1、江西理工大學應用科學學院江西理工大學應用科學學院微機控制系統課程設計報告微機控制系統課程設計報告 題題 目：目： 數字萬年歷設計 姓姓 名：名： 曹振林曹振林 學學 號：號： 專業班級：專業班級： 電氣電氣 113 班班 指導教師：指導教師： 完成時間：完成時間： 2022 年年 06 月月 27 日日設計報告綜合測試平時總評格式10 分內容10 分圖表5 分功能測試35 分辯論20 分考勤20 分指導教師簽名：word.摘要在電子技術迅速開展的今天，尤其是隨大規模集成電路出現，給人類生活帶來了根本性的改變。特別是單片機領域中的應用產品已經走進了大局部人的家庭。電子萬年歷的出現給人們的生活帶來

2、的諸多方便。本設計首先描述系統總體模塊工作原理，并附以系統結構框圖加以說明，著重介紹了本系統所應用的各硬件接口技術和各個接口模塊的功能及工作過程,其次，詳細闡述了程序的各個模塊和實現過程。本設計以數字集成電路技術為根底，單片機技術為核心。本系統以單片機的進行軟件設計，增加了程序的可讀性和可移植性,為了便于擴展和更改，軟件的設計采用模塊化結構，使程序設計的邏輯關系更加簡潔明了。單片機具有體積小，本錢低，抗干擾能力強，面向控制，可以實現分機各分布式控制等優點。本文研究的萬年歷系統就是利用單片機上述的優點，采用目前市場性價比比擬高的 STC89C52 單片機控制、以 DS1302 時鐘芯片計時、以

3、LCD1602 液晶屏顯示，系統主要有單片機控制電路，時鐘電路，顯示電路及校正電路四個模塊組成。本文闡述了系統的硬件工作原理，所應用的各個接口模塊的功能以及工作過程。系統程序采用 C 語言編寫，用 protel 2000 畫出電路圖，經 keil 軟件進行調試后在仿真軟件中進行仿真測試，可以顯示年、月、日、星期、時、分、秒，并具有校準功能和與即時時間同步的功能。此萬年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路設計新穎、功能強大、結構簡單等優點，符合電子儀器儀表的開展趨勢，具有廣闊的市場應用前景。關鍵詞：關鍵詞：電子萬年歷 51 系列單片機時鐘芯片FLASH 存儲器液晶顯示word.目 錄摘要摘要

4、.11、緒論、緒論 .31.1 設計任務.31.2 設計要求 .31.3 設計意義 .32、設計方案介紹、設計方案介紹 .42.1 用戶板設計步驟及過程.42.2 芯片工作原理.42.2.1 P89V51RB2 單片機概述.42.2.2 P89V51RB2 單片機的特性.52.2.3 時鐘電路 DS1302.63、程序設計、程序設計.83.1 程序流程圖.83.1.1 系統總流程圖.83.1.2 時鐘程序流程圖.93.1.3 顯示程序流程圖.104、硬件設計、硬件設計.114.1 顯示電路的設計.114.2 晶振電路設計.114.3 時鐘電路.124.4 系統程序的設計.124.5 時間調整程

5、序設計.135、調試總結及改良、調試總結及改良.13致謝致謝.13參考文獻參考文獻.14附錄附錄.15附錄一 元器件清單.15附錄二 硬件原理圖.16附錄三 源程序.17word.1、緒論多功能數字萬年歷已成為人們日常生活中必不可少的物品， 廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、醫院、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的 方便。隨著技術的開展，人們已不再滿足于鐘表原先簡單的報時功能，希望出現一些別的功能，諸如日歷的顯示、鬧鐘的應用等，以帶來更大的方便，而所有這些，又都是以 數字化的電子時鐘為根底的。因此，研究實用電子時鐘及其開展應用，有著非常現實的 意義，具有很大的實用價值。由

