基于單片機實現(xiàn)的電子日歷設計畢業(yè)設計（論文）word格式.doc

湖南科技工業(yè)職業(yè)技術學院湖南科技工業(yè)職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計論文畢業(yè)設計論文 設計課題：設計課題： 基于單片機實現(xiàn)的電子日歷設計基于單片機實現(xiàn)的電子日歷設計 班班 級：級： 姓姓 名：名： 學學 號：號： 專專 業(yè)：業(yè)： 教教 研研 室：室： 指導老師：指導老師： 聯(lián)系電話：聯(lián)系電話： E-mailE-mail： 單片機電子日歷 2 單片機電子日歷 摘 要：本文提出了一種基于 AT89C51 單片機為核心控制器的電子日歷設計方 案，該方案以 AT89C51 單片機為主控制器，與時鐘芯片 DS1302、按鍵輸入、LED 顯示等電路模塊組成硬件系統(tǒng)。以串行時鐘日歷芯片 DS1302 記錄日歷和時間，它 可以對年、月、日、時、分、秒和星期進行計時，還具有閏年補償?shù)榷喾N功能。電子 日歷采用 MAX7219 芯片作為 LED 顯示驅(qū)動，可以支持更多數(shù)碼管的穩(wěn)定顯示， 采用直觀的數(shù)字顯示在 LED 顯示器上，并設有獨立的按鍵控制，可以根據(jù)使用者 的需要隨時對時鐘進行校準和時間選擇，同時具有備用電源，停電時可以實現(xiàn)對系 統(tǒng)的持續(xù)供電。此電子日歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低 廉等優(yōu)點，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。 關鍵詞： 單片機；DS1302；電子日歷；MAX7219 畢業(yè)設計論文 3 目 錄 第 1 章 緒論.4 1.1 課題背景及意義 4 1.2 本文主要研究內(nèi)容 5 第 2 章 系統(tǒng)整體設計.6 2.1 系統(tǒng)功能要求 6 2.2 總體設計框圖 6 第 3 章 主要元器件選擇.7 3.1 AT89C51 芯片7 3.2 數(shù)碼管 LED7 3.3 DS1302 芯片.9 3.4 MAX7219 芯片.10 第 4 章 硬件電路設計.12 4.1 晶振電路 12 4.2 復位電路 12 4.3 顯示電路 13 4.4 電源電路 14 4.5 按鍵控制電路 15 第 5 章 軟件電路設計.16 5.1 主流程圖 16 5.2 時間產(chǎn)生流程圖 17 5.3 按鍵控制流程圖.18 第 6 章 總結(jié).19 參考文獻.20 致 謝.21 附 錄 1.22 單片機電子日歷 4 第 1 章 緒論 1.1 課題背景課題背景及意義及意義 隨著微電子技術的高速發(fā)展，單片機在國民經(jīng)濟的個人領域得到了廣泛的運 用。單片機以體積小、功能全、性價比高等諸多優(yōu)點，在工業(yè)控制、家用電器、 通信設備、信息處理、尖端武器等各種測控領域的應用中獨占鰲頭，單片機開發(fā) 技術已成為電子信息、電氣、通信、自動化、機電一體化等專業(yè)技術人員必須掌 握的技術。由于人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，對時間的要求越來越高， 精準數(shù)字計時的消費需求也是越來越多。 二十一世紀的今天，最具代表性的計時產(chǎn)品就是電子日歷，它是近代世界鐘 表業(yè)界的第三次革命。第一次是擺和擺輪游絲的發(fā)明，相對穩(wěn)定的機械振蕩頻率 源使鐘表的走時差從分級縮小到秒級，代表性的產(chǎn)品就是帶有擺或擺輪游絲的機 械鐘或表。第二次革命是石英晶體振蕩器的應用，發(fā)明了走時精度更高的石英電 子鐘表，使鐘表的走時月差從分級縮小到秒級。第三次革命就是單片機數(shù)碼計時 技術的應用（電子日歷） ，使計時產(chǎn)品的走時日差從分級縮小到 1/600 萬秒，從原 有傳統(tǒng)指針計時的方式發(fā)展為人們?nèi)粘８鼮槭煜さ囊构鈹?shù)字顯示方式，直觀明了， 并增加了全自動日期、星期、溫度以及其他日常附屬信息的顯示功能，它更符合 消費者的生活需求！因此，電子日歷的出現(xiàn)帶來了鐘表計時業(yè)界跨躍性的進步。 我國生產(chǎn)的電子日歷有很多種，總體上來說以研究多功能電子日歷為主，使 日歷除了原有的顯示時間，日期等基本功能外，還具有鬧鈴，報警等功能。商家 生產(chǎn)的電子萬年歷更從質(zhì)量，價格，實用上考慮，不斷的改進電子萬年歷的設計， 使其更加的具有市場。 