電子日歷表課程設計

1、<p>　　《 電子萬年歷 》</p><p><b>　　設計報告</b></p><p>　　設計時間： 2010.4.17 </p><p>　　班 級： 電子信息1班 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　

2、報告頁數(shù)： 12頁 </p><p>　　一、 設計任務要求：</p><p><b>　　（１）基本要求</b></p><p>　　具有年、月、日、星期、時、分、秒等功能；</p><p>　　時間與陰、陽歷能夠自動關(guān)聯(lián)；</p><p><b>　　具有溫度計功能

3、； </b></p><p>　　具備年、月、日、星期、時、分、秒校準功能；</p><p>　　( 2 ) 創(chuàng)新要求</p><p>　　① 具有上、下課響鈴功能；</p><p>　?、?具有防御報警功能；</p><p>　　二. 設計方案及比較（設計可行性分析）</p><p&g

4、t;　　2.1 系統(tǒng)基本方案選擇和論證</p><p>　　2.1.1單片機芯片的選擇方案和論證：</p><p><b>　　方案一: </b></p><p>　　采用89C51芯片作為硬件核心，采用Flash ROM，內(nèi)部具有4KB ROM 存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機完全兼容,但是運用于電路設計中時由于不

5、具備ISP在線編程技術(shù), 當在對電路進行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。</p><p><b>　　方案二:</b></p><p>　　采用AT89S52,片內(nèi)ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底壓工作；同時也與MCS-51系列單片機完全該芯片內(nèi)部存儲器為8KB ROM 存儲空間，同樣

6、具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當在對電路進行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞。</p><p>　　所以選擇采用AT89S52作為主控制系統(tǒng).</p><p>　　2.1.2 顯示模塊選擇方案和論證：</p><p><b>　　方案一：</b></

7、p><p>　　采用LED液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,但是價格昂貴,需要的接口線多,所以在此設計中不采用LED液晶顯示屏.</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太

8、浪費,且價格也相對較高,所以也不用此種作為顯示.</p><p><b>　　方案三：</b></p><p>　　采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價格適中,對于顯示數(shù)字最合適,而且采用動態(tài)掃描法與單片機連接時,占用的單片機口線少。</p><p>　　所以采用了LED數(shù)碼管作為顯示。</p><p>　　2.1.

9、3時鐘芯片的選擇方案和論證：</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大。所以不采用此方案。</p><p><b>　　方案二：</b></p&

10、gt;<p>　　采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，而且精度高,位的RAM做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓2.5V～5.5V范圍內(nèi)，2.5V時耗電小于300nA.</p><p>　　2.1.4溫度傳感器的選擇方案與論證:</p><p><b>　　方案一：</b&g

11、t;</p><p>　　使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個相應阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個電阻變化的分壓值，并進行A/D轉(zhuǎn)換。此設計方案需用A/D轉(zhuǎn)換電路，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴格線性的，會產(chǎn)生較大的測量誤差。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>

12、;　　采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，此類傳感器為數(shù)字式傳感器而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機連接，可以去除A/D模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。另外，數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點。</p><p>　　2.2電路設計最終方案決定</p><p>　　綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用AT89S52作為主控制系統(tǒng); DS1302提供時鐘;

13、數(shù)字式溫度傳感器;LED數(shù)碼管動態(tài)掃描作為顯示。</p><p>　　三.系統(tǒng)設計總體思路及工作原理</p><p>　　電子日歷表使用實驗儀上的七段顯示器顯示時間、實驗儀上的鍵盤預置時間。實驗儀上的七段顯示器和鍵盤是利用8031單片機用擴展I/O接口芯片8155H實現(xiàn)七段顯示器顯示和鍵盤預置時間的鍵盤/顯示器接口電路。在初始化芯片后，從鍵盤輸入時間，當輸入完畢后電子鐘開始走時。按時分秒日

14、月順序從鍵盤預置的10位十進制數(shù)既存入5個顯存單元中供七段顯示器顯示，又要按時、分、秒、日、月放入5個單元中做時間的調(diào)整運算。時間每秒調(diào)整修改一次，每次調(diào)整時詢問“秒分”單元是否滿60、“時”單元是否滿24、“日”單元是否滿30以及“月”單元是否滿12。若滿足條件則清零并向高位進1，若不滿足則繼續(xù)計數(shù)。以“秒分”單元為例，當滿60秒時“秒”單元便清零，同時“分”單元加1。當滿60分時“分”單元清零，同時“時”單元加1。修改后的時分秒日月

