日历时钟电路 毕业设计 - 图文

摘要

摘 要

随着科学技术的进步，数字电路对人们影响越来越广，数字领域的发展致使工业、农业、科技和国防等领域以及人们的社会生活发生了令人瞩目的变革。在数字电子高速发展的时代，日历时钟已经成为了不可缺少的一部分，本课程设计是要用数字集成电路实现。

本文以AT89S51单片机为核心，采用串行时钟芯片DS1302，显示电路采用LED动态扫描方式、按键电路、和复位电路等部分构成，以实现时钟日历显示的功能。取代过去多用并行接口的时钟芯片。改良其接口复杂、占用数据总线接线多、芯片体积大占用空间多的缺点。 关键字：AT89S51单片机,串行时钟芯片DS1302,LED动态扫描

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ABSTRACT

ABSTRACT

With the progress of science and technology, digital circuit impact

on people more widely, resulting in the development of the digital domain industry, agriculture, science and technology and defense fields, and people's social life has undergone remarkable changes. In the era of rapid development of digital electronics, the battery has become an indispensable part of this course is designed to achieve power supply to use digital integrated circuits

We based on AT89S51 as the core, the serial clock chip DS1302, show circuit using LED dynamic scanning mode, buttons, and reset circuit circuit such as part, in order to realize the function of the calendar displays clock. Replace the past use parallel interface chip of the clock. Improved its interface complex, take up the data bus wiring, take up the space is big chip faults.

Key Words:AT89S51 , DS1302, Dynamic LED scan

II

目录

目 录

第1章 绪论 ................................................ 1 1.1 引言 .................................................... 1 1.2 单片机的发展历程 ........................................ 1 1.3本论文主要研究内容 ...................................... 2 第2章 主要硬件选择与功能介绍 .............................. 2 2.1 单片机 .................................................. 3 2.2 LED数码管显示器 ....................................... 3 2.3 键盘结构 ................................................ 4 2.4 实时时钟芯片 ............................................ 5 2.5. DS1302内部结构 ...................... 错误！未定义书签。 2.5.2 读写时序说明 .......................................... 7 2.5.3电路连线图 ............................................ 8 2.6. I2C储存芯片介绍 ....................................... 9 2.6.2 I2C总线协议 ......................................... 9 2.7 74LS138译码芯片 ....................................... 9 第3章 硬件设计 ........................................... 11 3.1单片机端口分配 ......................................... 11 3.1.2 AT89S51单片机最小系统外围电路 ...................... 11 3.2 按键电路 ............................................... 14 3.3 显示电路 ............................................... 15 第4章 软件设计 ........................................... 17 4.1 动态显示模块程序 ....................................... 17 4.2 时钟DS1302模块程序 .................................... 19 第5章 电路板的设计与制作 ................................. 21 5.1 PROTEL 2004背景 ......................................... 21 5.2 制作过程 ............................................... 21 5.2.2 绘制PCB板图 ......................................... 22 5.2.3制作PCB板 ........................................... 23 5.2.4元件的焊接 ........................................... 23 5.2.5 电路的仿真 ........................................... 24

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目录

第6章 系统调试 .......................................... 25 第7章 结 论 ............................................. 26 参考文献 .................................................. 28 致谢 ...................................................... 27 附录 ...................................................... 29 实物图 .................................................... 30

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第一章 绪论

第1章 绪 论

1.1 引言

随着科技的发展，电子日历的出现，迅速占领了传统日历的大部分领地成为人们日常生活的必备品。电子日历具有性能稳定、精确度高、成本低等特点。广泛用于家庭、公司、机关等众多场所，为人们的日常生活提供了方便，是人们日常生活中不可缺少的一部分。

本文设计以单片机AT89S51为核心部件的日历时钟，采用动态扫描方式，以共阴LED数码管作显示器、3-8译码器74LS138做驱动电路，用3片74LS138并联扩展IO口，将5位IO口扩展成24位驱动端口，74LS138产生的驱动信号为低电平有效，当P2口前5位输入一个有效的5位BCD码时，选中对应的一位共阴数码管，同时P0口送入段选信号，即完成动态扫描显示功能。本文硬件设计包括：AT89S51单片机、RC复位电路、+5V直流电源电路、按键电路、74LS138驱动器动态显示扫描电路、I2C储存电路、实时时钟电路。主要用到单片机的编程软件（Keil）及电路仿真调试软件（Protel）等常用软件。

