郑州轻工业学院
软件学院
单片机与接口技术课程设计总结报告
设计题目: 电子万年历
学生姓名:
系 别：
专 业：
班 级：
学 号：
指导教师：
20##年12月16日
设计题目：
电子万年历
设计任务与要求：
1、显示年月日时分秒及星期信息
2、具有可调整日期和时间功能
3、增加闰年计算功能
方案比较：
方案一：系统分为主控制器模块、显示模块、按键开关模块，主控制模块采用AT89C52单片机为控制中心，显示模块采用普通的共阴LED数码管，键输入采用中断实现功能调整，计时使用AT89C52单片机自带的定时器功能，实现对时间、日期的操作，通过按键盘开关实现对时间、日期的调整。
方案二：系统分为主控模块、时钟电路模块、按键扫描模块，LCD显示模块，电源电路、复位电路、晶振电路等模块。主控模块采用AT89C52单片机，按键模块用四个按键，用于调整时间，显示模块采用LCD1602，时钟电路模块采用DS1302时钟芯片实现对时间、日期的操作。
两个方案工作原理大致相同，只有显示模块和时钟电路不同。LED数码管价格适中，对于数字显示效果较好，而且使用单片机的端口也较少； LCD1602液晶显示屏，显示功能强大，可以显示大量文字、图形，显示多样性，清晰可见，价格相对LED数码管来说要昂贵些，但是基于本设计显示的东西较多，若采用LED数码管的话，所需数码管较多，而且不利于控制，因此选择LCD1602作为显示模块。DS1302是一款高性能的实时时钟芯片，以计时准确、接口简单、使用方便、工作电压范围宽和低功耗等优点，得到广泛的应用，实时时钟有秒、分、时、星期、日、月和年，月小于31天时可以自动调整，并具有闰年补偿功能，而且在掉电时能够在外部纽扣电池的供电下继续工作。单片机有定时器的功能，但时间误差较大，且需要编写时钟程序，因此采用DS1302作为时钟电路。
对比以上方案，结合设计技术指标与要求我们选择了方案二进行设计。
逻辑总框图:
该电子万年历的总体设计框图如图(1)所示。
设计所需的元件：
元件名称 型号 数量/个
单片机 AT89C52 1
时钟芯片 DS1302 1
晶振 12MHz 1
晶振 32.768kHz 1
电容 30pF 2
电容 22uF 1
按键开关 4
电阻 10K 9
滑动变阻器 1K 1
电池 1.5V 4
LCD LCD1602 1
电源Vcc +5V 1
导线 若干
单元电路设计：
1、主控制系统
单片机中央处理系统的方案设计，选用AT89C52单片机作为中央处理器，如图（2）所示。该单片机除了拥有MCS-51系列单片机的所有优点外，内部还具有8K的在系统可编程FLASH存储器，低功耗的空闲和掉电模式，极大的降低了电路的功耗，还包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。
2、时钟振荡电路
时钟振荡电路图（3）所示，时钟振荡电路用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号，电路由两个30pF的瓷片电容和一个12MHz的晶振组成，并接入到单片机的XTAL1和XTAL2引脚处，使单片机工作于内部振荡模式。此电路在加电后延迟大约10ms振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。电路中两个电容C1、C2的作用使电路快速起振，提高电路的运行速度。
图（3） 时钟振荡电路图 图（4） 复位电路
3、复位电路
复位电路由电阻和极性电容组成，如图(4)所示，通过高电平使单片机复位，在时钟电路开始工作后，当高电平的时间超过大约2us时，即可实现复位。此复位电路为上电复位，较为简单。若改进可以添加手动复位的功能，上电复位发生在开机加电时，由系统自动完成，手动复位通过一个按键来实现，在程序运行时，若遇到死机，死循环或程序“跑飞”等情况，通过手动复位就可以实现重新启动的操作。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮和一个电阻。
4、DS1302时钟电路
时钟电路主要由时钟芯片DS1302、备用电池、晶振等几部分组成，如图(6)所示。DS1302采用3线串行接口，占用引脚少，内部集成了可编程日历时钟，用户可以根据需要通过单片机的控制来自行设置，支持双电源供电，可以使用外部主电源和备用电源，备份电源能够使时钟芯片继续工作。
图（5） DS1302管脚图 图（6） DS1302时钟电路
DS1302各引脚的功能为：
8: Vcc1：备用电池端；
1: Vcc2：5V电源。当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2< Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电；
7: SCLK：串行时钟，输入；
6: I/O：数据输入输出口；
5: CE/RST：复位脚；
2、3: X1、X2 是外接晶振脚 （32.768KHZ的晶振）；
4: 地（GND）。
DS1302有关日历、时间的寄存器：
图（7）DS1302有关日历、时间的寄存器
1、秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。当初始上电时该位置为1，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；只有将秒寄器的该位置改写为0时，时钟才能开始运行。
2、小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为高时，选择12小时模式。在12小时模式时，位5是 ，当为1时，表示PM。在24小时模式时，位5是第二个10小时位