6、于數字集成電路技術的開展和采用了先進的石英技術，使電子鐘具有走時準確、性能穩定、攜帶方便等優點它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領域。雖然現在市場上已有現成的電子鐘集成電路芯片出售，價格廉價，使用 靈活，如可以隨意設置時、分、秒的輸出，改變顯示數字的大小等，并且由于集成電路 技術的開展，特別是 MOS 集成電路技術的開展，使電子鐘具有體積小、攜帶方便，但是這里介紹的實用電子鐘可以滿足使用者的一些特殊要求，輸出方式靈活、功耗低、對時準確、性能穩定、維護方便等優點。多功能數字萬年歷是一個時間控制系統，既能作為 一般的時間顯示器，同時可以根據需要擴展其功能1.1 設計任務通過對此題的設計，進一步

7、熟悉單片機控制系統，并了解系統設計的一般規律。用P89V51RB2設計一個數字萬年歷，實現時間的顯示功能。1.2 設計要求（1） 用DS1302或HT1380設計一個數字萬年歷。（2） 通過一個四位數碼管顯示年月日小時分鐘的循環顯示。（3） 可通過按鍵設置時間。（4） 寫出詳細的設計報告 含操作說明 ，給出全部電路和源程序。1.3 設計意義 1 、在學習了 單片機原理與應用 和 微型級數機控制技術實用教程 課程后，為了加深對理論知識的理解，學習理論知識在實際中的運用，培養動手能力和解決實際問題的經驗讓學生接觸專用時鐘芯片 DS1302，并會用DS1302芯片開發時鐘模塊，應用到其他系統中去。熟

8、悉 WAVE軟件調試程序和仿真 .；2 、通過實驗提高對單片機的認識；3 、通過實驗提高焊接、布局、電路檢查能力；4 、通過實驗提高軟件調試能力；5 、進一步熟悉和掌握單片機的結構及工作原理；6 、通過課程設計，掌握以單 片機核心的電路設計的根本方法和技術，了解表關電路參數的計算方法；7 、通過實際程序設計和調試，逐步掌握模塊化程序設計方法和調試技術；8 、通過完成一個包括電路設計和程序開發的完整過程，使學生了解開發一單片機應用系統的全過程，為今后從事相應打下根底。word.2、設計方案介紹2.1 用戶板設計步驟及過程按照系統設計功能的要求，初步確定設計系統由主控模塊、時鐘模塊、顯示模塊、鍵盤

9、接口模塊共4個模塊組成，電路系統構成框圖如圖 2.1所示。主控芯片使用51系列P89V51RB2單片機，時鐘芯片使用美國 DALLAs公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實時時鐘DSl302。采用DSl302作為主要計時芯片，可以做到計時準確。更重要的是，DSl302可以在很小電流的后備電源 (2.55.5v電源，在2.5v時耗電小于300 nA)下繼續計時，并可編程選擇多種充電電流來對后備電源進行慢速充電，可以保證后備電源根本不耗電。 顯示模塊采用普通的共陽 LED數碼管，鍵輸入采用查詢法實現調整功能。 圖 2.1 電子萬年歷電路系統構成框圖2.2 芯片工作原理 P89V51RB2 單

10、片機概述P89V51RB2 是一款增強型 80C51 微控制器，包含 16kB 的 Flash 程序存儲器和1024 個字節的數據 RAM。P89V51RB2控制模塊設置鍵是否按下？系統初始化鍵掃描電路DS1302時鐘電路word.圖 2.2 P89V51RB2 最小系統電路圖P89V51RB2 的典型特性是他的 X2 方式選項。利用該特性，用戶可以將編寫的應用程序以傳統的 80C51 時鐘頻率每個機器周期包含 12 個時鐘或 X2 方式每個機器周期包含 6 個時鐘的時鐘頻率運行，選擇 X2 方式可在相同時鐘頻率下獲得 2倍的執行速度，這樣還可以極大地降低電磁干擾EMI。Flash 程序存儲器

