不带时钟芯片的万年历设计.doc

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1、摘 要单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，在人们生活的各个领域得到了广泛的应用。而多功能电子万年历作为一种非常广泛日常计时工具，是单片机比较典型的一类应用。电子万年历可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，并将时间以数字的方式直观的显示出来。相较于传统的钟表误差大、使用寿命不长、要经常的更改时间,显示不直观的缺点。万年历软、硬件结合，误差小、使用寿命长、简捷明了的特性无疑更受欢迎。本次设计硬件与软件部分同步进行。硬件部分主要由AT89C52单片机，LCD显示电路，以及调时按键电路等组成。其中AT89C52单片机具有4k Bytes片内程序存储、128 b

2、ytes的随机存取数据存储器以及32个外部双向输入/输出口，适合于许多较为复杂控制应用场合。软件部分则分为主程序，LCD驱动程序，及其LCD点阵的具体定义和表示等。关键词：单片机;万年历;LCD;AbstractThe microcontroller has some features,including small size, light weight, cheap price, low power consumption, the controlling function and computing speedly, so it has been widely applied in var

3、ious fields of peoples lives. The multi-function electronic calendar as a very wide range of daily timing tool is the typical microcontroller applications. Electronic calendar can be timing on year, month, day, week, hours, minutes, seconds. Compared to the traditional watch, which has some shortcom

4、ings , such as short life ,changing the time ,displaying intuitively,calendar are undoubtedly more popular，because its features include soft-and hardware combined, small error, long life, simple to understand.In the design I was designing the parts of hardware and software synchronously. The hardwar

5、e includes the AT89C52 microcontroller, LCD display circuit, and adjust button circuit. The AT89C52 microcontroller with 4k Bytes on-chip program memory, 128 bytes of random access data memory as well as 32 external bi-directional input / output ports, is suitable for many of the more complex contro

6、l applications. The software part is divided into the main program, the LCD driver, and its definition and representation of the LCD dot matrix.Keywords：Microcontroller;Calendar;Liquid Crystal Display目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 课题研究背景与意义11.2 国内外发展现状21.3 论文结构安排3第2章 方案选择及设计52.1 设计要求52.2 方案比较与选择5

7、第3章 硬件电路设计83.1 单片机概况83.2 单片机基本结构93.3 模块分析133.4 电路原理图17第4章 软件设计184.1 编程方式选择184.2 主程序设计184.3 按键子程序设计204.4 字体的点阵实现274.5 定时中断时间逻辑程序设计30第5章 系统的实现及其仿真验证345.1 系统在Proteus下总电路图345.2 结果显示35第6章 总结与展望375.1 总结375.2 展望37参考文献39致谢40附录一41英文原文41附录二46中文译文46第1章 绪 论1.1 课题研究背景和意义在当代繁忙的工作与生活中，时间与我们每一个人都有非常密切的关系，每个人都受到时间的影

8、响。为了更好的利用我们自己的时间，我们必须对时间有一个度量，因此产生了钟表。钟表的发展是非常迅速的，从刚开始的机械式钟表到现在普遍用到的数字式钟表，即使现在钟表千奇百怪，但是它们都只是完成一种功能计时功能，只是工作原理不同而已，在人们的使用过程中，逐渐发现了钟表的功能太单一，没有更大程度上的满足人们的需求。因此在这里，我想能不能把一些辅助功能加入钟表中。使传统意义的钟表在显示当中更加的直观，并且调时起来更加的方便快捷。电子万年历是采用数字电路实现对时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡

9、器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，但是所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究万年历及扩大其应用，有着非常现实的意义。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，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、周日、时、分、秒等信息，还具有时间校准等功能。综上所述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

10、仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景1.2 国内外发展现状现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。 汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的

11、应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。随着单片机技术的成熟，控制功能逐步增强、可靠性越来越高，其应用越来越广泛，和互联网连接是一种明显的走向。目前，其发展特点大致分为以下几个方面：1品种多样、型号繁多。品种型号逐年扩充以适应各种需要，是系统开发者有很大的选择自由。CPU从4、8、16、32到64位，有些还采用了RISC技术。2提高性能，扩大容量。集成度已达200万个晶体管以上，总线速度达到数十微秒，指令执行周期间减小到数十微秒，ROM发展到32K、64K。3增加控制功能，向外部接口延伸。把原属外围芯片的功