15、單元中的值也要按時分秒日月拆開存入10個顯存單元中，以便每秒更新一次七段顯示器。5個時分秒日月單元UNIT1、10個顯存單元UNIT2以及10位七段顯示器間的對應關(guān)系如圖-1所示。當所顯示時間與預置報警時間相同時，便產(chǎn)生一個報警信號，然后繼續(xù)計時。</p><p><b>　　四.系統(tǒng)原理框圖</b></p><p>　　五.系統(tǒng)電路設計及參數(shù)計算，主要元器件介紹及選

16、擇以及數(shù)據(jù)指標的測量5.1 電路設計框圖</p><p>　　5.2 系統(tǒng)硬件概述</p><p>　　本電路是由AT89S52單片機為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在3V超低壓工作；時鐘電路由DS1302提供，它是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進行同步

17、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31*8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點，同時具有掉電自動保存功能；溫度的采集由DS18B20構(gòu)成；顯示部份由２１個數(shù)碼管，74ls138、74ls47譯碼器構(gòu)成。使用動態(tài)掃描顯示方式對數(shù)字的顯示。</p><p>　　5.3 主要單元電路的設計</

18、p><p>　　5.3.1單片機主控制模塊的設計</p><p>　　AT89S52單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51單片機共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入。</p><p>　　單片機的最小系統(tǒng)如下圖所示,18引腳和19引腳接時鐘電路,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的

19、一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出.第9引腳為復位輸入端,接上電容,電阻及開關(guān)后夠上電復位電路,20引腳為接地端,40引腳為電源端. 如圖-1 所示</p><p>　　圖-1 主控制系統(tǒng) </p><p>　　5.3.2時鐘電路模塊的設計</p><p>　　圖-2示出DS1302的引

20、腳排列，其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)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和X2是振蕩源，外接32.７６８KHz晶振。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。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地

21、址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(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RSTS置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電動行時，在Vcc大于等于2.5V之前，RST必須保持低電平。中有在SCLK 為低電平時，才能將RST置為高電平，I/O為串行數(shù)據(jù)輸入端（雙向）。SCLK始終是輸入端。</p><p>

22、;　　圖-2 DS1302的引腳圖</p><p>　　5.3.3溫度采集模塊設計</p><p>　　如圖-3所示。采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，它是數(shù)字式溫度傳感器，具有測量精度高，電路連接簡單特點，此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，使用Ｐ0.7與DS18B20的I/O口連接加一個上拉電阻,Vcc接電源,Vss接地。</p><p>　　圖-3 DS

23、18B20溫度采集</p><p>　　5.3.4 電路原理及說明</p><p>　　(1) 時鐘芯片DS1302的工作原理：</p><p>　　DS1302在每次進行讀、寫程序前都必須初始化，先把SCLK端置 “0”，接著把RST端置“1”，最后才給予SCLK脈沖；讀/寫時序如下圖4所示。圖5為DS1302的控制字，此控制字的位7必須置1，若為0則不能把對DS

24、1302進行讀寫數(shù)據(jù)。對于位6，若對程序進行讀/寫時RAM=1，對時間進行讀/寫時，CK=0。位1至位5指操作單元的地址。位0是讀/寫操作位，進行讀操作時，該位為1；該位為0則表示進行的是寫操作。控制字節(jié)總是從最低位開始輸入/輸出的。表6為DS1302的日歷、時間寄存器內(nèi)容：“CH”是時鐘暫停標志位，當該位為1時，時鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當該位為0時，時鐘開始運行。“WP”</p><p>　

25、　是寫保護位，在任何的對時鐘和RAM的寫操作之前，WP必須為0。當“WP”為1時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。</p><p>　　(2) DS1302的控制字節(jié)</p><p>　　DS1302的控制字如表-1所示?？刂谱止?jié)的高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5至位1指示操作單元的

26、地址；最低有效位（位0）如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出</p><p>　　RAM RD</p><p>　　1 A4 A3 A2 A1 A0 </p><p>　　/ CK

27、 /WR</p><p>　　表-1 DS1302的控制字格式</p><p>　　(3) 數(shù)據(jù)輸入輸出（I/O）</p><p>　　在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀

28、出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7。如下圖-4所示</p><p>　　圖-4 DS1302讀/寫時序圖</p><p>　　(4) DS1302的寄存器</p><p>　　DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時間寄存器及其控制字見表-2。</p><p>　　

29、表-2 DS1302的日歷、時間寄存器 </p><p>　　此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RA

