2023年电子万年历完成.docx

1 绪论 1.1 引言 本次文章主要是采取AT89C52单片机的方法来设计这种电子万年历，我们最开始做了相当全面的可行性分析，然后对每个AT89C52单片机的硬件都做了充足的表达，同时包括他的构造以及相关的电路图，紧接着我们就使用C语言将整个单片机的所有程序进行整编汇总，做最后的修改，以上环节完全结束以后在Proteus中进行模拟。 相关理论概述 截止到2023年为止，计算机在硬件方面的相关技术已经向不同的方向高速开展，其中包括了微型化模式、单片化模式以及巨型化三个方面。但是在这其中最为主要的一个方向就是单片化所产生的单片机。1976年，美国的局部公司开始投入大量人力物力研究出了世界上第一块名为TMS-1000的单片机的芯片，在那以后的三十年中，单片机的相关技术已经迅速的成为计算机技术方面的一个巨大分支，同时这个分支所带来的活力以及创造力令人惊叹，他自身拥有者较高的技术特点，在规划以及今后开展的大环境中较为实用。科学技术在现在已经逐渐走向成熟，单片机的集成度、功能性以及机能性在整个行业中都受到了很多人的关注。 单片机技术在1970年已经从最开始的四位机迅速开展到了八位机，当时制作工艺最为强大的是NMOS，但是这项技术存在着一个致命的缺点，它在制造的过程中效率很低，而且不能充分利用能源，造成大量资源的浪费，集成度也很低。但是随着现阶段科学研究的不断深入，在相关工艺方面的技术的到了质的飞跃，较为老的NMOS工艺已经逐渐被一种名为HMOS的新工艺替代，这种新工艺最大的优点就在于他比旧的工艺在能源消耗上面做出了巨大的改变。近些年中，MCU的开展规模庞大，他在最初单一的并行总线的扩展模式下已经逐渐变成了许多种的串行总线。许多CPU被组合集成到了某一个MCU里面，有效的减小了我们所制造物件的体积。在不久的将来MCU可能会被FLASH的开发逐步影响，进入一个全新的时代[1]。 单片机与我们通常使用的微机在整体结构组成以及指令的设置方面有着较大的不同。其主要区别主要有以下四局部： （1）单片机内部的相关程序以及数据存储器都是分别以不同的方式区分开的。 （2）单片机在控制能力方面比微机强大，因为它采用了面向控制的一些系统。 （3）单片机I/O的引脚存在着多功能性。 （4）单片机在外部具有很强大的扩展性。 单片机出现之后便以一种很迅速的方式开展，没过多久就成为了整个科技行业中最重要的局部。在相关的控制领域，单片机还有以下几个重要的特点以及优点： （1）单片机体积很小，所需要人们后期的投入也很少，在不同的行业都有可以使用的地方，对构成各种智能化的仪器以及设备产生了巨大的影响，完全可以使用单片机做到机电一体化。 （2）从控制的角度来讲，单片机能对于不同种类的控制命令进行处理，无论是简单的还是复杂的，都可以将其有效的解决，性能很强大。 （3）外界对于单片机的影响微乎甚微，可以使用的环境对温度的要求不是很高，在较差的环境中也可以平安的被使用，较其他种类的计算机有着较高的抗击外界的能力。 （4）现阶段都是多机以及分布式的控制，单片机可以良好的实现这一模式，将整个控制系统的工作效率大大提高，同时在平安性方面也有良好的保障。 单片机的应用在我们的生活中处处可见，比方说现在的微波炉、录像机、打印机以及各类医疗仪器都是用了单片机。但是我们国家在对于大型集成电路的开展相当重视，因此各种处理器以及相应的芯片都在这个大环境下得到了良好的开展。随着科技的不断进步，具有特殊功能的某种高等单片机也出现在了广阔用户的视野中，例如解调器的调制、A/D转换器、通讯控制器、D/A转换器、DMA、PWM控制输出单位、浮点运算单位、编程控制功能可以控制PMW输出时候的死区等[2]。 1.3 可行性分析 单片机在技术方面是否可行我们通过以下来进行相应的分析，我们在采用单片机与时钟芯片相结合的同时，我们还会使用其他的软件以及硬件作出相应的配合。