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单片机电子万年历课程设计.docx
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2022-11-29
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万年历设计说明书
前言
1.1 设计背景
随着微电子技术的高速发展,单片机在国民经济的个人领域得到了广泛的运用。单
片机以体积小、功能全、性价比高等诸多优点,在工业控制、家用电器、通信设备、信
息处理、尖端武器等各种测控领域的应用中独占鳌头,单片机开发技术已成为电子信息、
电气、通信、自动化、机电一体化等专业技术人员必须掌握的技术。
而电子万年历作为电子类小设计不仅是市场上的宠儿,也是是单片机实验中一个很
常用的题目。因为它的有很好的开放性和可发挥性,因此对作者的要求比较高,不仅考
察了对单片机的掌握能力更加强调了对单片机扩展的应用。而且在操作的设计上要力求
简洁,功能上尽量齐全,显示界面也要出色。数字显示的日历钟已经越来越流行,特别
是适合在家庭居室、办公室、大厅、会议室、车站和广场等使用,壁挂式LED 数码管显
示的日历钟逐渐受到人们的欢迎。LED 数字显示的日历钟显示清晰直观、走时准确、可
以进行夜视,并且还可以扩展出多种功能。 所以,电子万年历无论作为比赛题目还是
练习题目都是很有价值。
1.2 设计目的
(1)掌握数字电路中 D 触发器、分频电路、多谐振荡器、CP 时钟脉冲源、译码器、
编码器等各种单元电路的综合运用。
(2)掌握简单数字系统电路设计、焊接、调试及故障排除的一般过程和常规方法。
(3)熟悉简单数字电子系统的工作原理。
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广东技术师范学院本科课程课程设计
1 设计原理及设计方案
1.1 理论知识:
本设计是电子万年历,具备三个功能:能显示:年、月、日、时、分、秒信息,并
具有可调整日期和时间功能。该电子万年历使用 12MHZ 晶振与单片机 89C51 相连接,通
过软件编程的方法实现了以 24 小时为一个周期,同时显示小时、分钟和秒的要求。利
用时钟芯片 DS1302 产生数字钟效果,再利用数码管动态扫描显示单片机内部处理的数
据。同时通过端口读入当前外部控制状态来改变程序的不同状态,实现不同功能。
在设计过程中使用 12MHZ 晶振与单片机 89C51 相连接,通过软件编程的方法实现了以
24 小时为一个周期同时显示小时,分钟和秒的要求。利用单片机定时器及计数器产生定
时效果通过编程形成数字钟效果,再利用数码管动态扫描显示单片机内部处理的数据。
同时通过端口读入当前外部控制状态来改变程序的不同状态,实现不同功能。
1.1.2、显示电路
就时钟而言,通常可采用数码管显示。由于一般的段式液晶屏,需要专门的驱动电
路,而且液晶显示作为一种被动显示,可视性相对较差;对于具有驱动电路和微处理器
接口的液晶显示模块(字符或点阵),一般多采用并行接口,对微处理器的接口要求较
高,占用资源多。另外,89C51 本身无专门的液晶驱动接口,因此,本设计采用 LED 数
码管显示,LED 数码管是由两个七段四位 BT—A5461AH 和两个七段两位 BT—A5261AH 的
组成,对于显示数字比较适合。
1.1.3、按键电路
由于本设计的是电子万年历,需要实现多种功能的显示,并要能够切换显示和调节
年月日时分秒,因此,在设计过程中按键的设计就显得尤为重要。
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万年历设计说明书
在设计过程中我们一共采用了 3 个按键,尽量在小的空间里实现最多的功能。其中
上键是年月日显示切换键,下键是年月日显示切换键,按下一次就能够更换一次显示位。
在调整显示环境下中键是显示调整位的的加 1 键。
该万年历是以单片机 89C51 为核心并利用时钟芯片 DS1302 来计时完成的。在硬件
电路中采用 P1 口控制两片 74LS47 的输入信号,利用 P3.0、P3.1 口分别控制 74LS47 的
选通,再由 74LS47 的 7 个输出口控制数码管的字型码。利用 P3.2、P3.3、P3.4 来控制
时钟芯片 DA1302。 由 P2.0—P2.5 来控制数码管的字位。
1.1.4、时钟电路模块的设计
1、时钟芯片 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。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。 “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。
2、DS1302 的控制字节
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
3、数据输入输出(I/O)
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。
4、DS1302 的寄存器
DS1302 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。
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广东技术师范学院本科课程课程设计
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 C0H~FDH,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)。
1.1.5 74LS47 芯片电路模块的设计
1、74LS47
74LS47 是 BCD-7 段数码管译码器/驱动器, 74LS47 的功能用于将 BCD 码转化成数码
块中的数字,通过它解码, 可以直接把数字转换为数码管的显示数字, 从而简化了程
序,节约了 单片机的 IO 开销。
2、74LS47 译码器原理:
译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑
电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47 是输出低电平有效
的七段字形译码器,它在这里与数码管配合使用。
1.2 设计方案
方案一:主芯片采用 80C51 单片机,运用 C 语言的知识,日历时钟芯片美国 DALLAS 公
司推出的高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟 DS1302 通过按键进行日历时间设置,显
示器采用点阵图形液晶显示模块,功能是能够用汉字同时显示公历农历和星期。不过该
方案的费用很高。
方案二:使用 12MHZ 晶振与单片机 89C51 相连接,通过软件编程的方法实现了以 24 小时
为一个周期,同时显示小时、分钟和秒的要求利用时钟芯片 DS1302 产生数字钟效果,
再利用数码管动态扫描显示单片机内部处理的数据。。具备三个功能:能显示:年、月、
日、时、分、秒信息。
第一次选用的方案是第一方案,不过失败了,考虑到费用及可行性问题,我们采用第二
方案。
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万年历设计说明书
1.3 主要元器件的介绍
1.3.1 74LS47
1、74LS47
74LS47 是 BCD-7 段译码器/驱动器,它的功能是将 BCD 码转化为数码块中的数字,通
过它解码,可以把数字转换为数码管的显示数字,从而简化了程序,节约了单片机的 IO
开销。
2、74LS47 的引脚
1.3.2 AT89C51
1、AT89C51
是一种带 4K 字节 FLASH 存储器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read
Only Memory)的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器,俗称单片机。
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