课程设计说明书
摘要
随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，对时间的要求越来越高，对精准数字计时的消费需求也是越来越多。
二十一世纪的今天，最具代表性的计时产品就是电子台历，它是近代世界钟表业界的第三次革命。第一次是摆和摆轮游丝的发明，相对稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小到秒级，代表性的产品就是带有摆或摆轮游丝的机械钟或表。第二次革命是石英晶体振荡器的应用，发明了走时精度更高的石英电子钟表，使钟表的走时月差从分级缩小到秒级。第三次革命就是单片机数码计时技术的应用（电子台历），使计时产品的走时日差从分级缩小到1/600万秒，从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式，直观明了，并增加了全自动日期、星期、温度以及其他日常附属信息的显示功能，它更符合消费者的生活需求！因此，电子台历的出现带来了钟表计时业界跨跃性的进步??
我国生产的电子台历有很多种，总体上来说以研究多功能电子台历为主，使台历除了原有的显示时间，日期等基本功能外，还具有闹铃，报警等功能。商家生产的电子台历更从质量，价格，实用上考虑，不断的改进电子台历的设计，使其更加的具有市场。
本设计为软件，硬件相结合的一组设计。在软件设计过程中，应对硬件部分有相关了解，这样有助于对设计题目的更深了解，有助于软件设计。基本的要了解一些主要器件的基本功能和作用。
除了采用集成化的时钟芯片外，还有采用MCU的方案，利用AT89系列单片机制成台历电路，采用软件和硬件结合的方法，控制LCD液晶屏输出，分别用来显示年、月、日、时、分，其最大特点是:硬件电路简单，安装方便易于实现，软件设计独特,可靠。本设计的电子台历以AT89S52单片机为控制核心，采用Dallas公司的DS1302实时时钟构成时钟电路，能够实现时间和日期的显示，还增加了闹钟报时的功能，设计详细地分析设计原理和制作的全过程。
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1 设计原理
1.1 设计任务与要求
根据课设任务及设计要求本电子台历可实现以下功能： 1、能够显示年、月、日、时、分。 2、可以人为校正年、月、日、时、分。 3、第一次开机显示：2000 01 01 12：00。 4、掉电信息不丢失。 5、具有闹钟功能。
1.2 方案设计
按照系统设计的要求和功能，将系统分为主控制器模块、显示模块、按键开关模块、蜂鸣器电路模块。系统框图如图1所示，主控制模块采用AT89S52单片机为控制中心，显示模块采用液晶LCD1602显示，计时使用AT89S52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。
复位电路 按键电路
晶振电路 单片机 AT89S52 LCD1602显示模块 蜂鸣器电路
图1 基于AT89S52单片机的电子万年历总体设计框图
1.3 硬件单元电路设计与参数计算
1.3.1 主控制系统
单片机中央处理系统的方案设计，我们选用ATMEL公司的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。是比较合适的方案。
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图2 AT89S52主控制系统
1.3.2 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，对于AT89S52其工作频率为0至33MHz,在这个范围内单片机能够正常的工作。
图3 时钟振荡电路
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1.3.3 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。此复位电路同时具备了上电复位和手动复位的功能，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，如图所示，当人为按下按钮时，则Vcc 的+5V电平就会直接加到RST端，由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。上电复位的工作过程是在加电时，
复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间，由图可知充电时间为：T=2.3RC=0.1173s ，保证系统能够可靠地复位。
图4 AT89S52复位电路
1.3.4 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5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。
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图5 DS1302时钟电路
1.3.5、按键电路
按键电路由四个轻触开关组成，如图6所示。按键用来调整时间和设定闹钟，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，通过检测这一低电平就可以判断是哪个键按下，从而作相应的操作。
图6 按键电路
1.3.6、显示电路
显示电路采用LCD1602液晶显示，图中只画出了其相应的接口，如图7所示。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7 LCD1602接口电路
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1.3.7 蜂鸣器电路
蜂鸣器电路由一个220欧的电阻，三极管8550，及蜂鸣器组成，如图8所示。通过控制三极管的导通和截止来实现蜂鸣器的响与不响。