电子万年历中最为核心的局部就是AT89C52单片机，与此同时DS1302芯片也可以作为我们的备选方案之一，想要测定不同的温度，我们就要使用数字温度传感器18B20来做相关配合，同时将LED 对于现实方面的可行性来讲，还是有非常好的市场开展，另外生活节奏的加快和生活方式转变，人类越来越追求时间精度。现在单片机对于人类的开展促进很大，人类的开展不能脱离单片机的作用。 对于经济方面的可行性来说，本钱比较低廉，获取软硬件也很容易。性价比高的同时效果也很好。 2 系统总体方案及硬件设计 2.1 系统设计要求 本系统要求控制中央为AT89C52单片机，采用DS18B20温度传感器和DS1302时钟芯片对电子万年历进行设计，可以顺利的显示秒、分、时、星期、日、月年等性能。另外完成软件程序的编写以及对于硬件电路原理图的设计。最后进行仿真测试，在Proteus软件中完成。 2.2 总体设计方案 对系统的整体设计方案如以下图2.1所示： 整体设计方案图 3 电子万年历的设计方案 系统的硬件分析 中央的控制芯片为AT89C52单片机，采用由USA的达拉斯企业设计的DS1302定时芯片，具有本钱低、性能强而且附带RAM地及时芯片的优势。利用DS1302做定时芯片，可以保证计时精准，另外其内部包含31x8的时刻电路，可以对秒、分、时、日、月、年等计时。最主要的是即便是备用电池或者是电流极小的情况下，DS1302也可以保证正常运转，并且可以自动选择适宜的电流对电源充电，在后期根本到达零耗电。显示的模块选择不做严格要求，使用常见的LED液晶屏[3]。 3.2 主要单元电路的设计 3.2.1 主控器AT89C52 AT89C52单片机根据高性能静态设计，而且具有非易失性Flash程序存储器，为低功耗、高性能的的8位CMOS微处理器芯片，具备良好的使用前景，主要特点有以下几方面： （1）具有8KB的Flash程序存储器，可以进行反复的擦写，寿命比较久，为1000次，其中的数据可以进行长久保存，大约10年。 （2)电源控制模式:可以停止和恢复时钟的运行，还包括空闲和掉电模式。 （3)具有256字符的RAM片内数据存储器。 （4)包含四个中断优先级。 （5)具有六个中断源。 （6)具有四种8位I/O口。 （7)包含全双工增强型的UART。 （8)具备三个16位定时器/计数器；T0、T1和增加的T2。 （9)工作电源电压值为5V。 （10)最高工作频率为24MHz[4]。 AT89C52主控制系统 3.2.2 时钟芯片DS1302的分析 A.DS1302时钟芯片主要具备以下特点： （1） 为实时时钟，对各个量级的时刻都可以进行计数量化。 （2） 工作电压的最小值为2.5V，最大值为5.5V。 （3）当工作电压为2.5V时，电流不可以大于300nA。 （4)用作钟表的读取写入时，采用传送方式为单字节或是多字节信号。 （5)接口方式简单，采用三线接口。 （6)可采用缓速充电（至VCC1）的能力[5]。 B.时钟振荡电路 利用DS1302时钟芯片和电容以及晶体振荡器共同组成时钟电路。晶振供应脉冲，电容使晶振振动，电路是由YI晶振(12MHZ)和C1,C2电容（30PF）构成，将C1,C2和XTAL1相连，Y1和XTAL2连接，单片机处于振荡的内部模式工作。C1，C2对于提升电路的运行速率有作用，可以缩短电路开始工作的时间。时钟电路图如3.2所示。 电路图 采用高电平的复位信号的Input port来作为RST引脚。并且引入了电加按钮复位功能，可以有效应对处理系统崩溃等问题，确保系统的运行稳定流畅。具体参照图3.3。 D.DS1302时钟芯片的电路图 时钟电路的主要由芯片DS1302、晶振、备用电池等构成，具体参照图3.4。