基于51单片机的电子万年历设计报告.docx资源-CSDN文库

51单片机

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1 引言

在日新月异的 21 世纪里，家用电子产品得到了迅速发展。许多家电设备都趋于

人性化、智能化，这些电器设备大部分都含有 CPU 控制器或者是单片机。单片机以其

高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围

推广，广泛应用于工业控制系统、通讯设备、日常消费类产品和玩具等。并且已经深

入到工业生产的各个环节以及人民生活的各个方面，如车间流水线控制、自动化系统

等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等。用单片机来控制的小型家电产品具有

便携实用，操作简单的特点。

本文设计的电子万年历属于小型智能家用电子产品。利用单片机进行控制，实时

时钟芯片进行记时，外加掉电存储电路和显示电路，可实现时间的调整和显示。电子

万年历既可广泛应用于家庭,也可应用于银行、邮电、宾馆、医院、学校、企业、商

店等相关行业的大厅，以及单位会议室、门卫等场所。因而，此设计具有相当重要的

现实意义和实用价值。

2 系统概述

本设计以 AT89S52 单片机为核心，构成单片机控制电路，结合 DS1302 时钟芯片

和 24C02FLASH 存储器，显示阳历年、月、日、星期、时、分、秒和阴历年、月、日，

在显示阴历时间时，能标明是否闰月，同时完成对它们的自动调整和掉电保护，全部

信息用液晶显示。人机接口由三个按键来实现，用这三个按键对时间、日期可调，并

可对闹铃开关进行设置。软件控制程序实现所有的功能。整机电路使用+5V 稳压电源，

可稳定工作。系统框图如图 2-1 所示，其软硬件设计简单，时间记录准确，可广泛应

用于长时间连续显示的系统中。

图 2-1 系统框图

3 方案选择

由于电子万年历的种类比较多，因此方案选择在设计中是至关重要的。正确地选

择方案可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。

3.1 方案 1——基于 AT89S52 单片机的电子万年历设计

不使用时钟芯片，而直接用 AT89S52 单片机来实现电子万年历设计。AT89S52 是

一种带 8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 CMOS 8 位微处理器，

人机接口

显示电路

软件控制程序

电源电路

单片机控制电路

俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦写 1000 余次。由于将多功能 8

位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89S52 是一种高效微控制器，为

很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

若采用单片机计时，利用它的一个 16 位定时器/计数器每 50ms 产生一个中断信

号，中断 20 次后产生一个秒信号，然后根据时间进制关系依次向分、时、日、星期、

月、年进位。这样就实现了直接用单片机来实现电子万年历设计。

用单片机来实现电子万年历设计，无须外接其他芯片，充分利用了单片机的资源。

但是精度不够高，误差较大，掉电后丢失所有数据，软件编程较复杂。

3.2 方案 2——基于 DS1302 的电子万年历设计

在以单片机为核心构成的装置中，经常需要一个实时的时钟和日历，以便对一些

实时发生事件记录时给予时标，实时时钟芯片便可起到这一作用。过去多用并行接口

的时钟芯片，如MC146818,DS12887等。它们已能完全满足单片机系统对实时时钟的要

求，但是这些芯片与单片机接口复杂、占用地址, 数据总线接线多、芯片体积大占用

空间多、近年来串行接口的各种芯片在单片机系统中应用愈来愈多，串行接口的实时

时钟芯片也出现了不少，DS1302是一个综合性能较好且价格便宜的串行接口实时时钟

芯片。

利用单片机进行控制，采用DS1302作为实时时钟芯片，其三线接口SCLK、I/O、/RST

与单片机进行同步通信，外加掉电存储电路、显示电路、键盘电路，即构成一个基本

的电子万年历系统，若还要添加其他功能，在这基础上外扩电路即可。

由于在系统设计时，需要考虑以下几点因素：功耗低、精确度高、软件编程较简

单，芯片的体积小、芯片成本低等，而DS1302芯片有上面所述的诸多优点，所以本设

计采用方案2。

4 系统硬件电路的设计

按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统由主控模块、时钟模块、存储模块、

键盘接口模块、显示模块和闹铃模块共 6 个模块组成，电路系统构成框图如图 4-1 所

示。主控芯片使用 52 系列 AT89S52 单片机，时钟芯片使用美国 DALLAS 公司推出的一

种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟芯片 DS1302，存储模块采用美国 ATMEL 公司