1.4 流程图与软件设计
1.4.1 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设置闹钟，若没有按下，则执行下面的时间、日期及闹钟时间的显示，最后依次循环这些相同的操作，相应流程图如图9所示：
结束 图9 程序主流程图
图8 蜂鸣器电路
开始 初始化 是 按键是否按下 否 时间、日期、 闹钟设定 显示时间、日期及闹钟时间 6
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按键的检测主要是通过查询的办法来实现，利用按键进行间调整及闹钟设置，首先检测K1键是否按下，当K1键按下时，并且K2键按下时，则设置初始的默认时间；当K1按下，并且K4按下时，则是开启闹钟功能；若只是K3按下则开始设置时间及日期，同时被选择的时间和日期开始闪烁，第一次按下K3时，设置年份，若按下K1，则是减1操作，按下K2是加1操作，设置好年后，第二次按下K3时，则是设置月份，按K1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；而当按下K4时，则是设置闹钟时间，第一次按下K4，设置时，按K1时减1，按K2时加1，第二次按下时，设置分，同样的操作，按K1分减1，按K2分加1，程序流程图10所示：
图10 时间调整及闹钟设置程序流程图
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1.4.2软件设计
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及闹钟比较时间。
子程序设计：
1.读写DS1302子程序： 写DS1302子程序： uchar read_ds1302(uchar addr) { uchar backdata; sclk=0; reset=1;
write_byte(addr); //先写地址 backdata=read_byte(); //然后读数据 sclk=0; reset=0; return (backdata);
}
读DS1302子程序： uchar read_ds1302(uchar addr) { uchar backdata; sclk=0; reset=1;
write_byte(addr); //先写地址 backdata=read_byte(); //然后读数据 sclk=0; reset=0; return (backdata);
}
2.读写LCD1602子程序： 写指令数据到LCD子程序 void lcd_wcmd(uchar cmd) { while(lcd_busy()); LCD_RS = 0;
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LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; _nop_(); _nop_(); P0 = cmd; delayNOP(); LCD_EN = 1; delayNOP(); LCD_EN = 0;
}
写显示数据到LCD子程序void lcd_wdat(uchar dat) { while(lcd_busy()); LCD_RS = 1; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; P0 = dat; delayNOP(); LCD_EN = 1; delayNOP(); LCD_EN = 0;
}
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2 电路仿真及分析
2.1整体电路仿真图
图11 整体电路仿真图
2.2 电路分析
仿真正确，显示了时间，在LCD1602中正确显示了当前日期、时间并可以显示闹钟时间，通过按按键K3,就可以开始设置时间,依次按K3依次在年、月、日、时、分之间切换，并且相应的调整的位会闪烁，按K2键用于加1操作,K1键用于减1操作。按K4键则可以设置闹钟时间，依次按K4可以在时和分之间切换，按K2键,可以增加值,按K1键,可以减小值。闹钟开启设置：先按住K1，然后再按K4就可以开启闹钟功能，当设置好闹钟后并开启闹钟功能后，就可以有闹钟功能，闹钟时间为1分钟。仿真正确显示了我们需要达到的要求，符合了我们设计的要求。
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3电路调试及性能测试分析
3.1硬件调试
在测试中遇到LCD1602不能够显示出时间和日期，经过检查才发现是LCD1602的背光没有调好，通过调节接在LCD1602上3脚上的滑动变阻器，改变所给的电压，可以清晰地看见了LCD能够显示。
对于DS1302在测试过程中发其上电不久就发热，在检查电路过程中，不是因为发现芯片短路，最终检查发现原来是DS1302的引脚接法不正确，给+5V的应该是芯片的脚，给后备电池的是1脚，当换过来之后，芯片就不发热了，而且可以正常显示出我们要显示的时间和日期。
3.2 软件调试
在软件调试过程中，当按下按键调节时间和日期后，时间不能继续在加，后来分析了程序才发现，是在设置好时间和日期时我们暂停了时钟，在设置完后没有启动时钟，所以时间和日期就不能够继续走，在那里停止了，发现这个原因后，我在设置完时间后就开启时钟，时间和日期就能够正确显示了。
3.3 性能测试与分析
上电测试，LCD1602能够正确显示时间和日期，第一次K3按钮，开始设置年，再按K1，年减1，按K2，年加1，按二次K3，设置月，按K1，月减1，按K2，月加1，按三次K3，设置日，按K1，日减1，按K2，日加1，按四次K3，设置时，按K1，时减1，按K2，时加1，按五次K3，设置分，按K1，分减1，按K2，分加1，按第五次，设置时间完成。闹钟设置，按下K4，开始设置闹钟，按第一次，设置分，按K1，时减1，按K2，时加1，按第二次设置分，按K1，分减1，按K2，分加1，设置好闹钟后，按组合键K1+K4开启闹钟功能，当到闹钟时间后，蜂鸣器响，闹钟时间为1分钟，