現(xiàn)今，高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石 英表，石英鐘都采用了石英技術，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需 要經(jīng)常調(diào)校，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用 LED 顯示器代替顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時， 分，秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。 時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎。 在一個單片機應用系統(tǒng)中，時鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的 基準振蕩定時信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機 系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標準定時時鐘，即定時時間，它通常有兩種實現(xiàn) 方法：一是用軟件實現(xiàn)，即用單片機內(nèi)部的可編程定時/計數(shù)器來實現(xiàn)，但誤差很 畢業(yè)設計論文 5 大，主要用在對時間精度要求不高的場合；二是用專門的時鐘芯片實現(xiàn)，在對時 間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時鐘芯片有： DS1302，DS12887，X1203 等都可以滿足高精度的要求。 電子日歷既可廣泛應用于家庭，也可應用于銀行、郵電、賓館、醫(yī)院、學校、 企業(yè)、商店等相關行業(yè)的大廳，以及單位會議室、門衛(wèi)等場所。因而，此設計具 有相當重要的現(xiàn)實意義和實用價值。 1.2 本文主要研究內(nèi)容本文主要研究內(nèi)容 本文設計一種基于單片機控制的電子日歷控制系統(tǒng)，以 AT89C51 單片機為 主控制器，與時鐘芯片 DS1302、按鍵輸入、LED 顯示等電路模塊組成硬件系統(tǒng)， 可以對年、月、日、時、分、秒和星期進行計時，還具有閏年補償?shù)榷喾N功能。 電子日歷采用 MAX7219 芯片作為 LED 顯示驅(qū)動，可以支持更多數(shù)碼管的穩(wěn)定顯 示，采用直觀的數(shù)字顯示在 LED 顯示器上，并設有獨立的按鍵控制，可以根據(jù) 用戶的需求隨時對時鐘進行校準和時間選擇，同時具有備用電源，停電時可以實 現(xiàn)對系統(tǒng)的持續(xù)供電。全文共分為六章，各章節(jié)的安排如下： 第 1 章首先介紹了單片機的作用，以及利用單片機作為主控制器來設計電子 日歷的實際價值，并闡述了單片機電子日歷的研究背景及意義，最后概況了本文 的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。 第 2 章主要介紹了系統(tǒng)設計需要滿足的一些基本功能要求，以及基于單片機 的電子日歷總體設計框圖及相關分析。 第 3 章介紹了單片機電子日歷系統(tǒng)的主要元器件選擇，主要是作為主控制器 的單片機 AT89C51、時間產(chǎn)生芯片 DS1302、時間日期顯示的 LED 數(shù)碼管以及為 數(shù)碼管驅(qū)動的芯片 MAX7219。 第 4 章針對設計的電子日歷系統(tǒng)，重點分析了系統(tǒng)的各個主要硬件模塊電路， 主要有系統(tǒng)的晶振電路、復位電路、顯示電路、電源供電電路和按鈕輸入控制電 路等相關模塊電路。 第 5 章主要分析了系統(tǒng)的軟件設計方案，主要有主控制流程圖、時間產(chǎn)生流 程圖、按鍵控制流程圖和仿真軟件的相關應用等。 第 6 章總結(jié)了本文的主要工作。 單片機電子日歷 6 第 2 章 系統(tǒng)整體設計 2.1 系統(tǒng)功能要求系統(tǒng)功能要求 電子日歷是一套完整的時間顯示系統(tǒng)，采用單片機等控制設計作為核心控制 器，并能實時顯示當前的日期，能夠設置時間等操作，其具體功能要求如下： 1、 能夠顯示年月日，時分秒、星期； 2、 提供相關按鍵，可以對時間進行手動的設置和修改； 3、 采用二十四小時制顯示時間，并具有閏年補償功能； 4、 使用 LED 數(shù)碼管顯示當前時間日期； 5、 具備基本的電路和時間復位功能； 6、 有備用電源，可以實現(xiàn)斷電后持續(xù)顯示時間的功能。 2.2 總體設計框圖總體設計框圖 控制主機 （單片機） 晶振和復位 按鍵控制 電源 LED顯示 MAX7219 DS1302 圖 2-1 系統(tǒng)總計設計框圖 基于單片機的電子日歷的總體設計框圖如圖 2-1 所示。圖中由幾大模塊組成， 其中采用 AT89C51 單片機作為系統(tǒng)的控制主機，即為核心控制器，配有基本的 晶振電路和復位電路，同時提供單片機的電源供電，當外部電源斷電時，可以啟 動備用電源對系統(tǒng)進行供電，實現(xiàn)對電子日歷的持續(xù)顯示。