11、支持并行編程和串行在系統編程ISP。并行編程方式提供了高速的分組編程頁編程方式，可節省編程本錢和上市時間。ISP 編程方式不需要專用燒錄器、所需外圍電路簡單、可靠性強，近年來得到了廣泛的應用。目前，許多新型的單片機均具有此功能。P89V51RB2 也可以采用在應用中編程IAP，允許隨時對 Flash 程序存儲器重新配置，即使是應用程序正在運行也不例外。2.2.2 P89V51RB2 單片機的特性* 80C51 核心處理單元；* 5V 的工作電壓，操作頻率為 040MHZ；* 具有 ISP在系統編程和 IAP在應用中編程功能；* 通過軟件或 ISP 選擇支持 12 時鐘默認或 6 時鐘的工作模式

12、； * SPI串行外圍接口和增強型 UART；* PCA可編程計數器陣列 ，具有 PWM 和捕獲/比擬功能； * 4 個 8 位 I/O 口，含有 3 個高電流 P1 口每個 I/O 口的電流為 16mA ；* 3 個 16 位定時器/計數器；* 可編程看門狗定時器WDT ；* 8 個中斷源，4 個中斷優先級；* 2 個 DPTR 存放器；* 低 EMI 方式ALE 禁能 ；* 兼容 TTL 和 COMS 邏輯電平；* 低電檢測及低功耗模式。word. 時鐘電路 DS13021DS1302 的性能特性 * 實時時鐘，可對秒、分、小時、日、周、月以及帶閏年補償的年進行計數； * 用于高速數據暫存

13、的 318 位 RAM； * 最少引腳的串行 I/o； * 2.55.5V 電壓工作范圍； * 2.5V 時耗電小于 300 nA； * 用于時鐘或 RAM 數據讀/寫的單字節或多字節(脈沖方式)數據傳送方式； * 簡單的 3 線接口； * 可選的慢速充電(至 Vcc1)的能力。D51302 時鐘芯片包括實時時鐘/日歷和 3l 字節的靜態 RAM。它經過一個簡單的串行接口與微處理器通信。實時時鐘/ 日歷提供秒、分、時、日、周、月和年等信息。對于小于 31 天的月利月末的日期自動進行調整，還包括閏年校正的功能。時鐘的運行可以采用 24H 或帶 AM(上午)/PM(下午)的 12H 格式。采用三線

14、接口與 cPu 進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或 RAM 數據。Dsl302有主電源/后備電源雙電源引腳：Vcc1 在單電源與電他供電的系統中提供低電源，并提供低功率的電池備份；Vcc2 在雙電源系統中提供主電源，在這種運用方式中，Vcc1 連接到備份電，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數據。DS1302由 Vcc1 或 vcc2 中較大者供電。當 vcc2 大于 Vcc1 十 0.2v 時，vcc2v 給 DSl302 供電；當 vcc2 小于 Vcc1 時，DSl302 由 Vcc1 供電。2 DSl302 數據操作原理Dsl 302 在任何數據傳送時必

15、須先初始化，把 RsT 腳置為高電平，然后把 8 位地址和命令字裝入移位存放器，數據在 SCLK 的上升沿被輸入。無論是讀周期還是寫周期，開始 8 位指定 40 個存放器中哪個將被訪問到。在開始 8 個時鐘周期，把命令字節裝入移位存放器之后，另外的時鐘周期在讀操作時輸出數據，在寫操作時寫人數據。時鐘脈沖的個數在單字節方式下為 8 加 8，在多字節方式下為 8 加字節數，最大可達 248 字節數。如果在傳送過程中置 RsT 腳為低電平，那么會終止本次數據傳送，并且 I/O 引腳變為高阻態。上電運行時，在 Vcc2.5 V 之前 ，RsT 腳必須保持低電平。只有在 scLK 為低電平時，才能將 R