在对电路测试后，电路达到了所需的功能。
通过对电路的多次的反复测试与分析，可以对电路的原理及功能更加熟悉，同时提高了设计能力及对电路的分析能力，同时在软件的编程方面得到了更高的提高，对编程能力得到加强，同时对所学的知识得到了大的提高与巩固。
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4 设计总结
在这学期的课程序设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们小组通过查找大量资料，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。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，提高自己与人交流的能力，提高自己的团队意识。老师给我们提出了许多建议非常的好，让我们能够有更多的发挥空间，提高了自己开发创新的能力。感谢学院给我们提供了一个展现自己的舞台，给我们一次难得煅炼的机会，使得我们的动手能力和专业技能都有了很大的提高，对本专业的东西有了更进一步的了解。同时，在做作品的日子里得了柳老师的悉心指导，在此向我们的指导教师致以诚挚的谢意。
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参考文献
[1] 李广弟兄 朱月秀 冷祖祁，单片机基础(第3版)：北京航航天大学出版社 [2] 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 [3] 楼然苗 李光飞. 单片机课程设计指导：北京航航天大学出版社 [4] 李凤霞. C语言程序设计教程（第二版）：北京理工大学出版社
[5] 赵亮 侯国锐. 单片机C语言编程与实例：人民邮电出版社 [6] 张义和 王敏男 许宏昌 余春长 . 例说5单片机（C语言版）：人民邮电出版社
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附录 1 电路原理图
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附录2 程序清单
程序清单如下： #include
sbit LCD_RS = P2^5; //LCD1602指令，数据控制端口 sbit LCD_RW = P2^6;//LCD1602读、写控制端口 sbit LCD_EN = P2^7;//LCD1602使能 sbit K1 = P1^0;//K1键 sbit K2 = P1^1;//K2键 sbit K3 = P1^2;//K3键 sbit K4 = P1^3;//K4键 sbit reset = P2^2;//5脚复位 sbit io = P2^1;//6脚IO sbit sclk = P2^0;//7脚时钟 sbit BEEP = P3^7;//蜂鸣器端口 bit flag=1,hour=0,min=0; bit year=0,month=0,day=0; bit bj_flag=0;//报警标志位 uchar timecount=0,count=0; uchar str[]=\
uchar init [] ={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; uchar init1[] ={0x00,0x00};
uchar init2[] ={0x00,0x00,0x12,0x01,0x01,0x01,0x00};
//秒,分， 时， 日， 月，星期，年，默认时间设置 uchar bj_time[] ={0x00,0x00,0x00}; //秒， 分， 时
uchar code mytab[8] = {0x01,0x1b,0x1d,0x19,0x1d,0x1b,0x01,0x00};//小喇叭形状定义
#define delayNOP(); {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}; void Set_W1302(uchar addr); void Set_Flash(uchar row,uchar col);
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void Set_place(uchar row,uchar col); void Play_nowtime();
void key_set(uchar num,uchar row,uchar col ); void alarm_time(); void Play_alarmtime(); void Time_compare(); void delay1(int ms) {
unsigned char y; while(ms--) {
for(y = 0; y<250; y++) { _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } } }
bit lcd_busy()
{ bit result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; delayNOP();
result = (bit)(P0&0x80); LCD_EN = 0; return(result); }
void lcd_wcmd(uchar cmd) { while(lcd_busy());
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LCD_RS = 0; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; _nop_(); _nop_(); P0 = cmd; delayNOP(); LCD_EN = 1; delayNOP(); LCD_EN = 0; }