系統(tǒng)配有時間產(chǎn)生的 時鐘芯片 DS1302，可以實現(xiàn)對對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，且 具有閏年補償功能。時鐘的顯示通過 MAX7219 芯片對 LED 數(shù)碼管進行驅(qū)動顯示， 可以支持多個數(shù)碼管的同時顯示，不僅可以節(jié)約單片機的控制端口，同時支持多 個 LED 的同時穩(wěn)定顯示。 畢業(yè)設計論文 7 第 3 章 主要元器件選擇 3.1 AT89C51 芯片芯片 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片 內(nèi)含 4k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和 128 bytes 的隨機存 取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生 產(chǎn)，兼容標準 MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51 單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活 應用于各種控制領域。其主要特點如下： 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM； 電源控制模式； 時鐘可停止和恢復； 空閑模式； 掉電模式； 6 個中斷源； 4 個中斷優(yōu)先級； 4 個 8 位 I/O 口； 全雙工增強型 TUAR； 3 個 16 位定時/計數(shù)器：T0、T1（標準 80C51）和增加的 T2（捕獲和比 較） ； 全靜態(tài)工作方式：024MHz。 由于 AT89C51 單片機片內(nèi)有 4K 字節(jié)的在線編程 Flash 存儲器，可以擦寫 1000 次，具有掉電模式，而且具有掉電狀態(tài)下的中斷恢復功能，對設計開發(fā)非常 實用。所以選用 AT89C51 單片機作為電子日歷系統(tǒng)的控制主機。 3.2 數(shù)碼管數(shù)碼管 LED 七段數(shù)碼管一般由 8 個發(fā)光二極管組成，其中由 7 個細長的發(fā)光二極管組成 數(shù)字顯示，另外一個圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點。 當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發(fā)光。控制相應的二極管導 通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的數(shù)符數(shù)量也 有限，但其控制簡單，使有也方便。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極數(shù) 單片機電子日歷 8 碼管，陰極連在一起的稱為共陰極數(shù)碼管，如圖 3-1 所示。 （a） 七段數(shù)碼管引腳圖 abcdefgdp abcdefgdp （b） 共陰極 （c） 共陽極 圖 3-1 七段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 七段數(shù)碼管每段的驅(qū)動電流和其他單個 LED 發(fā)光二極管一樣，一般為 510mA；正向電壓隨發(fā)光材料不同表現(xiàn)為 1.82.5V 不等。七段數(shù)碼管的顯示方 法可分為靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示，具體介紹如下： 1、靜態(tài)顯示 所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示某一字符時，相應段的發(fā)光二極管恒定地尋能可 截止。這種顯示方法為每一們都需要有一個 8 位輸出口控制。對于 51 單片機， 可以在并行口上擴展多片鎖存 74LS573 作為靜態(tài)顯示器接口。 靜態(tài)顯示器的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導通電注一定的情況下顯示 器的亮度高，控制系統(tǒng)在運行過程中，僅僅在需要更新顯示內(nèi)容時，CPU 才執(zhí)行 一次顯示更新子程序，這樣大大節(jié)省了 CPU 的時間，提高了 CPU 的工作效率； 缺點是位數(shù)較多時，所需 I/O 口太多，硬件開銷太大，因此常采用另一種顯示方 式動態(tài)顯示。 2、動態(tài)顯示 所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描） ，對于顯示器的 每一位而言，每隔一段時間點亮一次。