3、控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。在对任何的时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0。当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。也就是说在电路上电的初始态WP是1，这时是不能改写上面任何一个时间寄存器的，只有首先将WP改写为0，才能进行其它寄存器的写操作。
DS1302读写时序
DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。DS1302的控制字如图（8）：
图（8）DS1302的控制字图
控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。
位6：如果为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（A4～A0）：指示操作单元的地址；
位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。
读数据：
读数据时在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据是从最低位到最高位。
写数据：
控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入也是从最低位（0位）开始。
5、按键电路
按键电路由四个轻触开关组成，如图(9)所示。按键用来调整时间，其一端直接接到单片机的端口，另一端接地，当按下按键时，相应的端口变为低电平，通过一个与门只要这四个按键有一个按下就会在P3.2检测到一低电平就触发外部中断0进入按键调节程序中，通过与个各键相连的端口P3.4_P3.7可以判断是哪个键按下，从而作相应的操作。
图(9) 按键电路
6、显示电路
1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。显示电路采用LCD1602液晶显示，如图(10)所示，图中只画出了其相应的接口，3脚用于调节LCD1602的背光,4、5、6为LCD1602的控制口，用于控制其写入或是读出指令，7至14脚为LCD1602的数据口，将数传送到LCD1602中。
图(10) LCD1602显示电路
LCD1602的特性
+5V电压，对比度可调；
内含复位电路；
提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；
有80字节显示数据存储器DDRAM；
内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM,8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM；
基本操作时序：
读状态：输入：RS=L，RW=H，E=H；输出：DB0～DB7=状态字 ；
写指令：输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=指令码 ；输出：无。
读数据：输入：RS=H，RW=H，E=H；输出：DB0～DB7=数据 ；
写数据：输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=数据 ；输出：无。
LCD1602的各种指令不再一一说明。
流程图与软件设计：
1、程序流程图
主程序首先初始化定时器、LCD1602及DS1302，然后就开始查询按键，有键按下则开始调整时间和日期，若没有按下，则执行下面的时间、日期的显示，最后依次循环这些相同的操作，相应流程图如图（11）所示：
图（12）程序流程图
按键的检测是通过中断的办法来实现，利用按键进行间调整。 K1按下则开始设置时间及日期，同时在第一行最右端显示被选择的对象，第一次按下K1时，设置年份，若按下K3，则是减1操作，按下K2是加1操作，设置好年后，第二次按下K1时，则是设置月份，按K3减，按K2则加1，依次循环下去，则可以将时间和日期设置完毕，K4是确定键，设置好按下即可保存设置了。
2、软件设计
软件总设计：主程序首先对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时/计数器模式，置位总中断允许位EA，并对键盘端口置位，再对LCD1602初始化，DS1302初始化。接着扫描键盘，在键盘程序里面是对时间、日期及闹钟的调整，最下面是时间的显示。
软件程序编写：软件程序编写的好坏直接影响着系统运行情况的良好。因本程序涉及的模块较多，所以程序编写也采用模块化设计，C语言具有编写灵活、移植方便、便于模块化设计的特点，所以本系统的软件采用C51编写。
具体程序见附件一：程序
3、软件调试
在软件调试过程中，当调节时间和日期后，单片机上电后更新的是PC的时间，后来查找资料发现，是设置ds1302的问题，
对于开发板上的液晶一般RW都接的地，故不需要读液晶状态，也不需要读忙，但在仿真中还是加上了这一部分。
还有一个问题，在按键操作时有时会出现功能不稳定，这是由于按键存在抖动，所以后来加个去抖动的延时后在判断，基本就可以解决问题，
整体电路与仿真结果分析:
电子万年历硬件电路图及仿真如图（13）所示，系统由AT89C52单片机，按键扫描电路、显示电路、时钟电路、晶振电路、复位电路及电源指示电路。