采用三线串行连接口，内部的集成时钟具备编辑程序的功能。供电能够利用两个电源对其完成，利用外部的电源或者预备电源也可，预备电源同时可以供应时钟芯片电量，电源问题无须担忧。 （1）时钟芯片DS1302数据操作原理 DS1302在每次传输时为了确保数据的准确性，必须进行初始化操作,将RST脚成为高电平，在移位存放器中装入命令字符和8位地址，必须在SCLK的上升沿时输入数据。最开始的八个时间周期期间,将命令字符放入移位存放器后,在另外的时钟周期便可以于开始读操作的时候输出数据，在写操作的时候输入数据。对于单字节的方式来说，时钟脉冲的个数利用8+8表示，多字节的方式那么可以表示成：8+字节数x8，最大可达248的数[5]。 DS1302只要进行读写程序，就必须强制要求初始化。先将SCLK端变为 (0)然后让RST端为(1),最后将脉冲安装在SCLK。将DS1302的控制字符的最高位（7）设为1,如果是（0），无法顺利进行写、读操作。对位（6）,对于时间开始读、写的时候,CK应该为0,对于程序开始读、写的时候，RAM应该为1，被用来操作单元的地址是位（1）到位（5）。进行读写的操作位是位（0）在读操作开始时，位（0）应该是1；反之假设是0的话就是在进行写操作。时钟运行时“CH〞是标识，时钟振荡器在CH=0时停止工作，因此DS1302芯片所需要的能量极少；时钟振荡器在CH=0后开始工作。写保护位由“WP〞担任。在时钟开始进行写操作时，首先要进行初始化操作。在“WP〞为1时，对于任何的存放器它都会禁止其操作。 (2) 关于时钟芯片DS1302的存放器 其总共具有12个存放器。有七个是跟时钟、日历有关的。存放数据采用BCD码，另外, 该芯片还有与时钟突发存放器，充电存放器等有关的存放器。 有两大类与RAM有关的存放器: 一类是单独的RAM单元，一共有31个，用一个八位的字符来组成各个单元组态，偶数时为写操作，反之一处，奇数为读操作，还有一种紧急情况下的RAM存放器，可以一次读取RAM全部31个字符，对其控制的字符为FFH[读]、FEH[写]。 3.2.3 温度传感器DS18B20 作为美国的DALLAS公司开发并推广的一种新型单总线式数字温度传感器，DS18B20温度传感器的优点十清楚显，它具有功耗低，抗干扰能力强，功能强大，体积微小等特点，对于构建多个点的温度测量系统非常适宜，可以把Temp转变成串行的数字信号方便的传送给单片机，可以更加直观的读出温度的读数，甚至能够把多个传感器接在一个总线上。 DS18B20主要有以下特性： （1）拥有特殊的单线接口，通信只须一个端口引脚就能够进行。 （2）一个单一的三线上可以由多个DS18B20并联而成,因此可以实现多个点的组网功能。 （3)不需要另外使用外部器件。 [8]。 （5)待机时间长，损耗低 （6)温度便于读取，通过9-12位的数字量读出。 （7)使用者可以自己定义非易失性的温度报警最大最小值。 （8)负压特征，当电源两极不小心接反时，温度计并不可能因为温度的升高而毁坏，仅仅停止工作状态。 图3.5 DS18B20 3.3 LED数码管 随着科技的进步，更轻薄、更微小成为电子芯片行业共同的目标。显示器行业也是这样，传统显示方式普遍存在着体积较大，过于笨重以及耗能高等缺点，对于人们的日常要求无法满足，为了解决和弥补这个缺陷，LED显示技术问世，无论是显示角度的精准性还是在功耗，体积，以及防辐射方面都有了一个质的飞跃，用户的体验感，视觉感都到达了最正确[9]。 (1)从按键种类划分 开关按键根据不同的结构原理，可以分为两类：1是触点式开关，2是无触电式开关，两种开关都有各自的优点，首先触点类开关本钱较低，而无触点式开关的使用寿命很长。 也可根据接口的不同来划分，一种是编码键盘，另一种为非编码键盘，一般来