單片機(jī)制作萬(wàn)年歷

江 西 理 工 大 學(xué) 南 昌 校 區(qū) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 題 目：?jiǎn)纹瑱C(jī)制作萬(wàn)年歷 系 ： 專(zhuān) 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職稱(chēng)：講 師 摘 要 電子萬(wàn)年歷是一種非常廣泛日常計(jì)時(shí)工具，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)越來(lái)越流行。它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，還具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，而且使用壽命長(zhǎng)，誤差小。對(duì)于數(shù)字電子萬(wàn)年歷采用直觀的數(shù)字顯示，可以同時(shí)顯示年、月、 日、周日、時(shí)、分、秒和溫度等信息，還具有時(shí)間校準(zhǔn)等功能。該電路采用 片機(jī)作為核心，功耗小，能在 3壓可選用 35V 電壓供電。 本設(shè)計(jì)是基于 51 系列的單片機(jī)進(jìn)行的電子萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)，可以顯示年月日時(shí)分秒及周信息，具有可調(diào)整日期和時(shí)間功能。在設(shè)計(jì)的同時(shí)對(duì)單片機(jī)的理論基礎(chǔ)和外圍擴(kuò)展知識(shí)進(jìn)行了比較全面準(zhǔn)備。在硬件與軟件設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有良好的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)會(huì)受到很大限制，每項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)時(shí)需要那種硬件，程序該如何編寫(xiě)，算法如何實(shí)現(xiàn)等，沒(méi)有一定的基礎(chǔ)就不可能很好的實(shí)現(xiàn)。在編寫(xiě)程序過(guò)程中發(fā)現(xiàn)以 現(xiàn)有的相關(guān)知識(shí)要獨(dú)自完成編寫(xiě)任務(wù)困難重重，在老師和同學(xué)的幫助下才完成了程序部分的編寫(xiě)。 萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)過(guò)程在硬件與軟件方面進(jìn)行同步設(shè)計(jì)。硬件部分主要由片機(jī)， 示電路，以及調(diào)時(shí)按鍵電路等組成。在單片機(jī)的選擇上本人使用了 片機(jī)，該單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。顯示器使用 2 片 7一片 77一種八個(gè)共陽(yáng)二極管顯示器， 7一種四個(gè)共陽(yáng)二極管顯示器。為了能更輕松的控制這三片顯示器，本人使用 了 3 片 74驅(qū)動(dòng)。 74 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。軟件方面主要包括日歷程序、時(shí)間調(diào)整程序，公歷轉(zhuǎn)陰歷程序，顯示程序等。程序采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，以便更簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)調(diào)整時(shí)間及陰歷顯示功能。所有程序編寫(xiě)完成后，在件中進(jìn)行調(diào)試，確定沒(méi)有問(wèn)題后，在 件中嵌入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行仿真。最后總在老師同學(xué)的幫助以及自己的努力下完成了此次電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞： 時(shí)鐘電鐘； 態(tài)掃描；單片機(jī) is a of in It be a to a of s an a as V, 5V is 1 of to of on At in of of CU of of is no be is to of to to is no be to to of In of to of of in to by of In CM is of of a 77is a of 7is a of In to I 4to 74is to in in to of is no in a in to as as to of 目 錄 第一章 引言 . 1 題背景 . 1 片機(jī)的簡(jiǎn)介 . 1 片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) . 2 計(jì)的意義 . 3 第二章 設(shè)計(jì)要求與方案論證 . 6 計(jì)要求： . 6 片機(jī)芯片的選擇方案和論證 . 7 示模塊選擇方案 . 7 盤(pán)的選擇 . 8 現(xiàn)定時(shí) . 8 路設(shè)計(jì)最終方案決定 . 9 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) . 10 路設(shè)計(jì)框圖 . 10 統(tǒng)硬件概述 . 10 要單元電路的設(shè)計(jì) . 11 片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì) . 11 鐘電路模塊的設(shè)計(jì) . 15 示模塊的設(shè)計(jì) . 17 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) . 