电子信息工程毕业设计（论文）基于单片机的电子日历设计

（2011 届）届）本科毕业设计（论文）资料本科毕业设计（论文）资料题题 目目 名名 称：称： 基于基于单单片机的片机的电电子日子日历设计历设计 学学 院（部）：院（部）： 电电气与信息工程学院气与信息工程学院 专专 业业： ： 电电子信息工程子信息工程 学学 生生 姓姓 名：名： 班班 级级： ： 电电信信 073 学号学号 07401200310 指指导导教教师师姓名：姓名： 李李 圣圣 清清 职职称称 教教 授授 最最终评终评定成定成绩绩： ： 湖南工业大学教务处湖南工业大学教务处 目目 录录第一部分 过程管理资料一、2010 届毕业设计（论文）课题任务书(1)二、湖南工业大学本科毕业设计（论文）开题报告(3)三、本科毕业设计（论文）中期报告(8)四、毕业设计（论文）指导教师评阅表(9)五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表(10)六、毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表(11)第二部分 设计说明书七、设计说明书(12) 2011 届届本科毕业设计（论文）资料本科毕业设计（论文）资料第一部分第一部分 过过程管理程管理资资料料12011 届届毕业设计毕业设计（ （论论文）文）课题课题任任务书务书学院（部）：电气与信息工程学院 专业： 电子信息工程指导教师李圣清学生姓名宁广 课题名称基于单片机的电子日历设计内容及任务（1） 熟悉单片机原理及设计方法；（2） 电子日历系统的结构与工作原理；（3） 能够实现电子日历的各项基本功能。拟达到的要求或技术指标（1） 准确地显示日历数据；（2） 有查询、定时、闹钟等功能；（3） 学习掌握单片机各方面的基本知识，重点是智能电子闹钟设计的基本方法，以及相关的设计工具软件、实验开发系统的使用；（4） 阅读一篇与课题有关的外文原文资料，该原文与论文密切相关的资料，通过资料的学习，能够对毕业设计有一定帮助。起止日期工作内容备注10 年 11 月 20 日11 年 1 月 15 日相关资料的收集、整理，了解课题；根据任务书，撰写开题报告；了解电子日历技术的发展，研究可行性实现方案； 11 年 2 月 10 日 3 月 31 日根据任务书上的相关设计指标，构思方案比较研究，形成大致的轮廓；实习，并做好设计的前期准备工作；须交实习证明及实习日记进度安排11 年 4 月 1 日 5 月 15 日熟悉电子日历原理，设计子电路及电路；绘制详尽的程序流程图、电路图；3 月 31日交论提纲4月 30日交第一稿 211 年 5 月 15 日 5 月 31 日程序设计；毕业论文的修改，检查；5 月 20日交第二稿11 年 6 月 1 日 6 月 15 日准备论文答辩，并装订论文.6 月 5日交定稿主要参考资料1石文茂,宋若川,胡显华.数字时钟芯片 LM8376 用于定时记录中的编码方法J.电子技术,1994,21(7):12-14.2李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）M.北京：北京航空航天大学出版社，1998.3沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析M.北京:北京航空航天大学出版社,2003.4翟玉文.徐宏亮,艾学忠,王庆伟，赵岩.实用多功能电子时钟设计J.吉林化工学院学报,2001,18(1):31-33.5刘建英.基于单片机的时钟设计J.内蒙古石油化工学报,2005,15(1):12-13.6陈华兵,傅成华,方景杰.基于单片机的高精度时钟设计J.中国西部科技, 2009,(20).7胡伟,季晓蘅.单片机 C 程序设计及应用实例J.人民邮电报,2003，9(5):19-22.8马忠梅.单片机的 C 语言应用程序设计M.北京航空航天大学出版社,2003.9牛斗,周艳玲.新型电子日历时钟芯片接口电路及程序设计J.东北电力学院学报，2004,4(24):43-48.11彭伟.单片机 C 语言程序设计实训 100 例：基于 8051+Proteus 仿真M.北京:电子工业出版社，2009.6:136-138,198-203.12 邹显圣.基于 AT89C51 单片机数字时钟的研究J.机电产品开发与创新, 2009,22(05):60-62.系（教研室）意见年 月 日学院（部）主管领导意见年 月 日3湖湖 南南 工工 业业 大大 学学本科毕业设计（论文）开题报告本科毕业设计（论文）开题报告 （2011 届）学学 院（部）：院（部）： 电电气与信息工程学院气与信息工程学院 专专 业业： ： 电电子信息工程子信息工程 学学 生生 姓姓 名：名： 宁宁 广广 班班 级级： ： 电电信信073 学号学号 07401200310 指指导导教教师师姓名：姓名： 李圣李圣清清 职职称称 教教 授授 2011 年 1 月 5 日4题目： 基于单片机的电子日历设计一结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写 15002000 字左右的文献综述(1) 概述随着社会不断的发展，科学技术不断的进步，单片机的问世和飞速发展掀起了计算机工程应用的一场新革命，使计算机技术冲破了实验室和机房的界限，广泛地应用于工业控制系统、数据采集系统、自动测试系统、智能仪表和接口以及各类功能模块等广阔的领域。如果说微型计算机技术的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么也可以毫不夸张的说：“单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的工业革命” 。目前，单片机以其可靠性高和智能性等特点被广泛应用到工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等领域中，并已经进入家庭，因此，单片机技术的开发和应用水平已经逐步成为一个国家自动化发展水平的标志之一。