12、能集成到本芯片内。现今的单片机已发展到一块含有CPU的芯片上，出嵌入RAM、ROM存储器和I/O接口外，还有A/D、PWM、UART、Thler/Counter、DMA、Watchdog、Serial、Port、Sensor、driver，以及显示驱动、键盘控制、函数发生器、比较器等，构成一个完整的、功能强的计算机应用系统。4低功耗。供电电压从5V降低到3V、2V甚至1V左右，工作电流从mA级降到uA级。5应用软件配套。提供了软件库，包括标准应用软件，示范设计方法。使用户开发单片机应用系统时更快速、方便。6系统扩展与配置。有供扩展外部电路用的三总线结构DB、AB、CB，以方便构成各种应用系统。

13、结合以上各个特点，特别是功耗越来越低、和模拟电路结合越来越多的性能决定单片机在机械控制、仪器仪表中的普遍应用，鉴于其实际应用性和课程的紧密联系，该课题应运而生。 1.3 论文结构安排本论文共分为以下几个部分：第一部分介绍了本方案的设计背景、意义等内容，并对论文结构安排做了简要概述。第二部分主要介绍本设计的设计要求和方案选择，以及对最终方案内容的具体说明。第三部分则依次介绍了设计的硬件部分包括对所用芯片的介绍和对万年历每个模块的分析和说明。第四部分介绍了万年历设计中软件部分对各个功能的程序实现。第五部分对整个设计做了总结，比在之后表达了对老师和同学所提供帮助的感谢。第2章 方案选择及设计2.1

14、设计要求A. 实现对年、月、日、星期、时、分、秒等的显示功能。B 可随意对年、月、日、星期、时、分、秒进行调节和校准。2.2 方案比较与选择2.2.1 显示模块选择方案一： 采用数码管显示屏，数码管具有低能耗、耐老化和精度高等特点。但数码管与单片机连接时，需要外接锁存器进行锁存，使用三极管进行驱动等，电路较为复杂。此外数码管只能显示少数的字符，显示的内容较少，无法显示汉字。方案二：采用字符式LCD显示，LCD具有低功耗、无辐射危险、影像稳定、可视面积大，画面效果好，既可以显示图形也可以显示汉字，显示内容多。此外，LCD与单片机连接电路简单，占用引脚少。权衡之后选择了方案二。2.2.2 总体方案

15、选择方案一：用EDA技术及VHDL语言控制来实现显示及测温度，且显示也可以用数码管，但是数码管屏幕有限不是很方便的显示很多的数据以及文字等。对于VHDL语言也不够了解，故不采用此方案。方案二 ：用C语言编程来控制单片机让它在液晶上显示数据及文字。由于单片机结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等优点，以及液晶屏幕可以完整的同时显示数据及文字等内容.最终方案：本设计采用AT89S52作为主控芯片，P1口作数据口，P2.0-P2.2作12864芯片控制口，P2.5p2.7作键盘输入控制口,。其大致框图如图2.1所示：DB07LCD12864RSRWE P0AT89C52P2.3 p2.0

16、| |P2.7 p2.2控制键盘晶振(12M） 图2.1 电路设计主框图（1）使用12MHz的晶振作为单片机的外部时钟输入，一个机器周期为1us（2）使用定时器0作为时钟计数器，当计数满50ms时定时器0产生中断，当中断满20次时，调用时间模块进行加1操作。先对秒进行加1，若加1后等于60秒，则清除秒单元，同时向分进1，以此类推，对分、时进行相同操作。（3） P2.0菜单上移控制键，P2.3为确定/主菜单键，P2.4菜单左移控制键，P2.5为右移控制键，P2.6为下移控制键。利用发光二极管作为显示定时用，当定时时间到，从P3.1输出一低电平点亮发红光二极管。第3章 硬件电路设计3.1 单片机概

17、况 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。 目前，我国生产很多型号的单片机，在此，我们采用型号为STC89C52的单片机。因为：STC89C52是一个低电压，高性能CM