21 序流程框圖 . 21 序 . 23 第五章 用 . 27 程環(huán)境 . 27 電子萬(wàn)年歷的硬件電路設(shè)計(jì) . 27 行電子萬(wàn)年歷的仿真測(cè)試 . 31 第六章 結(jié)論 . 34 件測(cè)試 . 34 件測(cè)試 . 34 試結(jié)果分析與結(jié)論 . 35 試結(jié)果分析 . 35 試結(jié)論 . 35 致謝 . 37 參考文獻(xiàn) . 38 附錄 . 39 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 引言 題背景 在社會(huì)迅速發(fā)展的今天，單片機(jī)的運(yùn)用已經(jīng)神偷到我們生活的每 個(gè)角落，也似乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的足跡。智能儀表、醫(yī)療器械，導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置、智能監(jiān)控、通訊與數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 ，汽車(chē)的安全保障系統(tǒng)，動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人，數(shù)碼相機(jī)、電視機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，電話機(jī)以及程控玩具，電子寵物等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。 所以，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)的繁榮，和提高滿(mǎn)足人類(lèi)日益增長(zhǎng)的物質(zhì)文化需求有著至關(guān)重要的作用。 隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也在不斷地提高。廠家也不斷的推出各種電子產(chǎn)品以 滿(mǎn)足人們的需要，而電子萬(wàn)年歷則順應(yīng)了人們對(duì)時(shí)間方面的要求。傳統(tǒng)的電子萬(wàn)年歷功能較為單一，價(jià)格較高，較難走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，沒(méi)能達(dá)到人們生活中所需要的最基本要求，本課題旨在設(shè)計(jì)一款，功能較全面，價(jià)格較低且實(shí)用性強(qiáng)的電子萬(wàn)年歷 ， 以滿(mǎn)足不同使用者的需求。 片機(jī)的簡(jiǎn)介 單 片機(jī)是一種集成在電路芯片 ， 是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 機(jī)存儲(chǔ)器 讀存儲(chǔ)器 種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集 成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1。 現(xiàn)在可以說(shuō)單片機(jī)是百花齊放的時(shí)期 ,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī) ， 從 8 位、 16 位到 32 位 ， 數(shù)不勝數(shù) ， 應(yīng)有盡有 ， 它們各具特色 ， 互成互補(bǔ) ， 為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。 （ 1）微型計(jì)算機(jī) （ 微型計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)： 成于一個(gè)芯片中。單片機(jī)（ 把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件： 時(shí) /計(jì)數(shù)器、中斷控制器、并行和串行接口均集成在一個(gè)芯片 中。其一個(gè)芯片就構(gòu)成了一個(gè)比較完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 微型計(jì)算機(jī)與單片機(jī)是微電子領(lǐng)域的兩個(gè)分支。微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)容量大，適合于信息管理、科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域；而單片機(jī)的特點(diǎn)為體積小、價(jià)格低，適合于儀器、設(shè)備的控制，常常嵌入到儀器、設(shè)備中。故單片機(jī)也稱(chēng)作微控制器（ （ 2）單片機(jī)的生產(chǎn)與發(fā)展 目前世界上單片機(jī)的生產(chǎn)公司有上百家，如 西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 。但在國(guó)內(nèi)廣泛 應(yīng)用的只有 列和 列， 第 1 階段（ 1976單片機(jī)發(fā)展初級(jí)階段。集成了 8 位 時(shí)器、并行口（無(wú)串行口）等部件，但性能低，尋址范圍?。?4中斷系統(tǒng)、定時(shí)器也簡(jiǎn)單。典型機(jī)型： 列。 第 2 階段（ 1980高性能單片機(jī)階段。此階段的單片機(jī)普遍帶有串行口，有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)，多個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，片內(nèi) 容量加大，尋址范圍達(dá) 64型機(jī)型： 列。 第 3 階段（ 1983代末）： 16 位單片機(jī)和高性能 8 位機(jī)并行發(fā)展階段。