基于单片机的电子日历设计1基于单片机的电子日历设计一、设计目的和要求单片机应用技术飞速发展，纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。单片机是集 CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。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。这次课程设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。 通过对一个基于单片机的能实现电子日历功能电子时钟的设计，从而达到学习、了解单片机相关指令在各方面的应用。系统由主控制器 AT89C51、时钟电路 DS1302、显示电路、和复位电路等部分构成，能实现时钟日历显示的功能，能进行时、分、秒的显示。系统设计要求:电子日历能显示，能调整。基于 51 系列的单片机进行的电子万年历设计可以显示年月日时分秒及周信息，具有可调整日期和时间功能。在设计的同时对单片机的理论基础和外围扩展知识进行了比较全面准备。具体实现功能：显示年月日时分秒及星期信息，具有可调整日期和时间功能，与即时时间同步。主要使用到的工具和器件： Keilc51 Protues DS1302 AT89S52 LCD12864基于单片机的电子日历设计2二、方案设计每一系统都有几个核心的模块。它对整个系统的性能有非常大的影响。比如系统的主控。2.1 主控芯片选择方案论证方案一：选择 51 系列的单片机；AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/ 计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。方案二：选择 msp430 系列单片机；MSP430 系列单片机是一个 16 位的单片机，采用了精简指令集（RISC ）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址） 、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。MSP430 系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT） 、模拟比较器 A、定时器 A0（Timer_A0 ） 、定时器 A1（Timer_A1） 、定时器B0（ Timer_B0） 、UART、SPI 、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、 10 位/12 位 ADC、16 位 - ADC、DMA、I/O 端口、基本定时器（Basic Timer） 、实时时钟（RTC）和 USB 控制器等若干外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出 A/D 转换器；16 位定时器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM 等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的 I/O 端口，P0 、P1、P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12 位硬件 A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达 200kbps ，能够满足大基于单片机的电子日历设计3多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达 160 段；实现两路的 12 位 D/A 转换；硬件I2C 串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的 DMA 模块。MSP430 系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。方案对比： 运算周期：时钟显示最小单位为秒，51 和 msp430 的运算周期都在 1 秒之内，这一点都满足要求。 IO 口是否满足系统设计要求：51 有 32 个 IO 口，msp430 的 IO 口则更多。这一点都满足要求。 是否需要外加时钟芯片：采用定时器，误差较大。Msp430 内部就有时钟 RTC 单元，51 单片机需要外加。选择 51 单片机作为系统的主控；2.2 显示模块方案选择方案一：用数码管显示：采用 LED 数码管动态扫描,LED 数码管价格适中, 对于显示数字合适,采用动态扫描法与单片机连接时,虽然占用的单片机口线少，并且人站在远处夜能观看到时间。方案二：用 LCD 显示：采用 LCD 液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大, 可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见，并且使用串行接口占用 IO 数比使用数码管少，但是人站在远处观看很难看清时间，且成本较高。方案对比：由于这次是实验式课程设计，采用 LCD 显示，接线简单且编程简单。2.3 时钟模块选择方案一：用专用时钟模块 DS1302：DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.0V5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。使用 DS1302，接线简单，编程简单，并且断电时，可使用电池保持 DS1302 继续工作，确保时间正确。方案二：用主控芯片的定时器：用定时器最为时钟源，误差大，编程复杂。基于单片机的电子日历设计4综上所述：采用 51 单片机，LCD 显示和时钟模块 DS1302。基于单片机的电子日历设计5三、硬件设计硬件设计包含了对整个系统的组成的描述，清晰地说明它们的工作内容和工作原理。3.1 系统结构框图AT89S52键盘DS1302 时钟LCD12864蜂鸣器图 3.1 系统结构框图该电路是由 AT89S52 单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在 3V 超低压工作；时钟电路由 DS1302 提供，它是一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V 5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。DS1302 内部有一个 31*8 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。可产生年、月、日、周日、时、分、秒，具有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能；显示部份由 LCD 液晶显示屏显示。3.2 最小应用系统设计单片机的最小系统一般有时钟电路、复位电路和电源等组成。3.3 主要应用单元设计主要应用单元包括专用时钟单元和 LCD 显示单元。3.3.1 DS1302 时钟单元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 供图 3.2 电源、时钟电路、复位电路图 3.3 DS1302 时钟电路基于单片机的电子日历设计6电。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 RSTS 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 大于等于 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 为串行数据输入端（双向） 。SCLK 始终是输入端。DS1302 的工作原理：DS1302 在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把 SCLK 端置“0”，接着把 RST 端置“1” ，最后才给予 SCLK 脉冲；读/ 写时序如下图4 所示。DS1302 的控制字的位 7 必须置 1，若为 0 则不能把对 DS1302 进行读写数据。对于位 6，若对程序进行读/写时 RAM=1，对时间进行读/写时，CK=0，位 1 至位 5 指操作单元的地址。位 0 是读/写操作位，进行读操作时，该位为 1；该位为 0 则表示进行的是写操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。由图 3.4 可知：DS1302 的日历、时间寄存器内容：“CH”是时钟暂停标志位，当该位为 1 时，时钟振荡器停止，DS1302 处于低功耗状态；当该位为 0 时，时钟开始运行。 “WP”是写保护位，在任何的对时钟和 RAM 的写操作之前，WP 必须为 0。当“WP”为 1 时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。 DS1302 的控制字节： DS1302 控制字节的高有效位（位 7）必须是逻辑 1，如果它为0，则不能把数据写入 DS1302 中，位 6 如果 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 指示操作单元的地址；最低有效位（位 0）如为 0 表示要进行写操作，为 1 表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时，数据被写入 DS1302，数据输入从低位即位 0 开始。同样，在紧跟 8 位的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿读出DS1302 的数据，读出数据时从低位 0 位到高位 7。图 3.4 DS1302 寄存器基于单片机的电子日历设计7DS1302 有 12 个寄存器，其中有 7 个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为 BCD码形式。 此外， DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与 RAM 相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类：一类是单个 RAM 单元，共 31 个，每个单元组态为一个 8 位的字节，其命令控制字为 C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性读写所有的 RAM 的31 个字节，命令控制字为 FEH(写) 、FFH(读)。3.3.2 LCD12864 显示单元液晶显示模块是 12864 点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置 8192 个中文汉字（16X16点阵） 、128 个字符（8X16 点阵）及 64X256 点阵显示R