18、OS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-52指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C52提供了高性价比的解决方案。STC89C52是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，STC89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特

19、别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。 3.2 单片机基本结构3.2.1 AT89S52单片机基本特性、4k Bytes片内程序存储器； 、128 bytes的随机存取数据存储器； 、32个外部双向输入/输出口； 、5个中断优先级、2层中断嵌套中断； 、6个中断源； 、2个16位可编程定时器计数器； 2个全双工串行通信口； 、看门狗电路； 、片内振荡器和时钟电路； 、全静态工作：0Hz-33MHz； 、三级程序存储器保密锁定； 、可编程串行通道； 、低功耗的闲置和掉电模式。3.2.2 AT89S52单片机结构图 52单片机的内部结构及其外部引脚图如下图3.1 /3.2表示：图3

20、.1 单片机内部结构简图 图3.2 AT89S52的引脚图 引脚说明：VCC：电源电压输入端。 GND：电源地。 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。 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。 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 RST：复位输入端，高电平有效。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。 ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲信号端。 PSEN：外部程序存储器的选通信号

21、，低电平有效。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。 EA/VPP：外部程序存储器访问允许。当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）。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）。 XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。 XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。时钟周期：Tc=晶振频率fosc的倒数机器周期：Tm=12个时钟周期(Tc)指令周期: Ti:

22、执行一条指令所需的机器周期(Tm)数3.2.3 LCD 12864简介 基本参数： 液晶屏类型 STN FSTN 模块显示效果： 黄绿底黑字 蓝底白字 白底黑字 视角 6点钟 12点钟 驱动方式1/64 DUTY 1/9 BIAS 背光 LED白色 LED黄绿色 控制器 KS0108或兼容 ST7920 T6963C 数据总线 8 位并口/6800 方式 串口 温度特性 工作温度：-20+70 储藏温度：-30+80 点阵格式 128 x 64基本用途： 该点阵的屏显成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域。LCD相关信息如表3-1 3-2示：表3-1主要外形尺寸项 目标 准 尺 寸模

23、 块 体 积113.065.012.8定 位 尺 寸105.055.0视 域73.438.8列 点 阵 数 行12864点 距 离0.520.52点 大 小0.480.48表3-2引脚说明引脚号引脚名称方向功能说明1VSS-模块的电源地2VDD-模块的电源正端3V0-LCD驱动电压输入端4RS(CS)H/L并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号5R/W(SID)H/L并行的读写选择信号；串行的数据口6E(CLK)H/L并行的使能信号；串行的同步时钟7DB0H/L数据08DB1H/L数据19DB2H/L数据210DB3H/L数据311DB4H/L数据412DB5H/L数据513DB6H/L数据

24、614DB7H/L数据715PSBH/L并/串行接口选择：H-并行；L-串行16NC空脚17/RETH/L复位 低电平有效18NC空脚19LED_A-背光源正极（LED+5V）20LED_K-背光源负极（LED-OV）逻辑工作电压(VDD)：4.55.5V电源地(GND)：0V工作温度(Ta)：060(常温) / -2075（宽温）3.3 模块设计3.2.1 复位电路模块 复位电路是使单片机的CPU或系统中的其他部位处于某一确定的初始状态，并从这一状态开始工作。通常的复位电路有两种：上电自动复位电路，人工开关复位电路。（1）上电自动复位电路：上电复位是单片机上电时的复位操作，保证单片机上电后立

25、即进入规定的复位电路。它是利用电容充电的原理来实现的。（2）人工开关复位电路：它不仅具有上电自动复位电路的功能，同时它的操作比商店自动复位电路的操作要简单得多。若果实现复位的话，只要按下reset键即可。它主要利用电阻的分压来实现的。 本次采用的是上电自动复位电路。 图3.3 上电自动复位电路 图3.4 人工开关复位电路3.2.2 液晶显示模块显示模块使用液晶12864，电路原理图如下图。图3.5 液晶显示模块连接图显示模块采用了12864.低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）。显示分辨率:12864点 。内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选)。内置128个168点阵