此階段 出 16 位單片機(jī) 列，其他公司也推出了各種 16 位單片機(jī)。同時(shí)高性能 8 位單片機(jī)的性能更為完善。 第 4 階段（ 90 年代）：?jiǎn)纹瑱C(jī)在集成度、功能、速度、可靠性等方面全面發(fā)展，如采用 入了一些特殊功能部件（ 換器， 出，監(jiān)視定時(shí)器 制解調(diào)器，通信控制器，浮點(diǎn)運(yùn)算單元等）。 至今，單片機(jī)的性能已比較完善，且專(zhuān)業(yè)化的特點(diǎn)很強(qiáng)，為各種應(yīng)用提供了很大的方便。 片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 縱觀 單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程 ,可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 。 列的 8031 推出時(shí)的功耗達(dá) 630現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100右 ， 隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低 ， 現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了 補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 ) 2。 80采用了 高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )和 補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。然功耗較低 ， 但由于其物理特征決定其工作速度不夠高 2。 而 這些特征 ,更適合 于在要求低功耗 ， 電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器 (隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ) (只讀程序存儲(chǔ)器 (并行和串行通信接口 ， 中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上 ， 增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如 A/D 轉(zhuǎn)換器、 寬調(diào)制電路 )、 門(mén)狗 )、有些單片機(jī)將 晶 )驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上 ， 這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多 ， 功能就越強(qiáng)大 3。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶(hù)的要求量 身定做 ， 制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。 此外 ， 現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕 ,這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外 ,還要求其體積要小 4?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式 ， 其中 面封裝 )江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 越來(lái)越受歡迎 ， 使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多 ， 各具特色 ， 但仍以 80核心的單片機(jī)占主流 ， 兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 司的產(chǎn)品 ， 司的產(chǎn)品和中國(guó) 臺(tái)灣 的 列單片機(jī) 2。所以 核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而 司的 簡(jiǎn)指令集 (有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭 ， 中國(guó)臺(tái)灣的 司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增 ， 與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì) ， 占據(jù)一定的市場(chǎng)分額。此外還有 司的產(chǎn)品 ， 日本幾大公司的專(zhuān)用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi) ， 這種情形將得以延續(xù) ,將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面 ,走的是依存互補(bǔ) ， 相 輔相成、共同發(fā)展的道路。 性能 以往單片機(jī)內(nèi)的 14 64 128B。但在需要復(fù)雜控制的場(chǎng)合 ， 該存儲(chǔ)容量是不夠的 ， 必須進(jìn)行外接擴(kuò)充。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求 ，須運(yùn)用新的工藝 ， 使片內(nèi)存儲(chǔ)器大容量化。目前 ,單片機(jī)內(nèi) 大可達(dá) 64大為 2外單片機(jī)進(jìn)一步改變 性能 ， 加快指令運(yùn)算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。采用精簡(jiǎn)指令集 (構(gòu)和流水線技術(shù) ， 可以大幅度提高運(yùn)行速度 4。