1.2 单片机的发展历程

1971年微处理器研制成功不久，就出现了单片机，但最早的单片机是1位的，处理能力有限。单片机的发展共分四个阶段：第一阶段是初级阶段，功能非常简单；第二阶段是低性能单片机阶段，以INTEL公司制造的MSC-48系列单片机为代表；第三阶段为高性能单片机阶段，这个阶段推出的单片机普遍带有串行接口，多级中断系统，16位定时器/计数器，片内ROM、RAM容量加大，直到现在仍被广泛应用，是目前应用数量较多的单片机；第四阶段是8位单片机巩固发展以及16位单片机、32位单片机推出阶段，以满足不同的用户需要。纵观单片机几十年的发展历程，单片机的今后发展方向将向多功能、高性能、高速度、低功耗、低价格、外围电路内装化以及内存储器容量增加和FLASH存储器化方向发展。

目前，单片机以其可靠性高和智能性等特点被广泛应用到工业控制系

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统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等领域中，并已经进入家庭。由于单片机应用系统的高可靠性，硬、软件的高利用系数，优异的性能价格比，使它的应用范围由开始传统的过程控制，逐步进入数值处理、数字信号处理以及图像处理等高技术领域。

1.3本论文主要研究内容

本文设计的是基于单片机的电子日历，主要分两个部分来研究设计。 (1)硬件设计：电路图包括电源模块、单片机模块、显示模块、键盘矩阵模块、实时时钟模块、I2C储存模块等。

(2)软件设计：①制定程序流程图。②用汇编语言或C语言编写源程序：程序包括主程序模块、动态显示程序模块、实时时钟读写程序模块、I2C储存读写程序模块、按键控制程序模块等。③利用Protel软件对控制电路软、硬件进行联合调试，检查其功能是否达到设计要求。如没有达到设计要求，应修改源程序，并编译、下载、调试，直到达到设计要求。

经反复调试论证本文设计的电子日历能准确地显示日历数据、能够调整时间可掉电存储、时间信息能掉电保持等。

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第二章 主要硬件选择与功能介绍

第2章 主要硬件选择与功能介绍

2.1单片机

AT89S51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能、低功耗的CMOS8位单片机，带有非失性Flash程序存储器。主要特点有：

（1）8KB Flash ROM，可以檫除1000次以上，数据保存10年。 （2）256字节内部RAM。

（3）电源控制模式：时钟可以停止和恢复；空闲模式；掉电模式；

（4）6个中断源。 （5）4个中断优先级。 （6）4个8位I/O口。 （7）全双工增强型UART。

（8）3个16位定时/计数器，T0、T1（标准80C51）和增加的T2（捕捉和比较）。

2.2 LED数码管显示器

数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个小数点显示。按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管，如图2-1所示。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极的数管。共阳数码管在应用时应将公共极接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

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图2-1 LED数码管内部结构

本系统采用LED数码管作为显示器，其选取理由有如下几点：其一，LED数码管相对LCD显示屏比较便宜；其二，LED数码管显示原理简单，LCD显示原理相对复杂；其三，LED数码管结构简单，LCD结构比较精密；其四，LED数码管的显示器维修简单，而LCD显示屏的维修比较复杂。

2.3 键盘结构

独立式按键是指各按键相互地接通一条输入数据线。这是简单的键盘结构，该电路为查询方式电路，如图2-2所示。当任何一个键按下时，与之相连的输入数据线即被清0（低电平），而平时该线为1（高电平）。要判别是否有键按下，用单片机的位处理指令十分方便。这种键盘结构的优点是电路简单；缺点是当键数较多时，要占用较多的I/O线。

图2-2 独立式键盘结构

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第二章 主要硬件选择与功能介绍

本文设计的系统采用独立式键盘，从结构上看独立式键盘相对矩阵式键盘简单，在程序编写上独立式键盘比矩阵式键盘要简单得多，在单片机I/O口够用的情况下，优先考虑独立式键盘。

2.4 实时时钟芯片

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI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和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，月小或月大可以自动调整，且具有闰年补偿功能。DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到三条口线：RES ,I/ O 数据线和SCLK串行时钟。