16、sT 置為高電平。D 引 302 的引腳及內部結構圖如圖2.3 所示，表 2.1 為各引腳的功能。表 2.1 DS1302 引腳功能引腳號引腳號引腳名稱引腳名稱功功 能能1VCC2主電源2、3X1,X2振蕩源，外接 32768KHZ 晶振4GND地線5RST復位/片選線6I/O串行數據輸入/輸出端雙向7SCLK串行數據輸入端8VCC1后備電源word.圖 2.3 DS1302 引腳及內部結構DSl302 的控制字如圖 2.4 所示?？刂谱止澋淖罡哂行?位 7)必須是邏輯 1；如果它為 0，那么不能把數據寫入到 DSl302 中。位 6 如果為 0，那么表示存取日歷時鐘數據;為 1 表示存取

17、RAM 數據。位 51(A4 一 A0)指示操作單元的地址。最低有效位(位 0)如為 0，表示要進行寫操作；為 1 表示進行讀操作。控制字節總是從最低位開始輸入/輸出。為了提高對 32 個地址的尋址能力(地址/命令位 15邏輯 1)，可以把時鐘/日歷或 RAM 存放器規定為多字節(burst)方式。位 6 規定時鐘或 RAM，而位 0 規定讀或寫。在時鐘/日歷存放器中的地址 931 或 RAM 存放器中的地址 31 不能存儲數據。在多字節方式中，讀或寫從地址 0 的位 0 開始。必須按數據傳送的次序寫最先的 8個存放器。但是，當以多字節方式寫 RAM 時，為了傳送數據不必寫有 31 字節。小管

18、是否寫了全部 31 字節，所寫的每一字節都將傳送至 RAM。圖 2.4 DS1302 的控制字DSl302 共有 12 個存放器，其中有 7 個存放器與日歷、時鐘相關，存放的數據位為 BCD 碼形式。其 H 歷、時間存放器及其控制字見表 3.2，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作。時鐘暫停：秒存放器的位 7 定義位時鐘暫停位。當它為 1 時，DS1302 停止振蕩，進入低功耗的備份方式.通常在對 Dsl302 進行寫操作時(如進入時鐘調整程序)，停word.止振蕩。當它為 0 時，時鐘將開始啟動。 AMPM/1224小時方式：小時存放器的位 7 定義為 12 或 24小時方式選擇位。它為高電平時，

19、選擇 12小時方式。在此方式下，位 5 是 AM/PM 位，此位是高電平時表示 PM，低電平表示 AM。在 24小時方式下，位 5 為第二個 10小時位(20 一 23h)。表 2.2 內部存放器地址和內容Dsl302 的品振選用 32.768kH z，電容推薦值為 6PF，因為振蕩頻率較低，也可以不接電容.對計時精度影響不大。3、程序的設計3.1 程序流程圖3.1.1 系統總流程圖系統總流程圖如圖 4.1 所示，流程圖分析：首先系統初始化，系統開始運行，當有設置鍵按下時進入功能設置模式，無按鍵按下時讀取時間數據送入LCD1602 液晶屏顯示，在功能設置模式下設置時間完成后再送數據到LCD16

20、02液晶屏顯示。word.圖 3.1 主程序流程圖3.1.2 時鐘程序流程圖圖 4.2 時鐘程序流程圖word.時鐘流程圖如圖 4.2 所示。流程圖分析： DS1302 開始計時時，首先進行初始化，當有中斷信號時，讀取時鐘芯片的數據送入液晶屏顯示，這是假設有設置鍵按下時，進行時間修改，完成后將數據送入時鐘芯片；假設沒有設置鍵按下時，那么直接送入 EPROM,送入液晶屏顯示。3.1.3 顯示程序流程圖圖 4.3 顯示程序流程圖顯示程序流程圖如圖 4.3.流程圖分析：首先對 1602 顯示屏進行初始化，然后檢查忙信號，假設 BF=0，那么獲得顯示 RAM 地址，寫入相應的數據顯示；假設 BF=1，