現(xiàn)指令速度最高者已達(dá) 100即兆指令每秒 )， 并加強(qiáng)了位處理、中斷和定時(shí)控制功能。這類(lèi)單片機(jī)的運(yùn)算速度比標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)高出 10 倍以上 5。由于這類(lèi)單片機(jī)有極高的指令速度 ， 可以使用軟件模擬其 I/O 功能 ， 由此引入了虛擬外設(shè)的新概念。 在很長(zhǎng)一段時(shí)間里 ,通用型單片機(jī)通過(guò)三總線結(jié)構(gòu)擴(kuò)展外圍器件成為單片機(jī)應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。隨著低價(jià)位 各種特殊類(lèi)型片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的 發(fā)展 ， 加之處圍接口不斷進(jìn)入片內(nèi) ， 推動(dòng)了單片機(jī) “單片 ”應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。特別是 串行總線的引入 ， 可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計(jì)得更少 ，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化及規(guī)范化 6。 結(jié)論 ： 單片機(jī)改變了我們生活 ,縱觀我們現(xiàn)在生活的各個(gè)領(lǐng)域 ， 從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置 ， 到飛機(jī)上各種儀表的控制 ， 從 計(jì)算 機(jī)的 網(wǎng)絡(luò) 通訊與數(shù)據(jù)傳輸 ， 到 工業(yè) 自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理 ， 以及我們生活中廣泛使用的各種智能 、電子 寵物等 ， 這些都離不開(kāi)單片機(jī) ， 單片機(jī)有著廣闊的應(yīng)用前景。 計(jì)的意義 單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替 硬件的控制技術(shù)也稱(chēng)為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 單片機(jī)模塊中最常見(jiàn)的是電子萬(wàn)年歷，電子萬(wàn)年歷 是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。 電子萬(wàn)年歷是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置 ,廣泛用于個(gè)人家庭、車(chē)站、 碼頭辦公室等公共場(chǎng)所 ,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?,由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用 ,使得電子萬(wàn)年歷的精度 ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式的計(jì)時(shí)方法 , 電子萬(wàn)年歷的數(shù)字化給 人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究電子萬(wàn)年歷及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路 的 出現(xiàn)，給人類(lèi)生活帶來(lái)了根本性的變化。尤其是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)。電子萬(wàn)年歷的出現(xiàn)給人們的生活帶來(lái)了諸多方便。但傳統(tǒng)的電子萬(wàn)年歷除顯示時(shí)間以外，功能較為單一， 逐漸失去了市場(chǎng)。新型電子萬(wàn)年歷的產(chǎn)生 更會(huì)帶來(lái)更多方便，現(xiàn)在的發(fā)展方向以實(shí)用型，方便型，美觀型，精巧型為主。電子萬(wàn)年歷作為電子類(lèi)小設(shè)計(jì)不僅是市場(chǎng)上的寵兒，也是單片機(jī)實(shí)驗(yàn)中一個(gè)很常用的題目。 我國(guó)生產(chǎn)的電子萬(wàn)年歷有很多種，總體上來(lái)說(shuō)以研究多功能電子萬(wàn)年歷為主，使萬(wàn)年歷除了原有的顯示時(shí)間，日期等基本功能外，還具有鬧鈴，報(bào)警等功能。商家生產(chǎn)的電子萬(wàn)年歷更從質(zhì)量，價(jià)格，實(shí)用上考慮，不斷的改進(jìn)電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)，使其更加的具有市場(chǎng)。 對(duì)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí) ： 本設(shè)計(jì)為軟件，硬件相結(jié)合的一組設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)硬件 部分有相關(guān)了解，這樣有助于對(duì)設(shè)計(jì)題目的更深了解，有助于軟件設(shè)計(jì)?；镜囊私庖恍┲饕骷幕竟δ?，作用。 除了采用集成化的時(shí)鐘芯片外，還有采用 方案，利用 列單片微機(jī)制成萬(wàn)年歷電路，采用軟件和硬件結(jié)合的方法，控制 碼管輸出，分別用來(lái)顯示年、月、日、時(shí)、分、秒，其最大特點(diǎn)是 ： 硬件電路簡(jiǎn)單，安裝方便易于實(shí)現(xiàn)，軟件設(shè)計(jì)獨(dú)特 ， 可靠 7。 由 司推出的一種小型單片機(jī) ， 95 年出現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)。