DS1302 的特征如下：

1、31 字节带后备电池的RAM用于数据存储 2、串行I/ O 口，管脚数量少 3、宽范围工作电压：2. 0～5. 5V 4、工作电压2. 0V 时，电流小于300nA

5、读/ 写时钟或RAM数据时有两种传送方式：单字节传送和突发模式传送

6、8 脚DIP封装或其他可选封装方式 7、简单的3 线接口 8、与TTL兼容(Vcc = 5V)

9、可选工业级温度范围：- 40 ℃～+ 85 ℃

10、与DS1202 兼容

图2-3 DS1302的外部引脚分配

2.5. DS1302内部结构

DS1302内部结构如图2-4所示，包含12个寄存器、1个电源控制、1个通讯与逻辑控制主体、31字节静态RAM及实时时钟脉冲产生计数模块。

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图2-4 DS1302的内部结构

（1）DS1302有关日历、时间的寄存器

DS1302有关日历、时间的寄存器共有12个，如表2-1所示，其中有7个寄存器（读时81h～8Dh，写时80h～8Ch），存放的数据格式为BCD码形式。

表2-1 DS1302有关日历、时间的寄存器

读寄写寄BIBIBITBIBIBIBI范

BIT5

存器 存器 T7 T6 4 T3 T2 T1 T0 围

0-81H 80H CH 秒十位 秒个位

59 0-83H 82H 0 分十位 分个位

59

时AM/P1-12十M 12

85H 84H /20 位 时个位

4 0-时十位

23 1-87H 86H 0 0 日十位 日个位

31

月

1-89H 88H 0 0 0 十月个位

12

位

1-8BH 8AH 0 0 0 0 0 周个位

7 0-8DH 8CH 年十位 年个位

99 —

8FH 8EH WP 0 0 0 0 0 0 0

—

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参考文献

参考文献

[1]刘建英.基于单片机的时钟设计.内蒙古.内蒙古石油化工学报.2005

[2]陈华兵,傅成华,方景杰.基于单片机的高精度时钟设计.四川.中国西部科技. 2009 [3]王为青,邱文勋.51单片机应用开发案例精选.北京.人民邮电出版社.2007 [4]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例.北京.电子工业出版社.2009 [5]张淑骅.基于单片机的温度电子钟显示系统.山东.科技信息. 2009

[6]孙凌燕,黄允千.Protel与Keil软件的整合在单片机实验开发中的应用.上海.实验室研究与探索. 2008

[7]王新颖.单片机原理及应用.北京.北京大学出版社.2008.

[8]谢维成.单片机原理与应用及C51程序设计.北京.清华大学出版社.2006. [9]求是科技.单片机典型设计应用.北京.人民邮电出版社.2006. [10]周功海.单片机控电子时钟的设计.山东.煤矿现代化.2007.

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致 谢

本课题在选题及研究过程中得到董老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，董老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。董老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向董老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

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附录

附录 元件清单

品名 电阻 图中编号 规格型号 数量 备注 R1 10K 1 R2 4.7k 1 R3 1K 1 C1,C2 33pF 2 C3 470uF 1 C4 10uF 1 C5 22uF 1 U1 AT89S51 1 U3 DS1302 1 U4 24C02C 1 U5-U7 74LS138 3 U8 7805 1 Q1 NPN 1 ADD,BACK,DEC BUTTON 4 MODE,RST BAT1 3V 1 BR1 2W005G 1 LS1 SOUNDER 1 RP1 RESPACK-8 1 TR1 TRAN-2P2S 1 X1 11.05926 1 X2 32768Hz 1 7SEG-MPX1 1 一位共阴 7SEG-MPX2 7 二位共阴 7SEG-MPX4 2 四位共阴 电容 单片机 时钟芯片 I2C储存器 38译码器 稳压管 三极管 按钮 备用电池 桥式整流管 喇叭 排阻 变压器 晶振 数码管 29