单片机应用系统已经成为实现许多控制系统的常规性工具。我们说，单片机开辟了计算机应用的一个新时代是并不过分的。单片机的发展历史虽然只有短短 20 年，但由于计算机科学和微电子集成技术的飞速发展，单片机自身也在不断地向更高层次和更大规模发展。世界各大半导体厂商纷至沓来争先挤入这一市场，激烈的市场竞争也促进了单片机迅速更新换代，带来了它们更为广泛的应用。由于单片机应用系统的高可靠性，硬、软件的高利用系数，优异的性能价格比，使它的应用范围由开始传统的过程控制，逐步进入数值处理、数字信号处理以及图像处理等高技术领域。(2) 日历的发展历程我国始有历法大约在四千多年以前。根据甲骨文中的一页甲骨历，证明殷代的历法已具有相当的水平，这一页甲骨历是全人类最古老的历书实物，这页甲骨历也就叫日历。唐诗：“山中无历日，寒尽不知年”。“历日”可能是最早的台历。唐时，史官按日裁纸，装订成册，每月一本。每页上写有月份和日期，留有空白，供近侍太监记载皇帝的言行，这就是“历日”。“历日”月终先交皇帝审阅，然后由史官存档，供编国史用。因它有记时论事功能，文武百官竞相仿效。但真正的日历产生，大约在一千一百多年前的唐顺宗永贞元年，皇宫中就已经使用皇历。最初一天一页，记载国家、宫廷大事和皇帝的言行。皇历分为十二册，每册的页数和每月的天数一样，每一页都注明了天数和日期。发展到后来，就把月日、于支、节令等内容事先写在上面，下部空白处留待记事，和现在的“台历”相似。那时，服侍皇帝的太监在日历空白处记下皇帝的言行，到了月终，皇帝审查证明无误后，送交史官存档，这在当时叫日历，这些日历以后就作为史官编写国史的依据。后来，朝廷大臣们纷纷仿效，编制自家使用的日历。至于月历以后又发展成挂历、台7历等各种形式，只是近一个世纪的事。随着时代的发展，尽管日历的品种增多、花样也不断翻新，但仍旧保持着古老日历的格局。到现代，随着电子日历的出现，迅速占领了传统日历的大部分领地成为人们日常生活的必备品，电子日历具有性能稳定、精确度高、成本低、易于产品化，以及方便、实用等特点。适用于家庭、公司、机关等众多场所。为人们的日常生活、出行安排提供了方便，成为人们日常生活中不可缺少的一部分。现在流行的串行时钟电路很多，如 DS1302、DS1307、PCF8485 等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。本设计采用实时时钟电路DS1302 做时基电路。DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V5.5V。采用普通 32.768kHz 晶振。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。一旦检测到主电源失效，器件可自动切换到备用电源，在主电源掉电时还可以保持有效的时间和日期。(3) 单片机的发展历程单片机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种，特别适用于工业控制领域。1971 年微处理器研制成功不久，就出现了单片机，但最早的单片机是 1 位的，处理能力有限。单片机的发展共分四个阶段：第一阶段是初级阶段，功能非常简单；第二阶段是低性能阶段，以 INTEL 公司制造的 MSC-48 系列单片机为代表。第三阶段为高性能单片机阶段，这个阶段推出的单片机普遍带有穿行接口，多级中断系统，16 位定时器/计数器，片内 ROM、RAM 容量加大，直到现在仍被广泛应用，是目前应用数量较多的单片机。第四阶段是 8 位单片机巩固发展以及 16 位单片机、32 位单片机推出阶段，以满足不同的用户需要。纵观单片机几十年的发展历程，单片机的今后发展方向将向多功能、高性能、高速度、低功耗、低价格、外围电路内装化以及内存储器容量增加和 FLASH 存储器化方向发展。二选题依据、主要研究内容、研究思路及方案1.选题依据（1）单片机在家用电器的应用领域广阔。目前国内各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路，做成单片机控制系统，如洗衣机、电冰箱、空调、微波炉、电饭煲、电视机、录像机及其他视频、音像设备的控制器。（2）单片机价格便宜，可选种类多，硬件资源丰富。目前像8AT89C52/AT89S52 单片机市场价格在 10 元人民币左右，开发成本相对较低；单片机种类有 Intel 公司系列、Atmel 公司系列、Philips 公司系列及 SST 公司系列，低功耗、高性能；单片机集成了微型计算机的各种部件，中央处理器 CPU、数据存储器RAM、程序存储器 ROM、定时器/计数器及输入/输出（I/O）接口电路等。（3）单片机的应用前景可观。单片机的应用意义绝不限于它的功能及所带来的经济效益上，更重要的意义在于它的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。以前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在可以使用单片机通过软件方法实现了。这种以软件取代硬件，并能提高系统性能的控制技术，称为“微控制技术” 。这标志着一种全新概念的建立。随着单片机应用技术的推广、普及、微控制技术必将不断发展、日益完善、更加充实。（4）电子日历具有性能稳定、精确度高、成本低、易于产品化，以及方便、实用等特点。适用于家庭、公司、机关等众多场所。为人们的日常生活、出行安排提供了方便，成为人们日常生活中不可缺少的一部分。2.本设计主要研究内容及任务主要研究内容：熟悉单片机原理及设计方法，熟悉电子日历系统的结构与工作原理，能够实现电子日历的各项基本功能。完成的任务如下：（1）硬件设计：电路图包括电源模块、单片机模块、显示模块、键盘矩阵模块、实时时钟模块、I2C 储存模块、闹铃输出模块、温度采集模块等。