其主要特點(diǎn)為采用 貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與 全兼容，可以很快被中國(guó)廣大用戶(hù)接受 。 本課題所研究的 電子萬(wàn)年歷 是單片機(jī)控制技術(shù)的一個(gè)具體應(yīng)用，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面： （ 1）選用 電子萬(wàn)年歷 芯片時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮 功能實(shí)在、使用方便、單片存儲(chǔ)、低功耗、抗斷電的器件。 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 （ 2）根據(jù)選用的電子萬(wàn)年歷芯片設(shè)計(jì)外圍電路和單片機(jī)的接口電路。 （ 3）在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)要盡量簡(jiǎn)單實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)電路盡量簡(jiǎn)單。 （ 4）根據(jù)硬件電路圖，在開(kāi)發(fā)板上完成器件的焊接。 （ 5）根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路，編寫(xiě)控制 片的單片機(jī)程序。 （ 6）通過(guò)編程、編譯、調(diào)試，把程序下 載到單片機(jī)上運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的功能。 （ 7）在硬件電路和軟件程序設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮提高人機(jī)界面的友好性，方便用戶(hù)操作等因素。 （ 8）軟件設(shè)計(jì)時(shí)必須要有完善的思路，要做到程序簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第二章 設(shè)計(jì) 要求與方案論證 計(jì)要求： 能設(shè)計(jì)并制作出功能比較全面，價(jià)格較為適中的電子萬(wàn)年歷。 （ 1）基本要求 具有年、月、日、星期、時(shí)、分、秒等功能； 萬(wàn)年歷具有閏月識(shí)別顯示功能； 具備年、月、日、星期、時(shí)、分、秒校準(zhǔn)功能； (2) 創(chuàng)新要求 萬(wàn)年歷具有陰歷顯示功 能； 具有測(cè)量室內(nèi)溫度功能； 設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件并與硬件設(shè)計(jì)者共同完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)工作，基本完成系統(tǒng)的軟、硬件統(tǒng)調(diào)工作。 片機(jī)： 是 司的產(chǎn)品 ,其突出的特點(diǎn)是體積小 ,功耗低 ,精簡(jiǎn)指令集 ,抗干擾性好 ,可靠性高 ,有較強(qiáng)的模擬接口 ,代碼保密性好 ,大部分芯片有其兼容的序存儲(chǔ)器的芯片 。 片機(jī)： 是臺(tái)灣義隆公司的產(chǎn)品 ,有很大一部分與 位單片機(jī)兼容 ,且相兼容產(chǎn)品的資源相對(duì)比 多 ,價(jià)格便宜 ,有很多系列可選 ,但抗干擾較差 。 片機(jī) (51 單片機(jī) )： 司的 8 位單片機(jī)有 個(gè)系列 ,列是 8 位 與 8051 系列單片機(jī)相兼容 ,靜態(tài)時(shí)鐘模式 ;列單片機(jī)是增強(qiáng) 靜態(tài)工作方式、內(nèi)載在線可編程 單片機(jī) ,也叫 片機(jī) 。 1列單片機(jī) (51 單片機(jī) )： 司的單片機(jī)是基于 80核的單片機(jī) ,嵌入了掉電檢測(cè)、模擬以及片內(nèi) 蕩器等功能 ,這使 51高集成度、低成本、低功耗的應(yīng)用設(shè)計(jì)中可以滿(mǎn)足多方面的性能要求 。 片機(jī)： 臺(tái)灣盛揚(yáng)半導(dǎo)體 的單片機(jī) ,價(jià)格便宜 ,種類(lèi)較多 ,但抗干擾較差 ,適用于消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品 。 司單片機(jī) (51 單片機(jī) )： 德州儀器提供了 大系列通用單片機(jī) 列單片機(jī)是 8 位 片機(jī) ,具有多種存儲(chǔ)模式、多種外圍接口模式 ,適用于復(fù)雜的江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合 ;列單片機(jī)是一種超低功耗、功能集成度較高的 16 位低功耗單片機(jī) ,特別適用于要求功耗低的場(chǎng)合 。 片機(jī)芯片的選擇方案和論證 采用 89片作為硬件核心，數(shù)碼管顯示，為使用戶(hù)更清楚更明白，萬(wàn)年歷的日期和時(shí)間是分開(kāi)顯示，同時(shí)分別對(duì) 應(yīng)兩個(gè) 74片用于控制數(shù)碼管顯示，還有 74碼器芯片， 74片是用于控制鍵盤(pán)的功能 8。74腳圖如圖 2示： 圖 24腳圖 74八個(gè)輸出引腳，任何時(shí)刻要么全為高電平 1 也就是 芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個(gè)為低電平 0，其余 7 個(gè)輸出引腳全為高電平 116。如果出現(xiàn)兩個(gè)輸出引腳同時(shí)為 0 的情況，說(shuō)明該芯片已經(jīng)損壞。 當(dāng) 74作地址鎖存器時(shí)，應(yīng)使 低電平，此時(shí)鎖存使能端 G 為高電平時(shí)，輸出 8 狀態(tài)與輸入端 8 狀態(tài)相同；當(dāng) G 發(fā)生負(fù)的跳變時(shí)，輸入端 8 數(shù)據(jù)鎖入 8。 