26、字符。在12864的2、3脚上接上10k的可调电阻，通过调节可调电阻的阻值，调整12864的对比度。通过单片机对12864进行写指令写数据等操作，完成对12864的显示操作。3.2.3 独立式键盘模块 由若干个按键组成一个键盘，其电路结构可分为独立键盘和矩阵式键盘设计，此次设计采用的是独立式键盘设计。键盘的工作方式可分为编程控制方式和中断控制方式。CPU在一个工作周期内，利用完成其他任务的空余时间，调用键盘扫描子程序，经程序查询，若无键操作，则返回。若有键操作，则进而判断是哪个键，并执行相应的键处理程序。这种方式称为变成扫描方式。由于单片机正常应用过程中，可能经常进行键操作，因而编程控制方式使

27、CPU经常处于工作状态，在进行本次设计中，只涉及到了设置、上调、下调三个功能。应该采用独立式键盘如图3.6。 图 3.6 独立式键盘按键作用： 根据程序设计依次包括菜单上移控制键，确定/主菜单键，菜单左移控制键（返回），右移控制键，下移控制键。（1）菜单左移控制键：实现从二级菜单回到初级菜单，以及从确认调整后的三级菜单返回二级菜单。并在调时时，依次向左选择调整对象。（2）右移控制键：在三级菜单中实现调整对象向右选择。（3）确定/主菜单键：实现由一级菜单到二级菜单再到三级菜单的转化，并且三级菜单调整完成也有该键确认后，才可退出。（4）上移控制键：在三级菜单中实现数字的上调。（5）下移控制键：在三

28、级菜单中实现数字的下调。3.2.4 晶振电路模块晶振电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，研究的是指令执行中信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格的工作。通常在引脚X1和X2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器如图3.7。图3.7 晶振电路设计3.2.5 存储模块 主要利用单片机内部4k Bytes片内程序存储器以及128 bytes的随机存取数据存储器。3.2.4 电源模块 电源模块直接选择5v的供电电压对复位电路，晶振电路，以及单片机，LCD等进行供电。3.3电路原理图 (图3.8) 图3.8 电路总体设

29、计原理图第4章 软件设计4.1编程方式选择51单片机可以利用汇编语言和c语言编程。其中汇编语言特点：汇编语言的实质和机器语言是相同的，都是直接对硬件操作，只不过指令采用了英文缩写的标识符，更容易识别和记忆。但是，汇编源程序一般比较冗长、复杂、容易出错，而且使用汇编语言编程需要有更多的计算机专业知识。C语言编程特点：C语言功能齐全，具有各种各样的数据类型，可使程序效率更高。而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大。同时，C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作。且对实现功能的表述更加直观。故本次设计选用C语言进行编程。4.2主程序设计 主程序开始时，LCD初始化，定时器开启并赋初值。LCD

30、时间初始化显示。并进入循环的键盘扫描程序中。程序框图如下 4.1图 4.1 主程序设计框图程序如下：/*主函数main()*/void main( void )lcd_init();timeinit();lcd_clear();time_display();while(1)keyscan();4.3按键子程序设计主要用于按键操作实现三个菜单界面的切换和返回等，并实现调时功能。程序实现流程图，如图4.2图4.2 按键子程序流程图程序实现如下：*键盘扫描函数：keyscan()*/void keyscan()if(key_menu=0&menu_flag=0)/进入一级菜单delay_ms(10)

31、;if(key_menu=0)while(!key_menu);menu_flag=1;first_menu_flag=1;lcd_clear();first_menu_display();/-主菜单部分-if(key_up=0&menu_flag=1)/菜单选择delay_ms(10);if(key_up=0)while(!key_up);/上升沿first_menu_flag-;if(first_menu_flag=5)first_menu_flag=1;first_menu_display();if(key_left=0&(first_menu_flag!=0)&menu_flag=1)

32、/退出主菜单,menu_flag=1限制了仅当在主菜单下按key_left才退出主菜单，显示时间delay_ms(10);if(key_left=0)while(!key_left);/上升沿menu_flag=0;/*每执行一次进入或返回菜单操作时都应注意更改菜单状态变量*first_menu_flag=1;lcd_clear();time_display();/-二级菜单部分-/-调时部分-if(key_menu=0&first_menu_flag=1&menu_flag=1)/进入调时（二级菜单）delay_ms(10);if(key_menu=0)while(!key_menu);me