雖然在同一時刻只有一位顯示器在工作 畢業(yè)設計論文 9 （點亮） ，但利用人眼的視覺暫留效應和發(fā)光二極管熄 滅時的余輝效應，看到的 卻是多個字符“同時”顯示。顯示器亮度既與點亮時的導通電流有關，也與點亮 時間和間隔時間的比例有關。調(diào)整電流和時間參烽，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯 示。若顯示器的位數(shù)不大于 8 位，則控制顯示器公共極電位只需一個 8 位 I/O 口 （稱為掃描口或字位口） ，控制各位 LED 顯示器所顯示的字形也需要一個 8 位口 （稱為數(shù)據(jù)口或字形口） 。 動態(tài)顯示器的優(yōu)點是節(jié)省硬件資源，成本較低，但在控制系統(tǒng)運行過程中， 要保證顯示器正常顯示，CPU 必須每隔一段時間執(zhí)行一次顯示子程序，這占用了 CPU 的大量時間，降低了 CPU 工作效率，同時顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。 綜合以上考慮，由于電子日歷需要顯示年月日時分秒等，需十多個數(shù)碼管， 并考慮到 CPU 工作效率與電源效率，本畢業(yè)設計采用動態(tài)的共陰極 LED 顯示。 3.3 DS1302 芯片芯片 DS1302 是美國 Dallas 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘 芯片，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能， 工作電壓寬達 2.55.5V。采用三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方 式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。DS1302 內(nèi)部有一個 318 的用于 臨時存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。DS1302 是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容， 但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電 的能力。 DS1302 的引腳如圖 3-2 所示。Vcc1 為后備電源，Vcc2 為主電源。在主電源 關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大 者供電。當 Vcc2 大于 Vcc1+0.2V 時，Vcc2 給 DS1302 供電。當 Vcc2 小于 Vcc1 時， DS1302 由 Vcc1 供電。X1、X2 為振蕩電路，外接 32.768Hz 晶振。 Vcc2 1 X1 2 X2 3 GND 4 RST 5 I/O 6 SCLK 7 Vcc1 8 DS1302U3 圖 3-2 DS1302 管腳圖 RST 是復位、片選線，通過把 RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 單片機電子日歷 10 RST 輸入有兩種功能：RST 接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器； RST 提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當 RST 為高電平時，所有的 數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302 進行操作。如果在傳送過程中置 RST 為低電 平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且 I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在 Vcc2.5V 之前，RST 必須保持低電平。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端（雙向） 。SCLK 為時鐘輸入端。 表 3-1 DS1302 引腳功能表 引腳號引腳名稱功 能 1VCC2主電源 2，3X1，X2振蕩源，外接 32768HZ 晶振 4GND地線 5RST復位/片選線 6I/O串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端（雙向） 7SCLK串行時鐘輸入端 8VCC1后備電源 3.4 MAX7219 芯片芯片 MAX7219 是美國 MAXIM 公司生產(chǎn)的串行輸入/輸出共陰極數(shù)碼管顯示驅(qū)動 芯片，一片 MAX7219 可驅(qū)動 8 個 7 段（包括小數(shù)點共 8 段）數(shù)字 LED、LED 條 線圖形顯示器、或 64 個分立的 LED 發(fā)光二級管。