51 單片機(jī)的 號(hào)可以直接與 74G 連接。在 片機(jī)系統(tǒng)中，常采用 74為地址鎖存器使用，其連接方法如上圖所示。其中輸入端 1D8D 接至單片機(jī)的 ，輸出端提供的是低8 位地址， G 端接至單片機(jī)的地址鎖存允許信號(hào) 。輸出允許端 地，表示輸出三態(tài)門(mén)一直打開(kāi)。 示模塊選擇方案 采用 碼管動(dòng)態(tài)掃描 ,碼管價(jià)格適中 ,對(duì)于顯示數(shù)字最合適 ,而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí) ,占用的單片 機(jī)口線少 9。 使用多個(gè)數(shù)碼管顯 示碼管是利用二極管發(fā)光顯示數(shù)字和字母，具有亮度大、接口設(shè)計(jì)比較容易，價(jià)格相對(duì)較便宜等優(yōu)點(diǎn) ,所以采用了 碼管作為顯示。數(shù)碼管電路如圖2示： 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 2碼管電路 盤(pán)的選擇 采用獨(dú)立式按鍵電路 。 每個(gè)鍵單獨(dú)占有一根 I/O 接口線，每個(gè) I/O 口的工作狀態(tài)互不影響，此類(lèi)鍵盤(pán)采用端口直接掃描方式 15。 而且在本次實(shí)驗(yàn)課設(shè)用的鍵盤(pán)很少，所以采用獨(dú)立式按鍵比較實(shí)用。鍵盤(pán)簡(jiǎn)圖如圖 2示： 圖 2盤(pán)簡(jiǎn)圖 現(xiàn)定時(shí) 直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器 提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、時(shí)、分、秒計(jì)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(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 較大。 路設(shè)計(jì)最終方案決定 綜上各方案所述 ,對(duì)此次作品的方案選定 : 采用 為主控制系統(tǒng) ; 碼管動(dòng)態(tài)掃描作為顯示。兩個(gè) 74一個(gè) 74片。 器件的選用 ： 單片機(jī) 容 個(gè) 74行接口 傳感器 要單片機(jī)類(lèi)型如下： （ 1） 列單片機(jī) 列單片機(jī)主要是指 1 位內(nèi)核的單片機(jī)芯片，具有 8 位 4K 字節(jié) 128 字節(jié) 擴(kuò)展外部 64K 字節(jié) 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、 4 個(gè) 8 位并行 I/O 口、 1 個(gè)全雙工串行 I/O 口、21 字節(jié)的專(zhuān)用寄存器、 5 個(gè)中斷源、片內(nèi)自帶振蕩器、片內(nèi)單總線等功能部件。 （ 2） 片機(jī) 片機(jī)的主要特性如下： 與 品指令系統(tǒng)完全兼容 4K 字節(jié)的在線編程 儲(chǔ)器， 1000 次擦寫(xiě)周期 工作電壓范圍 全靜態(tài)工作模式： 0 33 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖 128 8 字節(jié) 內(nèi)部 32 個(gè)可編程 I/O 口線 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 6 個(gè)中斷源 全雙工串行 道 低功耗空閑和掉電模式 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng) 看門(mén)狗（ 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性 具有掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)功能 靈活的在系統(tǒng)編程（ 節(jié)或頁(yè)寫(xiě)模式） 由于 片機(jī)片內(nèi)有 4K 字節(jié)的在線編程 儲(chǔ)器，可以擦寫(xiě)1000 次，具有掉電模式，而且具有掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)功能，對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)非常實(shí)用。所以選用 片機(jī)作為電子萬(wàn)年歷芯片的控制單片機(jī)。 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 路設(shè)計(jì)框圖 圖 3路設(shè)計(jì)框圖 統(tǒng)硬件概述 本電路是由 片機(jī)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(shí)鐘電路由 供，它是一種高性能、低功耗、帶 可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 0。采用三線接口與 行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 據(jù)。 部有一個(gè) 31*8 的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 存器 16?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時(shí)、分、秒，具有使用壽命長(zhǎng)，精度高和低功耗等特點(diǎn)，同時(shí)具有掉電自動(dòng)保存功能；溫度的采集由 成；顯示部份由 21 個(gè)數(shù)碼管， 7474用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式對(duì)數(shù)字的顯示。 