（2）软件设计：制定程序流程图 。用汇编语言或 C 语言编写源程序：程序包括主程序模块、动态显示程序模块、实时时钟读写程序模块、I2C 储存读写程序模块、按键控制程序模块、温度采集程序模块、音乐闹铃输出程序模块等。利用 Proteus 软件对控制电路软硬件进行联合调试，检查其功能是否达到设计要求。如没有达到设计要求，应修改源程序，并编译、下载、调试，直到达到设计要求。3研究思路及方案根据课题要求及日常需要，我设计的电子日历有时间显示，日历显示，温度显示，设定闹钟，修改时间等主要功能，下面列举两种实现方案。方案一：采用单片机计数方式实现。用单片机计数内部定时 1 秒或外部秒脉冲。需要输出显示年、月、日、时、分、秒及星期，还需要区别润年闰月大月小月等等。实现起来比较的复杂，且占用了大量的处理器资源。方案二：采用单片机加 DS1302 实时时钟模块实现。DS1302 是美国 DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，采用三线接口与 CPU 进行同步通信，节省大量处理器资源及端口。9说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。比较两个方案后可以发现，方案二更适合于用作本系统的实施方案。三.工作进度及具体安排起止日期工作内容备注10 年 11 月 20日11 年 1 月 15日相关资料的收集、整理，了解课题；根据任务书，撰写开题报告；了解电子日历技术的发展，研究可行性实现方案； 11 年 2 月 10 日3 月 31 日根据任务书上的相关设计指标，构思方案比较研究，形成大致的轮廓；实习，并做好设计的前期准备工作；须交实习证明及实习日记11 年 4 月 1 日5 月 15 日熟悉电子日历原理，设计子电路及电路；绘制详尽的程序流程图、电路图；3 月 31 日交论提纲4月 30 日交第一稿 11 年 5 月 15 日5 月 31 日程序设计；毕业论文的修改，检查；5 月 20 日交第二稿11 年 6 月 1 日6 月 15 日准备论文答辩，并装订论文.6 月 5 日交定稿四.指导教师意见指导教师： 年 月 日10本科本科毕业设计毕业设计（ （论论文）中期文）中期报报告告 填表日期：2011 年 4 月 16 日学院(部)电气与信息工程学院班级电信 073学生姓名宁 广课题名称：基于单片机的电子日历设计课题主要任务：熟悉单片机原理及设计方法；电子日历系统的结构与工作原理；能够实现电子日历的各项基本功能。1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果到工厂参加实习，查阅论文相关资料；根据任务书完成了系统的基本硬件结构设计，绘制 Proteus 仿真图；完成软件设计及调试，完成课题的基本功能，能实现电子日历显示及调整；2、下一步的主要研究任务，具体设想与安排系统微调，修正设计中的缺陷；功能扩展，添加温度模块，以及音乐闹铃。3、存在的具体问题调整时出现突然加减1 现象，延时处理效果不理想；4、指导教师对该生前期研究工作的评价指导教师签名：日 期： 11毕业设计毕业设计（ （论论文）指文）指导导教教师评阅师评阅表表学院（部） （公章）： 电气与信息工程学院 学生姓名宁广学 号07401200310班 级073专 业电子信息工程专业方向电子信息工程指导教师姓 名李圣清课题名称基于单片机的电子日历设计评阅项目评阅项目标准标准满分满分得分得分业务能力业务能力与水平与水平有收集、综合和正确利用各种信息并获取新知识的能力。能应用所学的基础理论与专业知识，独立分析和解决实际问题，完成了任务书规定的任务，所得结论具有应用或参考价值，工作中有创新意识。30论文质量论文质量条理清晰，结构严谨；文笔流畅，语言通顺；方法正确，分析、论证充分；设计、计算正确，工艺可行，设计图纸质量高，标准使用规范；专业名词术语准确。30规规 范范 化化技术材料齐全，论文撰写符合本科毕业设计（论文）撰写规范的要求。20外语水平外语水平英文摘要写作水平高。10工作态度工作态度严肃认真，刻苦勤奋，善于与他人合作。10综合评价：是否同意参加答辩： 同意按期答辩 延期答辩 不同意答辩指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日12毕业设计毕业设计（ （论论文）文）评阅评阅教教师评阅师评阅表表学院（部） （公章）： 电气与信息工程学院 学生姓名宁广学 号07401200310班 级073专 业电子信息工程专业方向电子信息工程课题名称基于单片机的电子日历设计评审项目评审项目指指 标标满分满分得分得分选选 题题体现专业内容；具有实际或理论意义；难易程度合适。10工工 作作 量量完成任务书规定的内容，工作量饱满。 10业务能力业务能力与水平与水平有收集、综合和正确利用各种信息并获取新知识的能力。能应用所学的基础理论与专业知识，分析和解决实际问题，完成了任务书规定的任务，所得结论具有应用或参考价值，工作中有创新意识。30论文质量论文质量条理清晰，结构严谨；文笔流畅，语言通顺；方法正确，分析、论证充分；设计、计算正确，工艺可行，设计图纸质量高，标准使用规范；专业名词术语准确。30规规 范范 化化技术材料齐全，论文撰写符合规范要求。10外语水平外语水平英文摘要写作水平高。10针对论文提问：1、2、3、评 分：是否同意参加答辩 同意按期答辩 延期答辩 不同意答辩评阅人签名： 年 月 日 12 毕业设计毕业设计（ （论论文）答文）答辩辩及最及最终终成成绩评绩评定表定表学院（部） （公章）： 电气与信息工程学院 说明：最终评定成绩a+b+c，三个成绩的百分比由各学院（部）自己确定。学生姓名宁广学号07401200310班 级073答辩日期课题名称基于单片机的电子日历设计指导教师李圣清评 定成 绩 评 定分值教师1教师2教师3教师4教师5小计课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确、深入,知识面宽。