void lcd_wdat(uchar dat) { while(lcd_busy()); LCD_RS = 1; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; P0 = dat; delayNOP(); LCD_EN = 1; delayNOP(); LCD_EN = 0; }
void init_lcd() {
delay1(15);
lcd_wcmd(0x01); // lcd_wcmd(0x38); delay1(5);
lcd_wcmd(0x38); delay1(5);
lcd_wcmd(0x38); delay1(5);
lcd_wcmd(0x0c); // 清除LCD的显示内容
显示，5*7点阵，8位数据 显示开，关光标
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//16*2 课程设计说明书
delay1(5);
lcd_wcmd(0x06); //移动光标 delay1(5);
lcd_wcmd(0x01); //清除LCD的显示内容 delay1(5); }
void delay() {
uchar j;
for(j=250;j>0;j--); }
void write_str(uchar addr,uchar *p) {
uchar i=0; lcd_wcmd(addr); while(p[i]!='\\0') {
lcd_wdat(p[i]); i++; } }
void write_position(uchar row,uchar col) {
uchar place; if(row==1) {
place=0x80+col-1; lcd_wcmd(place); } else {
place=0xc0+col-1; lcd_wcmd(place); }
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}
void writetab() {
unsigned char i;
lcd_wcmd(0x40); //写CGRAM for (i = 0; i< 8; i++) lcd_wdat(mytab[i]); }
void write_byte(uchar inbyte) {
uchar i; for(i=0;i<8;i++) {
sclk=0; //写的时候低电平改变数据 if(inbyte&0x01) io=1; else io=0;
sclk=1; //写的时候高电平，把数据写入ds1302 _nop_();
inbyte=inbyte>>1; } }
uchar read_byte() //sclk的下跳沿读数据 {
uchar i,temp=0;
io=1; //设置为输入口 for(i=0;i<7;i++) { sclk=0; if(io==1) temp=temp|0x80; else
temp=temp&0x7f;
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sclk=1; //产生下跳沿 temp=temp>>1; }
return (temp); }
void write_ds1302(uchar cmd,uchar indata) { sclk=0; reset=1;
write_byte(cmd); write_byte(indata); sclk=0; reset=0; }
uchar read_ds1302(uchar addr) {
uchar backdata; sclk=0; reset=1;
write_byte(addr); //先写地址 backdata=read_byte(); //然后读数据 sclk=0; reset=0; return (backdata); }
void set_ds1302(uchar addr,uchar *p,uchar n) //写入n个数据 {
write_ds1302(0x8e,0x00); //写控制字，允许写操作 for(;n>0;n--) {
write_ds1302(addr,*p); p++; addr=addr+2; }
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{
Set_W1302(0x82); Set_place(1,15); }
void Time0(void) interrupt 1 using 0 {
TH0=0x4c; //50ms定时 TL0=0x00; timecount++; if(timecount>9) {
timecount=0; flag=~flag; } }
void Set_W1302(uchar addr) {
uchar temp;
write_ds1302(0x8e,0x00); temp=(init1[0]<<4)+init1[1]; write_ds1302(addr,temp); write_ds1302(0x8e,0x80); beep(); }
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min=0; count=0;
write_ds1302(0x8e,0x00); //写保护控制字，允许写 write_ds1302(0x80,0x00); //启动时钟运行 }
}
Play_nowtime(); Time_compare();
write_ds1302(0x8e,0x80); //写保护控制字，禁止写
}
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void Set_Flash(uchar row,uchar col ) {