21、那么代表模塊在進行內部操作，不接受任何外部指令和數據，直到BF=0 為止。word.4、硬件的設計4.1 顯示電路的設計顯示局部采用普通的共陽數碼管顯示，采用動態掃描，以減少硬件電路。圖 4.1 顯示電路4.2 晶振電路設計晶振電路用于產生單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就如一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地工作。通常在引腳 Xl 和 X2 跨接石英晶體和兩個補償電容構成自激振蕩器。在許可范圍內，C1，C2 的值越低越好，C 值偏大雖有利于振蕩器的穩定，但會增加起振的時間，應使 C2 大于 C1 值，這樣可使上電時，加快晶振起振。圖 4

22、.2 晶振電路word.4.3 時鐘電路圖 4.3 時鐘電路4.4 系統程序的設計因為使用了時鐘芯片 DSl302，陽歷程序只需從 DSl302 各存放器中讀出年、周、月、日、小時、分、秒等數據，再處理即可。在首次對 DSl302 進行操作之前，必須對它進行初始化，然后從 Dsl302 中讀出數據，再經過處理后，送給顯示緩沖單元。陽歷程序流程圖見下列圖所示。圖 4.4 陽歷程序流程圖開始初始化 DS1302DS1302 開始振蕩從 DS1302 中讀出時間讀出數據都為 BCD 碼，將其上下位別離，送顯示緩沖單元word.4.5 時間調整程序設計調整時間用 2 個調整按鈕，1 個作為移位、控制用

23、，另外 1 個作為加和減用，分別定義為控制按鈕、加按鈕。在調整時間過程中，要調整的位與別的位應該有區別，所以增加了閃爍功能，即調整的位一直在閃爍，直到調整下一位。閃爍原理就是，讓要調整的一位每隔一定時間熄滅一次，比方說 50ms。利用定時器計時，當到達 50ms 溢出時，就送給該位熄滅符，在下一次溢出時。再送正常顯示的值，不斷交替，直到調整該位結束。此時送正常顯示值給該位，再進人下一位調整閃爍程序。5、調試總結及改良1DS1302 與微處理器進行數據交換時，首先由微處理器向電路發送命令字節，命令字節最高位 MSB(D7)必須為邏輯 1，如果 D7=0，那么禁止寫 DS1302，即寫保護；D6=

24、0，指定時鐘數據，D6=1，指定 RAM 數據；D5D1 指定輸入或輸出的特定存放器；最低位 LSB(D0)為邏輯 0，指定寫操作(輸入)，D0=1，指定讀操作(輸出)。在 DS1302 的時鐘日歷或 RAM 進行數據傳送時，DS1302 必須首先發送命令字節。假設進行單字節傳送，8 位命令字節傳送結束之后，在下 2 個 SCLK 周期的上升沿輸入數據字節，或在下 8 個 SCLK 周期的下降沿輸出數據字節。DS1302 與 RAM 相關的存放器分為兩類:一類是單個 RAM 單元，共 31 個，每個單元組態為一個 8 位的字節，其命令控制字為 C0HFDH，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作；再一

25、類為突發方式下的 RAM 存放器，在此方式下可一次性讀、寫所有的 RAM 的 31 個字節。2在仿真頭調試時候，我發現在 LED 顯示板上能夠正常顯示數字，但是秒位不能記數，檢查 DS1302 的連接沒有錯，接觸也良好，說明了這片 DS1302 不能記數，然后換掉 DS1302 后此時不但可以正常顯示數字，而且可以正常記數，說明剛剛那片是壞的。32M晶振的調試，在調試晶振的時候發現，在沒有給電路同電的時候，晶振兩端輸出波形是個不穩定的正弦波，而通電后也是個正弦波，但是中間一個引腳接地時候，波形比擬穩定，接示波器時間長了，發現 DS1302 很發燙時間很短內溫度到達很高，但是不接示波器，時間長點