70合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩 a： 40指导教师评分分值：指导教师评定成绩 b： 30评阅教师评分分值：评阅教师评定成绩 c： 30最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日122011 届届本科毕业设计（论文）资料本科毕业设计（论文）资料第二部分第二部分 设计说设计说明明书书（2011 届）届）本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文）基于单片机的电子日历设计学学 院（部）：院（部）： 电电气与信息工程学院气与信息工程学院 专专 业业： ： 电电子信息工程子信息工程 学学 生生 姓姓 名：名： 宁宁 广广 班班 级级： ： 电电信信073 学号学号 07401200310 指指导导教教师师姓名：姓名： 李李 圣圣 清清 职职称称 教教 授授 最最终评终评定成定成绩绩 2011 年 5 月 湖南工业大学本科毕业设计（论文）基于单片机的电子日历设计学 院（部）：电气与信息工程学院 专 业：电子信息工程 学 号： 07401200310 学 生 姓 名： 宁 广指导教师姓名：李 圣 清 教授2011 年 5 月湖南工业大学本科毕业设计（论文）I摘 要电子日历具有性能稳定、精确度高、成本低、易于产品化，以及方便、实用等特点。适用于家庭、公司、机关等众多场所，为人们的日常生活、出行安排提供了方便。 本文设计了一款以单片机AT89S51为核心、以DS1302为时钟芯片的多功能电子日历。分别进行了硬件和软件两部分的设计。在硬件设计中，介绍了包括电源模块、单片机模块、显示模块、键盘模块、实时时钟模块、I2C储存模块、闹铃输出模块、温度采集模块等模块的设计及功能。软件设计中，采用C语言编写了与硬件模块相应的源程序。利用Proteus软件对控制电路软硬件进行联合调试，结果表明本文设计的电子日历能准确地显示日历数据、能够调整时间、显示室温信息、设定音乐闹钟、闹铃信息可掉电存储、时间信息能掉电保持等。关键词：电子日历；AT89S51；DS1302；动态扫描；仿真湖南工业大学本科毕业设计（论文）IIABSTRACTThe electronic calendar has the stable property, the precision to be high, cost low, easy production, as well as convenient and practical. Its suitable in the family, the company and the institution, for peoples daily life, the journey arrangement has provided conveniently. This article has designed one section use MCU AT89S51 and clock chip DS1302 to realizes a multi-purpose electronic calendar. Has carried on the hardware and the software two parts of designs separately. In the hardware design, introduced including module and so on power source module, monolithic integrated circuit module, display module, keyboard module, real-time clock module, I2C storage module, alarum output module, temperature gathering module designs and the function. In the software design, used the C language to compile with the hardware module corresponding source program. Carries on the union debugging using the Proteus software to the control circuit software and hardware, finally indicated this article designs the electronic calendar can demonstrate accurately the calendar data, can the time, the demonstration room temperature information, the hypothesis musical clock, the alarum information be possible power failure saves, the time information to be able power failure maintains and so on. key word: Electronic calendar; AT89S51; DS1302; Dynamic scanning; Simulation湖南工业大学本科毕业设计（论文）III目 录第 1 章 绪论.11.1 引言 .11.2 单片机的发展历程 .11.3 电子日历的发展历程 .21.4 本论文主要研究内容 .3第 2 章 主要硬件选择与功能介绍.42.1 单片机 .42.2 LED 数码管显示器.42.3 键盘结构 .62.4 温度采集芯片 .62.4.1 DS18B20 