外接DS18B20温度传感器，DS1302时钟芯片，显示采用LCM12864，调表采用矩阵式键盘，整体硬件电路的框图如图5所示。

图5 硬件电路框图

3.1 单片机最小系统的设计

89C51单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51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图6所示,18引脚和19引脚接时钟电路,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。

图6 单片机最小系统

3.2 时钟电路的设计

本系统采用有DS1302串行时钟芯片作为主时钟电路，该电路使用单独的32.768M的晶振和单独的电源供电，减小主控的负担。电路图如图7所示。

图7 时钟电路

3.3 温度采集模块的设计

采用数字式温度传感器DS18B20，它是数字式温度传感器，具有测量精度

高，电路连接简单特点，此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输，使用Ｐ0.7与DS18B20的I/O口连接加一个上拉电阻,Vcc接电源,Vss接地。电路图如图8所示。

图8 温度采集电路

3.4 人机交互模块设计

该系统输入模块采用独立式式键盘输入，显示模块采用LCM12864，很好的实现了人机交互，液晶与主控制器的接口如图9所示。

图9 液晶接口电路

4 系统软件设计与实现

4.1 主要算法流程图描述

以80C51为核心,处理外转电路传进来的信号,实现时钟数据的读取、保存、显示其及键盘操作。流程图如图10所示。

开始

系统初始化

数据采集

LCD显示

否

按键检测

是

功能设置

设置完毕

结束

图10 主程序流程图

阳历和时分秒都是通过DS1302读出来的，经过主控的转换和处理最终显示在LCM12864上，该程序流程图如图11所示。

图11 计算阳历和时分秒流程图

阴历是通过一种算法转换过来，首先得到阳历值，然后根据这种算法把阳

历转换成阴历，最终显示在LCM12864模块上，该程序流程图如图12所示。

图12 计算阴历程序流程图

时间调整是通过四个独立按键来调整时间值，时间调整流程图如图13所

示。

图13 时间调整程序流程图

星期的计算方法如下：

星期=(日期年份+所过闰年数+月校正数)%7，如果是在闰年又不到3月份上述之和要减一天再除7，其1到12月的校正数据为 [6 2 2 5 0 3 5 1 4 6 2 4]，该程序中采用1个字节表示年份闰年数也只计算1900 年以后的闰年数。

该程序的流程图如图14所示。

图14 流程图

4.2各子程序设计

1 键盘扫描子程序

键盘扫描流程图如图15

图15键盘扫描流程图键盘扫描子程序如下：

L2: MOV R3,#0F7H

MOV R1,#00H

L3: MOV A,R3

MOV P1,A

MOV A,P1

MOV R4,A

SETB C

MOV R5,#04H

L4: RLC A

JNC KEYIN

INC R1

DJNZ R5,L4

MOV A,R3

SETB C

RRC A

MOV R3,A

JC L3

JMP L2

2 LED显示子程序

LED显示流程图如图16

图16 LED显示流程图LED显示子程序如下：

DISP:MOV R0,#45H

DISP1: MOV A,@R0

ADD A,#50H

MOV P0,A

CALL DELAY

DEC R0

MOV A,@R0

ADD A,#40H

MOV P0,A

DEC R0

MOV A,@R0

ADD A,#30H

MOV P0,A

CALL DELAY

DEC R0

MOV A,@R0

ADD A,#20H

MOV P0,A

CALL DELAY

DEC R0

MOV A,@R0

ADD A,#10H

MOV P0,A

CALL DELAY

DEC R0

MOV A,@R0

ADD A,#00H

MOV P0,A

CALL DELAY

RET

3 密码比较和报警程序

密码比较和报警流程图如17

图17密码较和报警流程密码比较和报警程序：

COMP: MOV R1,#45H

MOV R0,#35H

MOV R2,#06H

C1: MOV A,@R1

XRL A,@R0

JNZ C3

DEC R1

DEC R0

DJNZ R2,C1

CLR P2.0

MOV R2,#200

C2: MOV R6,#248

DJNZ R6,$

DJNZ R2,C2