仿真正确显示了时间，在LCD1602中正确显示了当前日期、时间，通过按按键K1,就可以开始设置时间,依次按K1依次在年、月、日、时、分之间切换，，按K2键用于加1操作,K3键用于减1操作，K4是确定按钮。仿真正确显示了时间和日期，符合设计的要求。
图（13） 电子万年历硬件电路图
结论与心得：
在这学期的课程序设计中，收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、 动手制作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在课程序设计里，我们学会了很多学习的方法，知道了理论和实践的巨大差别。而这是以后最实用的，真的是受益匪浅。要面 对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。同时在与老师和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。通过自己的努力，做出了一个万年历，对以后的学习是一个莫大的鼓舞，激起了我的学习兴趣和开发创新思维。
参考文献
图书类：[1] 张毅坤 陈善久， 单片微型计算机原理及应用 西安电子科技大学出版社
[2] 张毅刚，，彭喜元，单片机原理与应用设计 电子工业出版社
[3] 赵建领 薛园园 ，零基础学单片机C语言程序设计 机械工业出版社
[4] 周向红 51单片机课程设计 华中科技大学出版社,
[5] 郭天祥 51单片机C语言教程-入门,提高,开发,拓展全攻略, 电子工业出版社
[6] 赵亮 侯国锐. 单片机C语言编程与实例 人民邮电出版社
附实验源程序：
#include <reg51.h>
#include <intrins.h>
#include <string.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit IO= P1^0; //DS1302数据线
sbit SCLK = P1^1; //DS130时钟线
sbit RST = P1^2; //DS1302复位线
sbit RS = P2^0; //LCD数据/命令选择端
sbit RW = P2^1; //LCD读/写控制
sbit EN = P2^2; //LCD使能端
sbit K1=P3^4; //选择
sbit K2=P3^5; //加
sbit K3=P3^6; //减
sbit K4=P3^7; //确定
uchar tCount=0;
uchar MonthsDays[]={0,31,0,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
uchar *WEEK[]={"SUN","MON","TUS","WEN","THU","FRI","SAT"};
uchar LCD_DSY_BUFFER1[]={"DATE 00-00-00 "}; //显示格式
uchar LCD_DSY_BUFFER2[]={"TIME 00:00:00 "};
uchar DateTime[7]; //所读取的日期时间
char Adjust_Index=-1; //当前调节的时间对象：，，分，是，日，月，年（1,2,3,4,6）
uchar Change_Flag[]= "-MHDM-Y"; //（分，时，日，月，年）（不调节秒与周）
/*---------延时程序------------------*/
void DelayMS(uint ms)
{
uchar i;
while(ms--){for(i=0;i<120;i++);}
}
//-----------向DS1302写入一字节------------------//
void Write_A_Byte_TO_DS1302(uchar x)
{ uchar i;
for(i=0;i<8;i++){
IO=x&0x01; //每一位与1与存入IO中
SCLK=1;SCLK=0; //一个高脉冲将数据送入液晶控制器
x>>=1; // 右移
}
}
//-----------从DS1302读取一字节------------------//
uchar Get_A_Byte_FROM_DS1302()
{ uchar i,b=0x00;
for(i=0;i<8;i++){
b |= _crol_((uchar)IO,i);
SCLK=1;SCLK=0; //每一个高脉冲读取一位数据
}
return b/16*10+b%16; //返回BCD码
}
//-----------从DS1302指定位置读数据------------------//
uchar Read_Data(uchar addr)
{
uchar dat;
RST = 0;SCLK=0;RST=1; //RST高电平时读/写
Write_A_Byte_TO_DS1302(addr); //先写入地址
dat = Get_A_Byte_FROM_DS1302();
SCLK=1;RST=0;
return dat;
}
//---------向DS1302某地址写入数据--------------------//
void Write_DS1302(uchar addr,uchar dat)
{ SCLK=0;RST=1;
Write_A_Byte_TO_DS1302(addr);
Write_A_Byte_TO_DS1302(dat);
SCLK=0;RST=0; //高脉冲写入数据
}
//--------------设置时间----------------//