的外形及管脚排列.72.4.2 温度传感器 DS18B20 的读写.72.4.4 电路连线图 .92.5 实时时钟芯片 .92.5.1 DS1302 内部结构.102.5.2 读写时序说明 .112.5.3 电路连线图 .112.6 I2C 储存芯片.122.6.1 芯片介绍 .122.6.2 I2C 总线协议.122.7 74LS138 译码芯片.122.8 本章小节 .13第 3 章 硬件设计.143.1 AT89S51 单片机.143.1.1 单片机端口分配 .143.1.2 AT89S51 单片机最小系统外围电路.143.2 按键电路 .173.3 显示电路 .173.4 闹铃电路 .193.5 系统总体电路图 .193.6 本章小节 .21湖南工业大学本科毕业设计（论文）IV第 4 章 软件设计.224.1 主程序流程图设计 .224.2 动态显示模块程序 .224.3 闹铃时间判别模块程序 .244.4 温度 DS18B20 模块程序 .254.5 时钟 DS1302 模块程序 .254.6 本章小节 .26第 5 章 系统调试.27结 论.28参考文献.29致 谢.30附录 1 整体电路图.31附录 2 元件清单.32附录 3 主程序清单.33毕业设计诚信声明.39湖南工业大学本科毕业设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 引言随着时代的发展，尽管日历的品种增多、花样也不断翻新，但仍旧保持着古老日历的格局。到现代，随着电子日历的出现，迅速占领了传统日历的大部分领地成为人们日常生活的必备品，电子日历具有性能稳定、精确度高、成本低、易于产品化，以及方便、实用等特点。适用于家庭、公司、机关等众多场所，为人们的日常生活、出行安排提供了方便，成为人们日常生活中不可缺少的一部分。本文设计以单片机AT89S51为核心部件的电子日历，采用动态扫描方式，采用共阴LED数码管作显示器、3-8译码器74LS138做驱动电路，用3片74LS138并联扩展IO口，将5位IO口扩展成24位驱动端口，74LS138产生的驱动信号为低电平有效，当P2口前5位输入一个有效的5位BCD码时，选中对应的一位共阴数码管，同时P0口送入段选信号，即完成动态扫描显示功能。本文硬件设计包括：AT89S51单片机、RC复位电路、+5V直流电源电路、按键电路、74LS138驱动器动态显示扫描电路、I2C储存电路、闹铃输出电路、温度采集电路、实时时钟电路。软件系统设计给出了系统流程图及部分模块程序，主要用到单片机的编程软件（Keil）及电路仿真调试软件（Proteus）等常用软件。1.2 单片机的发展历程单片机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种，特别适用于工业控制领域。1971年微处理器研制成功不久，就出现了单片机，但最早的单片机是1位的，处理能力有限。单片机的发展共分四个阶段：第一阶段是初级阶段，功能非常简单；第二阶段是低性能单片机阶段，以INTEL公司制造的MSC-48系列单片机为代表；第三阶段为高性能单片机阶段，这个阶段推出的单片机普遍带有串行接口，多级中断系统，16位定时器/计数器，片内ROM、RAM容量加大，直到现在仍被广泛应用，是目前应用数量较多的单片机；第四阶段是8位单片机巩固发展以及16位单片机、32位单片机推出阶段，以满足不同的用户需要。纵观单片机几十年的发展历程，单片机的今后发展方向将向多功能、高性能、高速度、低功耗、低价格、外围电路内装化以及内存储器容量增加和FLASH存储器化方向发展。随着社会不断的发展，科学技术不断的进步，单片机的问世和飞速发展掀起了计算机工程应用的一场新革命，使计算机技术冲破了实验室和机房的界限，广泛地应用于工业控制系统、数据采集系统、自动测试系统、智能仪表和接口以及各类功能模块等广阔的领域。如果说微型计算机技术的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么也可以毫不夸张的说：“单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的湖南工业大学本科毕业设计（论文）2工业革命”。目前，单片机以其可靠性高和智能性等特点被广泛应用到工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等领域中，并已经进入家庭。因此，单片机技术的开发和应用水平已经逐步成为一个国家自动化发展水平的标志之一。单片机应用系统已经成为实现许多控制系统的常规性工具。可以这样说，单片机开辟了计算机应用的一个新时代是并不过分的。单片机的发展历史虽然只有短短20年，但由于计算机科学和微电子集成技术的飞速发展，单片机自身也在不断地向更高层次和更大规模发展。世界各大半导体厂商纷至沓来争先挤入这一市场，激烈的市场竞争也促进了单片机迅速更新换代，带来了它们更为广泛的应用。由于单片机应用系统的高可靠性，硬、软件的高利用系数，优异的性能价格比，使它的应用范围由开始传统的过程控制，逐步进入数值处理、数字信号处理以及图像处理等高技术领域。1.3 电子日历的发展历程我国始有历法大约在四千多年以前。根据甲骨文中的一页甲骨历，证明殷代的历法已具有相当的水平，这一页甲骨历是全人类最古老的历书实物，这页甲骨历也就叫日历。唐诗：“山中无历日，寒尽不知年”。“历日”可能是最早的台历。唐时，史官按日裁纸，装订成册，每月一本。每页上写有月份和日期，留有空白，供近侍太监记载皇帝的言行，这就是“历日”。“历日”月终先交皇帝审阅，然后由史官存档，供编国史用。因它有记时论事功能，文武百官竞相仿效。但真正的日历产生，大约在一千一百多年前的唐顺宗永贞元年，皇宫中就已经使用皇历。最初一天一页，记载国家、宫廷大事和皇帝的言行。皇历分为十二册，每册的页数和每月的天数一样，每一页都注明了天数和日期。发展到后来，就把月日、于支、节令等内容事先写在上面，下部空白处留待记事，和现在的“台历”相似。