init1[0]=count/10; init1[1]=count; if(flag)
{ //显示 write_position(row,col); lcd_wdat(init1[0]+0x30); write_position(row,col+1); lcd_wdat(init1[1]+0x30); } else
{ //清屏 write_position(row,col); lcd_wdat(0x20);
write_position(row,col+1); lcd_wdat(0x20); } }
void Set_place(uchar row,uchar col) {
write_position(row,col); lcd_wdat(init1[0]+0x30); write_position(row,col+1); lcd_wdat(init1[1]+0x30); }
void Play_nowtime() {
read_nowtime(0x81,init,7); //读出当前时间，读出7个字节 write_position(1,12);
lcd_wdat(((init[2]&0xf0)>>4)+0x30); write_position(1,13);
lcd_wdat('0'+(init[2]&0x0f)); //读小时 write_position(1,15);
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lcd_wdat('0'+((init[1]&0xf0)>>4)); write_position(1,16);
lcd_wdat('0'+(init[1]&0x0f)); //读分钟 write_position(1,3);
lcd_wdat('0'+((init[6]&0xf0)>>4)); write_position(1,4);
lcd_wdat('0'+(init[6]&0x0f)); //读年
write_position(1,1); lcd_wdat('2'); write_position(1,2); lcd_wdat('0');
//写入年的第二位 //写入年的第一位
write_position(1,6);
lcd_wdat('0'+((init[4]&0xf0)>>4)); write_position(1,7);
lcd_wdat('0'+(init[4]&0x0f)); //读月 write_position(1,9);
lcd_wdat('0'+((init[3]&0xf0)>>4)); write_position(1,10);
lcd_wdat('0'+(init[3]&0x0f)); //读日
write_position(1,5); }
void key_set(uchar num,uchar row,uchar col ) { if(!K2) { beep(); if(count!=num) count++; else count=0;
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lcd_wdat('/');
write_position(1,8); //在年月之间加上符号\lcd_wdat('/');
Play_alarmtime();//显示报警时间在第二行
flash();
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} if(!K1) { beep(); if(count!=0) count--; else count=num; } }
void alarm_time() {
beep();
hour=1;
count=((bj_time[2]&0xf0)>>4)*10+(bj_time[2]&0x0f); //读当前时报警数据 while(hour) //设定时 key_set(23,2,8);
Set_Flash(row,col);
{ if(!K4) {
Set_place(2,8);
bj_time[2]=((init1[0]<<4)|init1[1]); beep(); hour=0; min=1;
count=((bj_time[1]&0xf0)>>4)*10+(bj_time[1]&0x0f); //读当前分报警数据 }
}
while(min) //设定分 key_set(59,2,11);
{ if(!K4)
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{ }
Set_place(2,11);
bj_time[1]=((init1[0]<<4)|init1[1]); beep(); min=0; count=0;
}
}
void Play_alarmtime() {
write_str(0xc0,str); //液晶显示提示信息 write_position(2,8);
lcd_wdat(((bj_time[2]&0xf0)>>4)+0x30); write_position(2,9);
lcd_wdat('0'+(bj_time[2]&0x0f)); //读小时 write_position(2,10); lcd_wdat(':'); write_position(2,11);
lcd_wdat('0'+((bj_time[1]&0xf0)>>4)); write_position(2,12);
lcd_wdat('0'+(bj_time[1]&0x0f)); //读分钟 }
void Time_compare() {
if(bj_flag) { }
30
if(init[2]==bj_time[2]) {
if(init[1]==bj_time[1])
beep(); }
}
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