void SET_DS1302()
{ uchar i;
//写控制字，取消写保护
Write_DS1302(0x8E,0x00);
//分时日月年依次写入
for(i=1;i<7;i++)
{ //分的起始地址10000010（0x82),后面依次是时，日，月，周，年，写入地址每次递增2
Write_DS1302(0x80+2*i,(DateTime[i]/10<<4)|(DateTime[i]%10));
}
Write_DS1302(0x8E,0x80); //加保护
}
//----------读取当前日期时间------------//
void GetTime()
{uchar i;
for(i=0;i<7;i++){ DateTime[i]=Read_Data(0X81+2*i);}
}
//-----------读LCD状态------------------//
uchar Read_LCD_State()
{ uchar state;
RS=0;RW=1;EN=1; //输出：D0~D7=状态字
DelayMS(1);
state=P0; //从P0口读LCD状态
EN = 0;DelayMS(1);
return state;
}
//-----------忙等待------------------//
void LCD_Busy_Wait()
{
while((Read_LCD_State()&0x80)==0x80);
DelayMS(5);
}
//-----------向LCD写数据------------------//
void Write_LCD_Data(uchar dat)
{
LCD_Busy_Wait();
RS=1;EN=0;RW=0; //写数据，EN为高脉冲，
P0=dat;EN=1;DelayMS(1);EN=0;
}
//-------------写LCD指令-------------------//
void Write_LCD_Command(uchar cmd)
{
LCD_Busy_Wait();
RS=0;EN=0; RW=0; //写指令，EN高脉冲，输出：D0~D7=数据
P0=cmd;EN=1;DelayMS(1);EN=0;
}
//-------------LCD初始化-------------------//
void Init_LCD()
{
Write_LCD_Command(0x38); //设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口
DelayMS(1);
Write_LCD_Command(0x01); //显示清零，数据指针清零
DelayMS(1);
Write_LCD_Command(0x06); //写一个字符后地址指针自动加1
DelayMS(1);
Write_LCD_Command(0x0c); //设置开显示，不显示光标
DelayMS(1);
}
//------------------------------------------
//设置液晶显示位置
//------------------------------------------
void Set_LCD_POS(uchar p){
Write_LCD_Command(p|0x80);//相当于在0x80基础上加入位置量
}
//----在LCD上显示字符串---------//
void Display_LCD_String(uchar p,uchar *s)
{ uchar i;
Set_LCD_POS(p);
for(i=0;i<16;i++)
{
Write_LCD_Data(s[i]); //在固定位置显示时间日期
DelayMS(1);
}
}
//---------日期与时间值转换为数字字符----------------//
void Format_DateTime(uchar d,uchar *a)
{
a[0]=d/10+'0';
a[1]=d%10+'0';
}
//判断是否为闰年
uchar isLeapYear(uint y)
{ return (y%4==0&&y%100!=0)||(y%400==0);}
//求自2000.1.1开始的任何一天是星期几
//函数没有通过，求出总天数后再求星期几
//因为求总天数可能会超出uint的范围
void RefreshWeekDay()
{ uint i,d,w=5; //已知1999.12.31是周五
for(i=2000;i<2000+DateTime[6];i++)
{
d=isLeapYear(i)?366:365;
w=(w+d)%7;
}
d=0;
for(i=1;i<DateTime[4];i++)
{ d+=MonthsDays[i]; }
d+=DateTime[3];
//保存星期，0~6表示星期日，星期一，二，...，六，为了与DS1302的星期格式匹配，返回值需要加1
DateTime[5]=(w+d)%7+1;
}
//*****年月日时分++/--********//
void DateTime_Adjust(char x)
{ switch(Adjust_Index)
{
case 6: //年00-99
if(x==1&&DateTime[6]<99) DateTime[6]++;
if(x==-1&&DateTime[6]>0) DateTime[6]--;
//获取2月天数
MonthsDays[2]=isLeapYear(2000+DateTime[6])?29:28;
//如果年份变化后当前月份的天数大于上限则设为上限