那时，服侍皇帝的太监在日历空白处记下皇帝的言行，到了月终，皇帝审查证明无误后，送交史官存档，这在当时叫日历，这些日历以后就作为史官编写国史的依据。后来，朝廷大臣们纷纷仿效，编制自家使用的日历。至于日历以后又发展成挂历、台历等各种形式，只是近一个世纪的事。随着时代的发展，尽管日历的品种增多、花样也不断翻新，但仍旧保持着古老日历的格局。到现代，随着电子日历的出现，迅速占领了传统日历的大部分领地成为人们日常生活的必备品，电子日历具有性能稳定、精确度高、成本低、易于产品化，以及方便、实用等特点。适用于家庭、公司、机关等众多场所。为人们的日常生活、出行安排提供了方便，成为人们日常生活中不可缺少的一部分。现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。本设计采用实时时钟电路DS1302做时钟电路。湖南工业大学本科毕业设计（论文）3DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用普通32.768kHz晶振。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。一旦检测到主电源失效，器件可自动切换到备用电源，在主电源掉电时还可以保持有效的时间和日期。1.4 本论文主要研究内容本文设计的是基于基于单片机的电子日历，主要分两个部分来研究设计。(1)硬件设计：电路图包括电源模块、单片机模块、显示模块、键盘矩阵模块、实时时钟模块、I2C 储存模块、闹铃输出模块、温度采集模块等。(2)软件设计：制定程序流程图。用汇编语言或 C 语言编写源程序：程序包括主程序模块、动态显示程序模块、实时时钟读写程序模块、I2C 储存读写程序模块、按键控制程序模块、温度采集程序模块、音乐闹铃输出程序模块等。利用 Proteus软件对控制电路软、硬件进行联合调试，检查其功能是否达到设计要求。如没有达到设计要求，应修改源程序，并编译、下载、调试，直到达到设计要求。经反复调试论证本文设计的电子日历能准确地显示日历数据、能够调整时间、显示室温信息、设定音乐闹钟、闹铃信息可掉电存储、时间信息能掉电保持等。湖南工业大学本科毕业设计（论文）4第 2 章 主要硬件选择与功能介绍2.1 单片机单片机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种，特别适用于工业控制领域。1971年微处理器研制成功不久，就出现了单片机，但最早的单片机是1位的，处理能力有限。单片机的发展共分四个阶段：第一阶段是初级阶段，功能非常简单；第二阶段是低性能单片机阶段，以INTEL公司制造的MSC-48系列单片机为代表；第三阶段为高性能单片机阶段，这个阶段推出的单片机普遍带有串行接口，多级中断系统，16位定时器/计数器，片内ROM、RAM容量加大，直到现在仍被广泛应用，是目前应用数量较多的单片机；第四阶段是8位单片机巩固发展以及16位单片机、32位单片机推出阶段，以满足不同的用户需要。纵观单片机几十年的发展历程，单片机的今后发展方向将向多功能、高性能、高速度、低功耗、低价格、外围电路内装化以及内存储器容量增加和FLASH存储器化方向发展。AT89 系列 Flash 单片机集成了 Flash 程序存储器。它与以前的程序存储器相比具有以下优点：用户可以自己写入，并根据需要灵活修改程序。用电擦除而不是用紫外线擦除，不需要特殊的擦除设备。写入与擦除的速度非常快。在国内，这种单片机受到广泛青睐，很多以前的 80C31/80C32 用户都转而使用AT89 系列。对于有丰富编程经验的用户而言，甚至不需要仿真器，就可以直接将程序烧入芯片，上电观察程序运行的外在现象，再有针对性地修改程序，然后重新烧录，再试验，直到成功。AT89 系列并不是对 80C31 内核的简单继承，在多个型号中，Atmel 公司有选择地加入了诸如看门狗定时器(WDT)、串行外围接口(SPI)等多种在 80C31/80C32 中不存在的外设资源，使其功能更强，使用更方便。AT89 包括两大类：一类是在线可编程 ISP Flash 序列(In System Programmable Flash)，这类单片机的 Flash 存储器除了可用常规并行方法编程外，还可以通过 SPI口串行编程；第二类就是常规的 Flash 系列，这种单片机只能用常规的并行方法编程。本文设计的系统采用 AT89S51 单片机。ATMEL 的 AT89S51 是一种高效微控制器，AT89S51 单片机可以为很多嵌入式控制系统提供一种灵活性高且价格低廉的方案，适用于低功耗、高集成度和高性能要求的控制应用场合。2.2 LED 数码管显示器数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一湖南工业大学本科毕业设计（论文）5个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个 “8”可分为1位、2位、4位等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管，如图2.1所示。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数管。共阳数码管在应用时应将公共极 COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极 COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。