該芯片具有 10MHz 傳輸率的 三線串行接口可與任何微處理器相連，只需一個外接電阻即可設置所有 LED 的 段電流。它的操作很簡單，MCU 只需通過模擬 SPI 三線接口就可以將相關的指 令寫入 MAX7219 的內(nèi)部指令和數(shù)據(jù)寄存器，同時它還允許用戶選擇多種譯碼方 式和譯碼位。此外它還支持多片 7219 串聯(lián)方式，這樣 MCU 就可以通過 3 根線 （即串行數(shù)據(jù)線、串行時鐘線和芯片選通線）控制更多的數(shù)碼管顯示。MAX7219 的外部引腳分配如圖 3-3 所示，其引腳的各個功能如表 3-2 所示。 對于 MAX7219，串行數(shù)據(jù)是以 16 位數(shù)據(jù)包的形式從 DIN 腳串行輸入，在 CLK 的每一個上升沿一位一位地送入芯片內(nèi)部 16 位移位寄存器，而不管 DOUT 腳的狀態(tài)如何。CS 腳必須在第 16 個 CLK 上升沿出現(xiàn)的同時或之后，但在下一 個 CLK 上升沿之前變?yōu)楦唠娖?，否則移入的數(shù)據(jù)將丟失。操作者只需編程發(fā)送 16 位數(shù)據(jù)包，就能簡單地操作 LED 的位選以及段選，設置和改變 MAX7219 的 畢業(yè)設計論文 11 工作模式。 GN D 9 GN D 4 VCC 19 ISE T 18 DIN 1 CS 12 DIG7 8 DIG6 5 DIG5 10 DIG4 3 DIG3 7 DIG2 6 DIG1 11 DIG0 2 SE G DP 22 SE G G 17 SE G F 15 SE G E 21 SE G D 23 SE G C 20 SE G B 16 SE G A 14 CL K 13 DO UT 24 MA X7219 圖 3-3 MAX7219 引腳圖 表 3-2 MAX7219 引腳功能說明 引腳號名稱功能說明 1DIN串行數(shù)據(jù)輸入端。在 CLK 的上升沿數(shù)據(jù)被鎖入芯 片內(nèi)部 16 位移位寄存器 2,3,58,9,10DIG0DIG78 位 LED 位選線，從共陰極 LED 中吸入電流 4,9GND地線（兩個 GND 必須在一起） 12CS鎖入輸入的數(shù)據(jù)，在 CS 的上升沿最后的 16 位串 行數(shù)據(jù)被輸入 13CLK時鐘輸入，最高時鐘頻率為 10MHz，在 CLK 的 上升沿數(shù)據(jù)被鎖入內(nèi)部移位寄存器。在 CLK 的下 降沿，數(shù)據(jù)從 DOUT 腳被輸出 1417 2023 SEG ASEG G,DP七段驅(qū)動和小數(shù)點驅(qū)動 18ISET該腳通過一個電阻與 VCC 相連，設置峰值段電流 19VCC電源電壓，+5V 24DOUT串行數(shù)據(jù)輸出，輸入到 DIN 的數(shù)據(jù)在 16.5 個時鐘 周期后在 DOUT 腳發(fā)出，該腳用于與級聯(lián)擴展 單片機電子日歷 12 第 4 章 硬件電路設計 4.1 晶振電路晶振電路 XT AL 1 11.0592M C230pF C130pF AT 89C51 XT AL 2 XT AL 1 圖 4-1 晶振電路 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。MSC-51 片內(nèi)有一 個反向放大器，XTAL1、XTAL2 引腳分別為該反向放大器的輸入端和輸出端， 該反向放大器片外晶體或陶瓷振蕩器一起構(gòu)成一個自激振蕩器，產(chǎn)生的時鐘送至 單片機內(nèi)部的各個部件。單片機的時鐘產(chǎn)生方法有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式 兩種，大多數(shù)單片機應用系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式，如圖 4-1 所示的晶振電路即外 內(nèi)部時鐘方式。 單片機允許的振蕩晶體可在 1.2MHz 24MHz 之間選擇，一般選擇 11.0592 MHz。電容 C1、C2的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度 有少許影響。C1、C2可在 20pF100pF 之間選擇，一般當外接晶體時典型取值為 30pF。外接陶瓷諧振器時典型取值為 47pF，取 60pF70pF 時振蕩器有較高的頻 率穩(wěn)定性，本文采用晶體連接，取 C1=C2=30pF。 