if(DateTime[3]>MonthsDays[DateTime[4]])
{ DateTime[3]=MonthsDays[DateTime[4]];}
RefreshWeekDay(); //刷新星期
break;
case 4: //月01-12
if(x==1&&DateTime[4]<12) DateTime[4]++;
if(x==-1&&DateTime[4]>1) DateTime[4]--;
MonthsDays[2]=isLeapYear(2000+DateTime[6])?29:28;
if(DateTime[3]>MonthsDays[DateTime[4]])
{ DateTime[3]=MonthsDays[DateTime[4]];}
RefreshWeekDay();
break;
case 3: //日00-28、29、30、31，调节之前首先根据年份得出该年中断二月 天数
MonthsDays[2]=isLeapYear(2000+DateTime[6])?29:28;
//根据当前月份决定调节日期的上限
if(x==1&&DateTime[3]<MonthsDays[DateTime[4]]) DateTime[3]++;
if(x==-1&&DateTime[3]>0) DateTime[3]--;
RefreshWeekDay();
break;
case 2: //时
if(x==1&&DateTime[2]<23) DateTime[2]++;
if(x==-1&&DateTime[2]>0) DateTime[2]--;
break;
case 1: //分
if(x==1&&DateTime[1]<59) DateTime[1]++;
if(x==-1&&DateTime[1]>0) DateTime[1]--;
break;
}
}
//---定时器0每秒刷新LCD显示----//
void T0_INT() interrupt 1
{
TH0=-50000/256;
TL0=-50000%256;
if(++tCount !=2) return;
tCount=0;
//按指定格式生成待显示的日期时间串
Format_DateTime(DateTime[6],LCD_DSY_BUFFER1+5);
Format_DateTime(DateTime[4],LCD_DSY_BUFFER1+8);
Format_DateTime(DateTime[3],LCD_DSY_BUFFER1+11);
//星期
strcpy(LCD_DSY_BUFFER1+13,WEEK[DateTime[5]-1]);
//时分秒
Format_DateTime(DateTime[2],LCD_DSY_BUFFER2+5);
Format_DateTime(DateTime[1],LCD_DSY_BUFFER2+8);
Format_DateTime(DateTime[0],LCD_DSY_BUFFER2+11);
//显示年月日，星期，时分秒
Display_LCD_String(0x00,LCD_DSY_BUFFER1);
Display_LCD_String(0x40,LCD_DSY_BUFFER2);
}
//----------键盘中断（INT0)-------------//
void EX_INT0() interrupt 0
{
if(K1==0) //选择调整对象（Y M D H M）
{
DelayMS(10);
if(K1==0){
//while(K1==0);
if(Adjust_Index==-1||Adjust_Index==1)
{
Adjust_Index=7;
}
Adjust_Index--;
if(Adjust_Index==5) Adjust_Index=4;
LCD_DSY_BUFFER2[13]='[';
LCD_DSY_BUFFER2[14]=Change_Flag[Adjust_Index]; //显示调节对象
LCD_DSY_BUFFER2[15]=']';
}
}
else if(K2==0) //加
{ //while(K2==0);
DelayMS(10);
if(K2==0)
DateTime_Adjust(1);
}
else if(K3==0) //减
{
DelayMS(10);//while(K3==0);
if(K3==0)
DateTime_Adjust(-1);
}
else if(K4==0) //确定
{
//while(K4==0);
DelayMS(10);
if(K4==0){
SET_DS1302(); //将调整后的时间写入DS1302
LCD_DSY_BUFFER2[13]=' ';
LCD_DSY_BUFFER2[14]=' ';
LCD_DSY_BUFFER2[15]=' ';
Adjust_Index=-1;
}
}
}
void main()
{ Init_LCD(); //液晶初始化
IE=0x83; //允许INT0，T0中断，EA=1，，ET0=1，EX0=1
IP=0x01; //设置外部中断0为高级中断
IT0=0x01; //外部中断0为电平触发，低电平有效
TMOD=0x01; //设置定时器T0工作方式为方式1，
TH0=-50000/256; //装入初始值，定时1秒
TL0=-50000%256;
TR0=1; //启动定时器
while(1)
{
//如果未执行调整操作则正常读取当前时间
if(Adjust_Index==-1) GetTime();
}
}