33、nu_flag=11;/进入具体二级菜单标志位,进入一级菜单下1选项菜单time_set_flag=1;/调时位标志位TR0=0;ET0=0;/调时的时候停止时钟运行lcd_clear();/清屏time_set_display();if(key_menu=0&menu_flag=11)/返回主菜单delay_ms(10);if(key_menu=0)while(!key_menu);menu_flag=1;/退出调时后恢复时钟运行TR0=1;ET0=1;lcd_clear();first_menu_display();if(key_left=0&menu_flag=11)/ 调时选位dela

34、y_ms(10);if(key_left=0)while(!key_left);time_set_flag+;if(time_set_flag=8)time_set_flag=1;time_set_display();if(key_right=0&menu_flag=11)/ 调时选位delay_ms(10);if(key_right=0)while(!key_right);time_set_flag-;if(time_set_flag=0)time_set_flag=7;time_set_display();if(menu_flag=11&time_set_flag!=0)/调时+1if(k

35、ey_up=0)delay_ms(10);if(key_up=0)while(!key_up);if(time_set_flag=1)second=0;time_set_display();if(time_set_flag=2)minute+;if(minute=60)minute=0;time_set_display();if(time_set_flag=3)hour+;if(hour=24)hour=0;time_set_display();if(time_set_flag=4)week=(week+1)%7;time_set_display();if(time_set_flag=5)da

36、y+;if(day=32)day=1;time_set_display();if(time_set_flag=6)month+;if(month=13)month=1;time_set_display();if(time_set_flag=7)year+;if(year=2099)year=2000;time_set_display();if(key_down=0)/调试-1delay_ms(10);if(key_down=0)while(!key_down);/上升沿if(time_set_flag=1)second=0;time_set_display();if(time_set_flag

37、=2)minute=(minute-1+60)%60;time_set_display();if(time_set_flag=3)hour=(hour-1+24)%24;time_set_display();if(time_set_flag=4)week=(week-1+7)%7;time_set_display();if(time_set_flag=5)day-;if(day=0)day=31;time_set_display();if(time_set_flag=6)month-;if(month=0)month=12;time_set_display();if(time_set_flag

38、=7)year-;if(year=1999)year=2099;time_set_display();4.4字体的点阵实现主要确定各个界面字体的实现，程序如下：#include unsigned char code first_menu_tab=/*- 文字: 菜 -*/*- 宋体12; 此字体下对应的点阵为：宽x高=16x16 -*/0x04,0x40,0xFF,0xFE,0x04,0x40,0x04,0x40,0x3F,0xF8,0x22,0x08,0x11,0x10,0x08,0x20,0x01,0x00,0x7F,0xFE,0x03,0x80,0x05,0x40,0x09,0x30,0

39、x11,0x1C,0x61,0x08,0x01,0x00,/*- 文字: 单 -*/0x08,0x20,0x06,0x30,0x04,0x40,0x3F,0xF8,0x21,0x08,0x3F,0xF8,0x21,0x08,0x21,0x08,0x3F,0xF8,0x21,0x08,0x01,0x00,0xFF,0xFE,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,/*- 文字: 调 -*/0x43,0xFC,0x22,0x44,0x32,0x44,0x23,0xF4,0x02,0x44,0xE3,0xF4,0x22,0x04,0x22,0xF4,0x22,0x94,0x22,0x94,0x2A,0xF4,0x32,0x94,0x24,0x04,0x04,0x04,0x08,0x14,0x10,0x08,/*- 文字: 时 -*/0x00,0x10,0x00,0x10,0x7C,0x10,0x44,0x10,0x47,0xFE,0x44,0x10,0x7C,0x10,0x45,0x10,0x44,0x90,0x44,0x90,0x7C,0x10,0x00,0x10,0x00,0x10,0x00,0x10,0x00,0x50,0x00,0x20,/*- 文字: 信 -*/0x08,0x80,0x0C,0x60,0x18,0x40,0x17