30、M寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。 </p><p>　　5.3.5顯示模塊的設計</p><p>　　如圖－5所示，采用動態(tài)掃描顯示，由２１個數(shù)碼管，3-8譯碼器74LS138接1K限流電阻,再接8550三極管接到共陽數(shù)碼管的CoM端作為選通位碼,每位選擇相應的列。74ls47接</p><p>　　2

31、40Ω限流電阻,再接共行的LED數(shù)碼管的斷碼。</p><p>　　圖-5 LED動態(tài)掃描顯示</p><p>　　六.畫出電路原理圖及PCB圖</p><p><b>　　七.產(chǎn)品制作及調(diào)試</b></p><p><b>　　7.1 測試儀器</b></p><p>&l

32、t;b>　　7.2硬件測試</b></p><p>　　電子萬年歷的電路系統(tǒng)較大，對于焊接方面更是不可輕視，龐大的電路系統(tǒng)中只要出于一處的錯誤，則會對檢測造成很大的不便，而且電路的交線較多，對于各種鋒利的引腳要注意處理，否則會刺被帶有包皮的導線，則會對電路造成短路現(xiàn)象。</p><p>　　在本成電子萬年歷的設計調(diào)試中遇到了很多的問題?；叵脒@些問題只要認真多思考都是可以避

33、免的，以下為主要的問題：</p><p>　?。ǎ保㎜ED數(shù)碼管的斷碼錯亂,原因出于沒有認真看清a、b 、c等引腳信息。</p><p>　　解決：重新排列74LS47的輸出端，相應接入LED數(shù)碼管，即可解決出現(xiàn)在的斷碼或亂碼。</p><p>　?。?2）對萬年歷修改時間或日期時，有時LED數(shù)碼管被屏蔽掉，造成不亮現(xiàn)象。</p><p>

34、　　解決：根據(jù)儀器的測試，發(fā)現(xiàn)電路的驅(qū)動能力不足，最后在DS1302時鐘芯片的/CS、SCLK、RET端接入5.1K的上拉電阻后,電路的驅(qū)動能力才能滿足，即可解決不亮現(xiàn)象。</p><p><b>　　7.3軟件測試</b></p><p>　　電子成年歷是多功能的數(shù)字型，可以看當前日期（陰、陽歷）,時間，還有溫度的儀器。電子成年歷功能很多，所以對于它的程序也較為復雜

35、,所以在編寫程序和調(diào)試時出現(xiàn)了相對較多的問題。最后經(jīng)過多次的模塊子程序的修改，一步一步的完成，最終解決了軟件。在軟件的調(diào)試過程中主要遇到的問題如下：</p><p>　　1．燒入程序后，LED數(shù)碼管顯示閃動,而且亮度不均勻。</p><p>　　解決：首先對調(diào)用的延時進行逐漸修改，可以解決顯示閃動問題。其次，由于本作品使作動態(tài)掃描方式顯示的數(shù)字，動態(tài)掃描很快，人的肉眼是無法看出,但是調(diào)用的

36、顯示程序時，如果不在反回時屏蔽掉最后的附值，則會出現(xiàn)很亮的現(xiàn)象，所以在顯示的后面加了屏蔽子令，最后解決了此問題。</p><p>　　2．修改時間、日期時沒有農(nóng)歷沒有自動對應上。</p><p>　　解決：把不相關(guān)的程序暫時屏蔽，地農(nóng)歷的子程序獨立調(diào)試，發(fā)現(xiàn)在調(diào)用農(nóng)歷自動更新時，對十進制和十六進制處理不好，所以會造成錯亂。最后把相應的十進制進行修改，使得可以與十六進制對應，最后解決了此問題

37、.</p><p>　　3．加入溫度的程序后，進行修改時間、日期時相應的數(shù)碼管位沒有按要求閃動。</p><p>　　解決：由于DS18B20是串行通信數(shù)據(jù)，只用一個口線傳輸，在處理采集的模擬信號時需要一定的時間，當把萬年歷的程序相接入時，會對延時有很大的影響。所以在調(diào)用溫度子程序時，先關(guān)閉定時器1中斷允許，在溫度子程序反回時再打開定時器1中斷允許。最終解決了此問題。</p>

38、<p>　　八.測試結(jié)果分析與結(jié)論</p><p><b>　　8.1測試結(jié)果分析</b></p><p>　　（1）．在測試中遇到發(fā)光二極管、LED數(shù)碼管為不顯示時,首先使用試測儀對電路進行測試,觀察是否存在漏焊,虛焊,或者元件損壞.</p><p>　?。?）．LED 數(shù)碼管顯示不正常，還有亮度不夠，首先使用試測儀對電路進行測試