图2.1 LED数码管内部结构数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O端口进行驱动，或者使用如 BCD码译码器进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动 5个数码管静态显示则需要 5840根I/O端口来驱动，要知道一个 89S51单片机可用的I/O端口才32个呢，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选湖南工业大学本科毕业设计（论文）6通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。本系统采用LED数码管作为显示器，其选取理由有如下几点：其一，LED数码管比较便宜，LCD显示屏相对昂贵；其二，LED数码管显示原理简单，LCD显示原理相对复杂；其三，LED数码管结构简单，LCD结构比较精密；其四，LED数码管的显示器维修简单，而LCD显示屏的维修比较复杂。2.3 键盘结构独立式按键是指各按键相互地接通一条输入数据线。这是简单的键盘结构，该电路为查询方式电路，如图2.2所示。当任何一个键按下时，与之相连的输入数据线即被清0（低电平） ，而平时该线为1（高电平） 。要判别是否有键按下，用单片机的位处理指令十分方便。这种键盘结构的优点是电路简单；缺点是当键数较多时，要占用较多的I/O线。图2.2 独立式键盘结构本文设计的系统采用独立式键盘，从结构上看独立式键盘相对矩阵式键盘简单，在程序编写上独立式键盘比矩阵式键盘要简单得多，在单片机I/O口够用的情况下，优先考虑独立式键盘。2.4 温度采集芯片由于设计的是基于单片机的设计，因此不考虑传统温度传感器来设计而直接采用数字温度传感变送器DS18B20，DS18B20是一个采用1-wire总线技术的数字温度传感变送器，它具有节省I/O口线资源，结构简单，成本低廉，便于总线扩展和维护等诸多优点。1-Wire单总线适用于单个主机系统，能够控制一个或者多个从机设备。其内部结构如图2.3所示。湖南工业大学本科毕业设计（论文）7图 2.3 DS18B20 内部结构图2.4.1 DS18B20 的外形及管脚排列的外形及管脚排列DS18B20 封装如图 2.4 所示，各引脚功能如下：DQ 为数字信号输入/输出端；GND 为电源接地端；VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地） 。图 2.4 DS18B20 封装图2.4.2 温度传感器温度传感器 DS18B20 的读写的读写DS18B20存储器的组织如表2.1所示。在其8个字节的暂存器中byte0和byte1作为温度转换结果的存储器，其中byte0为低位字节，byte1为高位字节，在温度转换完成后，AT89C51就是从这两个暂存器中把温度转换的结果读出的；byte2和byte3为温度上限和温度下限的暂存器，可以把它们中存储的数据存放到EEPROM中去，在系统掉电后数据不会丢失；byte4为转换精度设定寄存器，它主要是用来选择是使用9位、10位、11位或12位的转换精度；Byte5至byte7为预留单元；byte8为一个校验寄存器。湖南工业大学本科毕业设计（论文）8表2.1 DS18B20存储器的组织寄存器内容字节地址温度值低位 （LS Byte）byte 0温度值高位 （MS Byte）byte 1高温限值（TH）byte 2低温限值（TL）byte 3配置寄存器byte 4保留byte 5保留byte 6保留byte 7CRC 校验值byte 8温度数据格式如表2.2所示。表2.2 温度数据格式MSBLSBSSSS625242322212320212223242DS18B20的转换精度主要由暂存器中的4字节来确定。它的设定比较简单，只要对4字节中的5、6两位进行设定就可以了，模式位在暂存器中的位置如表2.3所示，具体的设定值如表2.4所示。在使用的过程中要注意所使用的转换方式，每种转换方式转换温度所花的时间是不同的，必须要等待足够长的时间后才能从DS18B20中读出正确的温度值。表2.3 模式位在暂存器中的位置Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bi2Bit1Bit00R1R011111表2.4 DS18B20工作模式的设定R1R0工作模式最大转换时间009-bit93.75msTconv/80110-bit187.5msTconv/41011-bit375msTconv/21112-bit750msTconv对 DS18B20 操作要遵守严格的操作顺序，操作顺序中任意一步缺少或者顺序错乱，DS18B20 将不会响应。对 DS18B20 的操作顺序为：第一步为初始化；第二步为发送 ROM 命令；第三步为发送功能命令。初始化包括主机发出复位脉冲（通过将总线拉低至少 480s 来实现） ，随即主机等待 DS18B20 发回的存在脉冲。DS18B20 则从检测到复位脉冲的上升沿开始等待1516s 后通过将单总线拉低 60240s 实现存在脉冲的发送。初始化完成后即可发送 ROM 命令，包括搜索 ROM 命令（F0H） 、读 ROM 命令（33H） 、匹配 ROM 命令（55H） 、跳过 ROM 命令（CCH）以及报警搜索命令（ECH） 。随后即可发送功能湖南工业大学本科毕业设计（论文）9命令，包括温度变换命令(44H)、写暂存器命令（4EH） 、读暂存器命令（BEH） 、复制暂存存储器命令（48H） 、重新调出 EEPROM 命令（B8H） 、读电源供电方式命令（B4H）等。命令传送时是通过写时序来实现的，而主机读取 DS18B20 传送数据时是通过读时序来实现的。具体操作命令如表 2.5 所示。表2.5 DS18B20操作命令ROM命令RAM命令33H读ROM4EH写RAM55H匹配ROMBEH读RAMCCH忽略ROM48H拷贝RAMF0H查找ROM44H温度转换ECH报警查找B8H拷贝触发器B4H读供电方式2.4.4 电路连线图电路连线图如图2.5所示，DS18B20与单片机的连接仅需要1条线：信号线DQ。