4.2 復位電路復位電路 C3 10uF S1VCC AT 89C51 RE SE T R1 10K 圖 4-2 復位電路 畢業(yè)設計論文 13 在系統(tǒng)運行的過程中，有時可能對系統(tǒng)需要進行復位，為了避免對硬件系統(tǒng) 經(jīng)常加電和斷電造成的損害，故應該設計復位電路。單片機通常采用上電復位和 上電按鈕復位兩種方式。本文采用的是上電按鈕復位電路，如圖 4-2 所示。這種 電路的設計，在系統(tǒng)的運行過程中需要復位時，只需使開關閉合，在 RST 端就會 出現(xiàn)一定時間的高電平信號，從而使單片機實現(xiàn)復位。 4.3 顯示電路顯示電路 GN D 9 GN D 4 VCC 19 ISE T 18 DIN 1 CS 12 DIG7 8 DIG6 5 DIG5 10 DIG4 3 DIG3 7 DIG2 6 DIG1 11 DIG0 2 SE G DP 22 SE G G 17 SE G F 15 SE G E 21 SE G D 23 SE G C 20 SE G B 16 SE G A 14 CL K 13 DO UT 24 U1 MA X7219 GN D 9 GN D 4 VCC 19 ISE T 18 DIN 1 CS 12 DIG7 8 DIG6 5 DIG5 10 DIG4 3 DIG3 7 DIG2 6 DIG1 11 DIG0 2 SE G DP 22 SE G G 17 SE G F 15 SE G E 21 SE G D 23 SE G C 20 SE G B 16 SE G A 14 CL K 13 DO UT 24 U2 MA X7219 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 10 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 11 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 12 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 13 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 14 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 15 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 16 CO M a bf c g d e dp 位位位 LE D_8 年年月月日日 R10K VCC C10 C11 R 10K VCC 時時分分秒秒星星期期 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 10 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 11 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 12 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 13 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 14 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 15 CO M a bf c g d e dp a b c d e f g dp 16 CO M a bf c g d e dp 位位位 LE D_8 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 圖 4-3 LED 顯示電路 本文采用的顯示模塊是用 MAX7219 芯片作為數(shù)碼管的驅(qū)動器，一個 MAX7219 數(shù)碼管可以驅(qū)動 8 個七段數(shù)碼管，因為需要顯示年、月、日、時、鐘、 秒、星期，用到 16 個數(shù)碼管，所以需要用兩個 MAX7219 芯片驅(qū)動所有的數(shù)碼管。 圖 4-3 為電子日歷的顯示電路圖。MAX7219 只需通過三個端口 DIN、CLK 和 CS 與單片機 AT89C51 相連，就可以達到控制 LED 的輸出。MAX7219（1） 芯片 DIN 與控制主機的 P0.0 端口連接，CS 與 P0.1 相連，CLK 與 P0.2 相連，而 MAX7219（2）芯片的 DIN 與 MAX7219（1）芯片的 DOUT 相連，組成兩塊芯 片的級聯(lián)，到達同時顯示的目的，CS 與控制主機的 P0.3 端口相連，CLK 與 P0.4 單片機電子日歷 14 端口相連，這樣就組成了單片機與 MAX7219 芯片的連接。 