生产的低功耗 CMOS 串行 EEPROM 存储芯片 AT24C02。DS1302 作为主要计时芯片，可以

做到计时准确。更重要的是，DS1302 可以在很小电流的后备（2.5～5.5V 电源，在

2.5V 时耗电小于 300nA）下继续计时，并可编程选择多种充电电流来对后备电源进行

慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电。

①VCC 电源端

②GND 接地端

(2) 外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2

①XTAL1 接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相

放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接

接到内部时钟发生器的输入端。

②XTAL2 接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放

大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。

(3) 控制或与其它电源复用引脚 RST、ALE//PROG、/PSEN 和/EA/VPP

①RST 复位输入端。当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平

将使单片机复位。

②ALE//PROG 当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址

的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率

的 1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目

的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。在对 Flash

存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（/PROG）

[6]

。

③/PSEN 程序存储允许（/PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号。当

AT89S52/LV52 由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次/PSEN 有效

（既输出 2 个脉冲）。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN

信号将不出现。

④/EA/VPP 外部访问允许端。要使 CPU 只访问外部程序存储器（地址为 0000H～

FFFFH），则/EA 端必须保持低电平（接到 GND 端）。当/EA 端保持高电平（接 VSS 端）

时，CPU 则执行内部程序存储器中的程序。

(4) 输入/输出引脚 P0.0～ P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～ P2.7 和 P3.0～P3.7

①P0 端口（P0.0～ P0.7） P0 是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。作为输出口

用时，每位能以吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 输入，对端口写 1 时，又可作高阻抗输

入端用。

②P1 端口（P1.0～ P1.7） P1 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P1

的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内

部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。作输入口时，因为有内部的上

拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

③P2 端口（P2.0～P2.7） P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P2

的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内

部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2 作输入口使用时，因为有

内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

④P3 端口（P3.0～P3.7） 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。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作

输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流，这是由于上拉的缘故。

P3 口也可作为 AT89S52 的一些特殊功能，这些特殊功能见表 4-1

[7]

。

表 4-1 P3 端口的特殊功能

端口引脚

兼用功能

P3.0

RXD （串行输入口）

P3.1

TXD （串行输出口）

P3.2

/INT0 （外部中断 0）

P3.3

/INT1 （外部中断 1）

P3.4

T0 （定时器 0 的外部输入）

P3.5

T1 （定时器 1 的外部输入）

P3.6

/WR （外部数据存储器写选通）

P3.7

/RD （外部数据存储器读选通）

4.2 DS1302 时钟电路

4.2.1 DS1302 芯片介绍

低功耗时钟芯片DS1302可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补

偿等多种功能。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，

能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的

分析以及对异常数据出现的原因的查找有重要意义

[8]

。

采用 DS1302 作为记录测控系统中的数据记录，其软硬件设计简单，时间记录准

确，既避免了连续记录的大工作量，又避免了定时记录的盲目性，给连续长时间的测

量、控制系统的正常运行及检查都来了很大的方便，可广泛应用于长时间连续的测控

系统中。在测量控制系统中，特别是长时间无人职守的测控系统中，经常需要记录某

些具有特殊意义的数据及其出现的时间。记录及分析这些特殊意义的数据，对测控系

统的性能分析及正常运行具有重要的意义。传统的数据记录方式是隔时采样或定时采

样，没有具体的时间记录，因此只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；若采用

单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询

等，同样耗费单片机的资源，而且某些测控系统可能不允许。而在系统中采用 DS1302

则能很好地解决这个问题。

(1) DS1302 的性能特性

·实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数；

·用于高速数据暂存的 31×8 位 RAM；

·最少引脚的串行 I/O；

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