26、也不會出現發燙現象。我認為是示波器引腳上的電和電路板上的電相通的原因。致謝本文能得以完成，在此我要感謝我的指導老師王琪。是他用他的課余時間為我們講解這次設計的原理以及幫我們找相關的器件，在實物完成后不厭其煩得為我們進行調試和指導；還要感謝我們的專業課老師，是他們教會了我有關 PCB 的制作，單片機相關知識；此外，還要感謝老師，是他用他的課余時間幫我制版，給了我不少幫助；同時還要感謝我的同學，給我的論文提出意見，幫我拍出了實驗效果圖。這里我要再一次由衷的感謝，感謝那些給予我幫助的人。word.參考文獻1 趙亮，侯國銳. 單片機 C 語言編程與實例 人民郵電出版社2003.92 潘永雄等. 新編單

27、片機原理與應用 西安電子科技大學出版社2007.23吳金戌 8051 單片機實踐與應用 清華大學出版社4劉勇 數字電路 電子工業出版社5譚浩強 C 語言程序設計 清華大學出版社6頂峰 單片微型計算機與接口技術 科學出版社7張齊 單片機應用系統設計技術 電子工業出版社8王靜霞 單片機應用技術 C 語言版 電子工業出版社9李朝青 單片機原理及接口技術主編 北京航空航天大學出版社10魏小康 protel 99se 電路設計與制版入門與提高 (人民郵電出版社) word.附錄附錄一 元器件清單序號序號名稱與規格名稱與規格數量數量序號序號名稱與規格名稱與規格數量數量1電容 30pF26時鐘模塊 DS13

28、0212晶振 32.768KHz17驅動器 ULN280313電阻 47088PNP44電阻 50019發光二極管紅15按鈕開關410四位共陽數碼管1word.附錄二 硬件原理圖word.附錄三 源程序#include#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar second,minute,hour,day,month,year,week;uchar time5;uchar code table=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0

29、x90,0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e;uchar code wei=0 xf7,0 xfb,0 xfd,0 xfe;uchar a,b,temp;sbit s0=P00;sbit s1=P01;sbit s2=P02;sbit s3=P03;sbit led=P27;sbit SCLK=P34;sbit IO=P35;sbit RST=P36;bit setflag;uchar readdata(uchar addr) uchar i,j,k; RST=0; SCLK=0; RST=1; for(i=0 x01,j=0;j8;j+) if(addr&a

30、mp;i)IO=1;elseIO=0;SCLK=1;i=i1;SCLK=0; k=0; for(i=0;i=1;SCLK=0;if(IO)k|=0 x80;SCLK=1; RST=0; /!保證 ds1302 完整的數據讀取，直接這樣寫： REST=0; CLK=1;此處也可以正常顯示 SCLK=0; _nop_(); SCLK=1; return(k); /*函數功能：ds1302 數據寫入*入口參數：8 位地址，8 位數據*返 回: 無*/ void writedata(uchar addr,uchar dat) uchar i,j; RST=0; SCLK=0; RST=1; for(i

31、=0 x01,j=0;j8;j+) if(addr&i)IO=1;elseIO=0;SCLK=1;i=i1;SCLK=0; for(i=0 x01,j=0;j8;j+)word. if(dat&i)IO=1;elseIO=0;SCLK=0;SCLK=1;i=i1; RST=0; SCLK=1;/*函數功能：ds1302 初始化*入口參數：無*返 回: 無*/ void Init1302()writedata(0 x8e,0 x00); /控制寫入 WP=0writedata(0 x90,0 x00);writedata(0 x80,(0/10)4)|(0%10); /秒writ

32、edata(0 x82,(14/10)4)|(14%10); /分writedata(0 x84,(7/10)4)|(7%10); /時writedata(0 x86,(7/10)4)|(7%10); /日writedata(0 x88,(7/10)4)|(7%10); /月writedata(0 x8a,(4/10)4)|(4%10); /星期writedata(0 x8c,(10/10)4)*10+(time0&0 x0f);minute=(time1&0 x70)4)*10+(time1&0 x0f);hour=(time2&0 x30)4)*10+(time2&0 x0f);day=(time3&0 x30)4)*10+(time3&0 x0f);month=(time4&0 x10)4)*10+(time4&0 x0f);year=(time6&0