4.4 電源電路電源電路 S1 1 2 3 4 D1-D4T TRAN S1 220V13V TL 499A 1 2 3 4 8 7 6 5 TL 499A R 510 1.5Vx4 R1 R2 C5 470u C7 C4 470u D1 RP1 C6 0.01u L1 100uH RL 圖 4-4 電源穩(wěn)壓電路 如圖 4-4 所示電路為帶有備用電源的并輸出電壓+5V、輸出電流 1.5A 的電源 穩(wěn)壓電路。采用 TL499A 構(gòu)成的升壓穩(wěn)壓電源，輸入端 VlN2（3 腳）外接四節(jié) l.5V 的電池，輸出端 OUT（8 腳）的輸出電壓 VOUT=1.26V1+（R1+RPl）R2， 其中 1.26V 為 TL499A 內(nèi)部的基準電壓。為獲得較高的變換效率，要選用 Q 值高， 內(nèi)阻小，高頻特性好的線圈 L。輸入電壓低于 1.2V，電路也能工作，但輸入變低 時空載電流就會增加。若輸入電壓超過 10V，輸出電壓就會超過穩(wěn)定區(qū)而上升， 因此，輸入 VIN2 端不能加 10V 以上電壓。 其具體的工作原理：在外部有電源的情況下，接 220V 交流電通過電源變壓 器 T 變換成 13V 左右的交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路 D1D4 和濾波電容 C4 和 C5 的整流和濾波，在 TL499A 的 VIN1（1 腳）形成一個不十分穩(wěn)定的直流電 壓，經(jīng)過 TL499A 的升壓和穩(wěn)壓作用，可以得到一個穩(wěn)定的直流電源。若 VIN1 為 10V 以上，就工作于線性穩(wěn)壓器狀態(tài)；若輸入電壓 VIN1 低于 l0V，就工作于 開關穩(wěn)壓器狀態(tài)，此時由電池通過 TL499A 的 3 腳供電，經(jīng)升壓變換后輸出。當 外部電源斷開，即停電時，電池作為后備電源，其工作原理與交流供電一樣，這 樣可方便構(gòu)成不間斷電源。線性穩(wěn)壓器與開關穩(wěn)壓器之間的轉(zhuǎn)換在 TL499A 的內(nèi) 部自動進行，雖然輸出電壓有些變動，但只有 2%左右，一般不受影響。 因此，采用如圖 4-4 所示的電源穩(wěn)壓電路供電，可以得到精度高、穩(wěn)定性好 的直流輸出電壓，即可以保證電子日歷系統(tǒng)得到穩(wěn)定的電源，同時具有斷電保護 的作用，可為電子日歷持續(xù)供電。 畢業(yè)設計論文 15 4.5 按鍵控制電路按鍵控制電路 S2 位位 S3 位+ S4 位- S1 位位 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 AT 89C51 圖 4-5 按鍵控制電路 為了對電子日歷的時間自由的設定，故需要相應的按鍵來設定和調(diào)整時間， 圖 4-5 為單片機電子日歷系統(tǒng)中的按鍵控制電路，主要由四個按鍵組成，分別是 S1、S2、S3、S4。S1 與單片機 AT89C51 的 P1.4 端口連接，作為設置鍵，當按下 S1 后才能進入時間調(diào)整步驟，否則按下其他的按鍵均沒有作用。S2 與控制主機 的 P1.5 端口連接，擔當移位的功能，當按下設置鍵后，可以通過按下移位鍵，來 移動設定的時間，如不要調(diào)整年月日，只需要調(diào)整時鐘秒，即可通過按 S2 鍵來 進行快速的移位。S3 與主機的 P1.6 端口連接，具有加（+）的作用，即在設定調(diào) 整時間時，可以通過按下 S3 鍵來對相應時間進行增加。S4 與 P1.7 端口連接，具 有減（-）的作用，可以通過按下 S4 鍵來對相應時間進行減小。最后所有經(jīng)修改 調(diào)整后的時間，需要按下 S1 按鈕設置鍵后才能正式修改完成，并退出時間設定。 單片機電子日歷 16 第 5 章 軟件電路設計 5.1 主流程圖主流程圖 開始 系統(tǒng)初始化 從DS1302 中讀取時間 LED顯示 初始時間 是否有鍵按下 LED 顯示時間 否 是 返回 時間是否正確 是 否 圖 5-1 系統(tǒng)主流程圖 圖 5-1 為單片機電子日歷的主流程圖。其具體的工作流程如下：系統(tǒng)通電后， 對系統(tǒng)進行復位初始化處理，然后控制主機 AT89C51 單片機從時鐘芯片 DS1302 中讀取時間，存儲到單片機中，并顯示到 LED 數(shù)碼管上。顯示的時間如果與實 際時間一樣，則結(jié)束，如果不一樣，則進行下一步操作。系統(tǒng)一直掃描是否有鍵 按下，當有按鍵 S1 按下后，系統(tǒng)進入時間設定模式，并對不準確的時間進行設 定和調(diào)整，直到設定完成后，則將設定后的時間顯示在 LED 數(shù)碼管上。 畢業(yè)設計論文 17 5.2 時間產(chǎn)生流程圖時間產(chǎn)生流程圖 開始 變量初始化 使DS1302不 具備寫保護 復位端產(chǎn) 生高電平 顯示數(shù)據(jù) 否 是 返回 數(shù)據(jù)是否寫完 否 寫地址 并延遲 寫數(shù)據(jù) 地址增加 復位端產(chǎn) 生高電平 數(shù)據(jù)是否讀完 寫地址 并延遲 讀數(shù)據(jù) 地址增加 是 圖 5-2 DS1302 操作流程圖 圖 5-2 為電子日歷的時間產(chǎn)生流程圖，即 DS1302 操作流程圖。