系統(tǒng)硬件框圖如圖 3 控制模 塊 鐘模塊 碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示模塊 鍵盤(pán)模塊 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 3統(tǒng)硬件框圖 要單元電路的設(shè)計(jì) 片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用的是美國(guó) 司生產(chǎn)的 片機(jī)，首先我們來(lái)熟悉一下 片機(jī)的外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 片機(jī)有 40 個(gè)引腳。 源電壓 +5V 地 ： 是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) 輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě) “ 1” 可作為高阻抗輸入端用。 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線服用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 程時(shí)， 接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)要求外接上拉電阻。 ： 是一個(gè) 帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O， 輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) 輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě) “ 1” ，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電時(shí)鐘芯片 口 2 口 示器 驅(qū)動(dòng)電路 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 程和程序校驗(yàn)期間， 收低 8 位地址。 ： 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O， 輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) 輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行令）時(shí)， 送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ ， 線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ 中 存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。 程和程序校驗(yàn)期間， 接收低高位地址和其他控制信號(hào)。 ： 是一組帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O， 輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) 輯門(mén)電路。對(duì) 寫(xiě)入“ 1” 時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 將用上拉電阻輸出電流。 除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，見(jiàn)表 3示： 還接收一些用于 速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 表 33 口的第二功能圖 端口引腳 第二功能 行輸入口） 行輸出口） 中斷 0） 中斷 1） 0（定時(shí) /計(jì)時(shí)器 0 外部輸入） 1（定時(shí) /計(jì)時(shí)器 1 外部 輸入） R（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） D（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， 腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 出將使引腳輸出高電平，設(shè)置 址 8打開(kāi)或關(guān)閉該功能。 缺省為 出高電平打開(kāi)狀態(tài)。 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 址鎖存器允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， 以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈 沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) 沖。 對(duì) 儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 如有必要，可通過(guò)多特殊功能寄存器（ 中的 8元的 置，可禁止 作。該位置后，只有一條 令 會(huì)被激活。另外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 效。 序存儲(chǔ)允許（ 出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī) 器周期兩次 效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的 號(hào)。 部訪問(wèn)允許。