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实物图

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第四章 软件设计

第4章 软件设计

4.1 动态显示模块程序

设计中采用动态扫描方式来显示，采用共阴LED数码管作显示器、3-8译码器74LS138做驱动电路，用3片74LS138并联扩展IO口，将5位IO口扩展成24位驱动端口，74LS138产生的驱动信号为低电平有效，当P2口前5位输入一个有效的5位BCD码时，选中对应的一位共阴数码管，同时P0口送入段选信号，即完成动态扫描显示功能。显示时调用disp_play()即可完成日期、时间数据的显示，下面给出具体的驱动程序。

void disp(uchar x,uchar y) {

P0=0x00;

Delay(2);

//清零段选信号

P0=disp_code[x]; //送段码 }

void disp_play() {

P2=y;//送位码 Delay(100);

uchar j; for(j=0;j<12;j++) {

if(j<4)//显示年月日 {

disp(disp_buffer[j]/16,2*j); disp(disp_buffer[j],2*j+1); }

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else if(j==4) disp(disp_buffer[j]-1,2*j);//显示星期 else if(j<8)//显示时分秒 {

disp(disp_buffer[j]/16,2*j-1); disp(disp_buffer[j],2*j); } { if(disp_buffer[9]<0) {

disp(16,16);

disp_buffer[9]=~disp_buffer[9]+1; disp(disp_buffer[9]0/10,17); disp(disp_buffer[9],18); } else { if(disp_buffer[9]>99)

{

disp(disp_buffer[9]/100,16); disp(disp_buffer[9]0/10,17); disp(disp_buffer[9],18); } else {

disp(disp_buffer[9]/10,17);

disp(disp_buffer[9],18);

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第四章 软件设计

}

}

}

}

{

disp(disp_buffer[j]/16,2*j-1); disp(disp_buffer[j],2*j); }

4.2 时钟DS1302模块程序

DS1302的时间地址信息保存在ds1302_write_address[ ]数组中，时间数据信息保存在disp_buffer []数组中。时钟数据写入函数为write_time( )，调用write_time( )即可完成自动写入；时钟数据读取函数为read_time( )，调用read_time( )即可完成自动读取。具体程序如下所示。

void write_time( ) {

uchar i=0;

Clock_Write_Time(0x8e,0x00); //WP=0 写允许 for(i=0; i<7; i++)

{

Clock_Write_Time(ds1302_write_address[i], disp_buffer[1+i]); //循环写入

}

Clock_Write_Time( 0x8e,0x80); //WP=1 写保护 }

void read_time() { uchar i=0;

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for(i=0; i<7; i++)

{disp_buffer[1+i]=Clock_Read_Time(ds1302_read_address[i]); }//循环读出

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第五章 电路板的设计与制作

第5章 电路板的设计与制作

5.1 Protel 2004背景

Protel 2004是澳大利亚Protel Technology 公司于2001年推出的具有PDM功能的强大EDA综合设计环境的一个全32位的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，易学易懂，使用该软件设计者可以容易地设计电路原理图、画元件图、设计电路板图、层次原理图设计、报表制作、画元件封装、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是业内人士首选的电路板设计工具。使用电脑设计电路原理图和电路板图是把电子技术从理论应用到实际的第一步，在学习了模拟和数字电路之后，首先应该学的就是画电路图和电路板图。只有会设计电路原理图和电路板图才能进行电子产品的研究与开发。

5.2 制作过程

绘制原理图是产品设计的初步，在设计中，本环节显得格外重要，它影响着后期制作的成败，如果原理图绘制出错，那么在PCB制作以后的阶段将出现众多问题，使得修改电路线路和调试更为艰难，由此可见这一环节的重要性是不可忽略的。因此在绘制原里图过程中应再三细心，按照正确的步骤和方式进行原里图的绘制。

①：设置原理图设计环境。在画原理图之前应该把设计环境设置好。工作环境设置是使用Design/options和Tool/preferences菜单进行，画原理图环境主要包括图纸大小，捕捉栅格，电气栅格，模板设置等。

②：放置元件。将电气和电子元件放置到图纸上。一般情况下元件的原理图符号在元件库中都可以找到，只需要将元件库中的元件从库中调出，放置在图上。由于元件种类非常多，都被分别放在不同的元件库中，所以应该知道哪类元件在那些库中。

③：原理图布线。元件一旦放置在原理图上，就需要用导线将元件连接起来，连接时一定要符合电气检测。

④：编辑与调整。编辑元件的属性。这些属性包括元件名，参数，封装图等。调整元件和导线的位置操作。

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