其具體的工 作流程為：系統(tǒng)通電后，開始初始化操作，使得 DS1302 不具備寫保護的模式， 同時當復位端產(chǎn)生一個高電平時，對 DS1302 進行寫地址，并延遲一段時間，向 該地址寫數(shù)據(jù)，同時地址增加，如果數(shù)據(jù)寫完沒有寫完，則繼續(xù)對 DS1302 進行 寫地址操作，否則進行下一步操作，當給復位端一個高電平后，對 DS1302 寫地 址，同時延遲一段時間后，將該地址的數(shù)據(jù)讀出來，同時地址增加，如果數(shù)據(jù)沒 有讀完，則繼續(xù)對 DS1302 進行寫地址操作，否則即數(shù)據(jù)已經(jīng)讀完，則將讀取出 來的數(shù)據(jù)顯示出來，并進行返回操作。 單片機電子日歷 18 5.3 按鍵控制流程圖按鍵控制流程圖 開始 按鍵S3 按鍵S1 時間大 S2移位調(diào)整 按鍵S1 返回 是 否 是 否 完成設定 是 否 時間小 按鍵S4 S2移位調(diào)整 完成設定 否 是 圖 5-3 按鍵控制流程圖 圖 5-3 為系統(tǒng)按鍵控制電路流程圖。其具體的工作流程如下：系統(tǒng)一直掃描， 當按鍵 S1 按下后，系統(tǒng)進入時間設定界面，否則系統(tǒng)沒反應，即使按下其他的 按鍵也沒有反應。按下 S1 后，開始進行時間設置，當顯示的時間比實際的時間 小時，按下按鍵 S3，進行時間的加操作，當顯示時間比實際時間大時，則按下按 鍵 S4，進行時間的減操作，如果顯示的時間與實際的一樣，則按下按鍵 S2 進行 移位，對下一個時間進行設定，如果與實際時間不相同，則重復操作按鍵 S3、S4，對時間進行加減操作，直到設定的時間也實際時間相同為止，如果完成 了設定，則通過按鍵 S1 的操作對修改和設定的時間進行保存，最后退出時間設 定。 畢業(yè)設計論文 19 第 6 章 總結(jié) 本文設計了基于 AT89C51 單片機的電子日歷，用 DS1302 芯片產(chǎn)生時間日期， 利用 MAX7219 芯片驅(qū)動 16 個七段數(shù)碼管 LED 顯示，同時設有時間調(diào)整按鍵， 用戶可以對時間進行設定，配備帶有備用電池的電源供電模塊，實現(xiàn)電子日歷的 基本功能，具有實用簡單，操作方便的優(yōu)點，具體總結(jié)如下： 1、 采用了 AT89C51 單片機作為電子日歷的控制主機芯片，可以方便實現(xiàn) 電子日歷的控制要求，成本較低，控制效果好。 2、 采用了動態(tài)式共陰極七段數(shù)碼管 LED 顯示，比液晶顯示器 LCD 成本更 低，而且時間顯示效果更好。 3、 采用了 DS1302 芯片產(chǎn)生時間序列，比直接采用單片機編程方法實現(xiàn)時 間顯示更簡單，而且 DS1302 具有閏年識別功能。 4、 對于 LED 的顯示，采用了 MAX7219 芯片對其進行驅(qū)動，一個 MAX7219 可以驅(qū)動 8 個七段數(shù)碼管 LED 顯示，而只需與單片機的三個 端口相連，更加節(jié)約了單片機的有限端口。 5、 系統(tǒng)設置了四個按鍵來調(diào)整時間，且只有在按下 S1 設置鍵后才能對時 間進行調(diào)整，否則按其他鍵都是無效的，可以防止時間的無效調(diào)整。 6、 系統(tǒng)的供電電源采用了帶有備用電池的供電電路，當有交流電時，自動 采用外界的交流電供電，但當斷電后，則自動啟動備用電池供電，這樣 可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的持續(xù)供電。 7、 本文采用相關軟件繪制了全文的電路圖，實現(xiàn)了對系統(tǒng)總體的設計和構(gòu) 造，并形象的完成了對電路圖的繪制。 單片機電子日歷 20 參考文獻 1 楊恢先，黃輝先. 單片機原理及應用M. 人民郵電出版社，2006. 151-215。 2 何宏. 單片機原理與接口技術M. 北京：國防工業(yè)出版社，2006. 182-253。 3 貢雪梅. 日歷電子鐘的設計J. 西安航空技術高等?？茖W校學報， 2004，22（1）：20-23。 4 張道德. 單片機接口技術（C51 版）M. 中國水利水電出版社，2007. 94- 120。 5 楊西明，朱騏. 單片機編程與應用入門M. 北京：機械工業(yè)出版社，2004. 21-186。 6 鐵勇，劉躍平，李樹華. 基于單片機控制的多功能 LED 顯示系統(tǒng)的設計及實 現(xiàn)J. 內(nèi)蒙古大學學報（自然科學版），2005，36（6）：686-688。 7 孫江宏，李良玉. 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