欲使 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H 必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位 編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 狀態(tài)。 如 為高電平（接 ）， 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的變成電壓 蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 蕩器反相放大器的輸出端。 片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 片機(jī)與 全兼容 看門(mén)狗（ 一種需要軟件控制的復(fù)位方式。 13 位計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門(mén)狗定時(shí)器復(fù)位存儲(chǔ)器（ 成。 默認(rèn)情況下無(wú)法工作；為了激活 戶(hù)必須往 存器（地址：0依次寫(xiě)入 01 0 活后，晶振工作， 每個(gè)機(jī)器周期都會(huì)增加。 時(shí)周期依賴(lài)于外部時(shí)鐘頻率。除了復(fù)位（硬件復(fù)位或 出復(fù)位），沒(méi)有辦法停止 作。當(dāng) 出，它 將驅(qū)動(dòng) 可編程串口（ ， 操作與 樣。 列單片機(jī)的串行通信口可以工作于同步和異步通信方式。當(dāng)工作于異步方式時(shí)，它具有全雙工的操作功能，也就是說(shuō)，它可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。串行口內(nèi)的接收器采用的是雙緩沖結(jié)構(gòu)，能夠在接收到的第一個(gè)字節(jié)從接收寄存器讀走之前就開(kāi)始接收第二個(gè)字節(jié)（當(dāng)然，如果第二個(gè)字節(jié)接收完畢，而第一個(gè)字節(jié)仍然沒(méi)有被讀走，那將會(huì)丟掉一個(gè)字節(jié)）。串行口的發(fā)送和接收操作都是通過(guò)特殊功能寄存器 中的數(shù)據(jù)緩沖寄存器 行的，但在內(nèi)部，接收寄存器和發(fā)送寄存器在物理結(jié)構(gòu)上是完全獨(dú)立的。如果將數(shù)據(jù)寫(xiě)入 據(jù)會(huì)被送入發(fā)送寄存器準(zhǔn)備發(fā)送。如果執(zhí)行 令，則讀出的數(shù)據(jù)一定來(lái)自接收緩存器。因此， 讀寫(xiě)，實(shí)際上是分別訪問(wèn) 2 個(gè)不同的寄存器。這 2 個(gè)寄存器的功能決不能混淆。 振蕩電路： 列單片機(jī)的內(nèi)部振蕩器，由一個(gè)單極反相器組成。相器的輸入， 反相器的輸出。可以利用它內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 時(shí)鐘，只要 腳上一個(gè)晶體及電容組成的 并聯(lián)諧振電路，便構(gòu)成一個(gè)完整的振蕩信號(hào)發(fā)生器，此方式稱(chēng)為內(nèi)部方式。另一種方式由外部時(shí)鐘源提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到 輸入，而 浮空。在組成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，多數(shù)采用這種方式，這種方式結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高。在電路中，對(duì)電容 值要求不是很?chē)?yán)格，如果使用高質(zhì)的晶振，則不管頻率為多少， 常都選擇 30 定時(shí) /計(jì)數(shù)器： 片機(jī)內(nèi)含有 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。當(dāng)用于定時(shí)器方式時(shí)，定時(shí)器的輸入來(lái)自?xún)?nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路，每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期，定時(shí)器加 1，而一個(gè)機(jī)器周期包 含有 12 個(gè)振蕩周期，所以，定時(shí)器的技術(shù)頻率為晶振頻率的 1/12，而計(jì)數(shù)頻率最高為晶振頻率的 1/24。為了實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，定時(shí)器中含有 3 種基本的寄存器：控制寄存器、方式寄存器和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。控制寄存器是一個(gè) 8 位的寄存器，用于控制定時(shí)器的工作狀態(tài)，方式寄存器是一個(gè) 8 位的寄存器，用于確定定時(shí)器的工作方式，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器是 16 位的計(jì)數(shù)器，分為高字節(jié)和低字節(jié)兩部分。 于 7部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址是 8 位的，也就是說(shuō)其地址空間只有 256 字節(jié)，但內(nèi)部 尋址方式實(shí)際上可提供 384 字節(jié)。的直接地址訪問(wèn)同一 個(gè)存儲(chǔ)空間，高于 7間接地址訪問(wèn)另一個(gè)存儲(chǔ)空間。這樣，雖然高 128字節(jié)區(qū)分與專(zhuān)用寄器 ，即特殊功能寄存器區(qū)的地址是重合的，但實(shí)際上它們是分開(kāi)的。究竟訪問(wèn)哪一區(qū)，存是通過(guò)不同的尋址方式加以區(qū)分的。 具有特殊功能的所有寄存器的集合，共含有 22 個(gè)不同寄存器，它們的地址分配在 80H 。雖然如此，不是所有的單元都被特殊功能寄存器占用，未被占