图2.5 电路连线图2.5 实时时钟芯片DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，月小或月大可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的外部引脚分配如图2.6所示，各引脚的功能如下：Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电；SCLK：串行时钟线，控制数据的输入与输出；I/O：三线接口时的双向数据线；CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高电平。该引脚有两个功能：第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。DS1302能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。湖南工业大学本科毕业设计（论文）10图2.6 DS1302的外部引脚分配2.5.1 DS1302 内部结构DS1302内部结构如图2.7所示，包含12个寄存器、1个电源控制、1个通讯与逻辑控制主体、31字节静态RAM及实时时钟脉冲产生计数模块。图2.7 DS1302的内部结构（1）DS1302 有关日历、时间的寄存器DS1302有关日历、时间的寄存器共有12个，如表2.6所示，其中有7个寄存器（读时81h8Dh，写时80h8Ch），存放的数据格式为BCD码形式。表2.6 DS1302有关日历、时间的寄存器读寄存器写寄存器BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0范围81H80HCH秒十位秒个位0-5983H82H0分十位分个位0-59AM/PM时十位1-1285H84H12/240时十位时个位0-2387H86H00日十位日个位1-3189H88H000月十位月个位1-128BH8AH00000周个位1-78DH8CH年十位年个位0-998FH8EHWP0000000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1时表示选择12小时模式，当为0时表示选择24小时模式。在12小时模式时，位4是时十位，位5是用于表示当前是AM还是PM，当为0时表示AM，当为1时表示湖南工业大学本科毕业设计（论文）11PM。在24小时模式时，位4和位5是时十位。秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。当该位置为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位置为0时，时钟开始运行。控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。在任何的对时钟和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。（2）DS1302 有关 RAM 的地址DS1302中附加31字节静态RAM的地址如表2.7所示。表2.7 DS1302中附加31字节静态 RAM 的地址读地址写地址数据范围C1HC0H00-FFHC3HC2H00-FFHCH5C4H00-FFH.FDHFCH00-FFH（3）DS1302 的工作模式寄存器突发模式寄存器如表2.8所示，所谓突发模式是指一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。表2.8 DS1302的工作模式寄存器工作模式寄存器读寄存器写寄存器时钟突发模式寄存器CLOCK BURSTBFHBEHRAM 突发模式寄存器RAM BURSTFFHFEH2.5.2 读写时序说明DS1302的控制字如表2.9所示，DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅需要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。要想与DS1302进行通信，首先要了解DS1302的控制字。表2.9 控制字（即地址及命令字节）76543210RAMRD1CWA4A3A2A1A0WR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。如果位6为0，表示存取日历时钟数据，为1则表示存取RAM数据；位5至位1（A4A0）为指示操作单元的地址；如果位0（最低有效位）为0，表示要进行写操作，为1则表示进行读操作。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，数据输入从最低位（0位）到最高位。同样，在紧跟8位湖南工业大学本科毕业设计（论文）12的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿时，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。2.5.3 电路连线图电路连线图如图2.8所示，DS1302与单片机的连接也仅需要3条线：CE引脚、SCLK 串行时钟引脚、I/O串行数据引脚，Vcc2为备用电源，外接32.768kHz晶振，为芯片提供计时脉冲。图2.8 电路连线图2.6 I2C 储存芯片2.6.1 芯片介绍24C02是一种串行E2PROM，是基于I2C-BUS 的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制领域中得到大量的应用。外观引脚图如图2.9所示。图 2.9 24C02 引脚图2.6.2 I2C 总线协议 只有在总线空闲时才允许启动数据传送，在数据传送过程中，当时钟线为高电平时，数据线必须保持稳定状态，不允许有跳变，此时数据线的任何电平变化将被看作总线的起始或停止信号。24C02的器件地址位如表2.10所示。（1）起始信号：时钟线保持高电平期间，数据线电平从高到