基于單片機(jī)萬年日歷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張濤

摘要：電子萬年歷是一種非常廣泛日常計(jì)時(shí)工具，對現(xiàn)代社會越來越流行。它可以對年、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DS1302的使用壽命長，誤差小。對于數(shù)字電子萬年歷采用直觀的數(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AT89S52單片機(jī)作為核心，功耗小，能在3V的低壓工作，電壓可選用3～5V電壓供電。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；萬年歷；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 概述

隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，單片機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)的個人領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。單片機(jī)以體積小、功能全、性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制、家用電器、通信設(shè)備、信息處理、尖端武器等各種測控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭，單片機(jī)開發(fā)技術(shù)已成為電子信息、電氣、通信、自動化、機(jī)電一體化等專業(yè)技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)。而電子萬年歷作為電子類小設(shè)計(jì)不僅是市場上的寵兒，也是是單片機(jī)實(shí)驗(yàn)中一個很常用的題目。因?yàn)樗挠泻芎玫拈_放性和可發(fā)揮性，因此對作者的要求比較高，不僅考察了對單片機(jī)的掌握能力更加強(qiáng)調(diào)了對單片機(jī)擴(kuò)展的應(yīng)用。而且在操作的設(shè)計(jì)上要力求簡潔，功能上盡量齊全，顯示界面也要出色。數(shù)字顯示的日歷鐘已經(jīng)越來越流行，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會議室、車站和廣場等使用，壁掛式LED數(shù)碼管顯示的日歷鐘逐漸受到人們的歡迎。LED數(shù)字顯示的日歷鐘顯示清晰直觀、走時(shí)準(zhǔn)確、可以進(jìn)行夜視，并且還可以擴(kuò)展出多種功能。所以，電子萬年歷無論作為比賽題目還是練習(xí)題目都是很有價(jià)值。

2. 單片機(jī)的發(fā)展歷程

單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個重要分支，也是一種非?；钴S和頗具生命力的機(jī)種，特別適用于工業(yè)控制領(lǐng)域。1971年微處理器研制成功不久，就出現(xiàn)了單片機(jī)，但最早的單片機(jī)是1位的，處理能力有限。單片機(jī)的發(fā)展共分四個階段：第一階段是初級階段，功能非常簡單；第二階段是低性能階段，以INTEL公司制造的MSC-48系列單片機(jī)為代表。第三階段為高性能單片機(jī)階段，這個階段推出的單片機(jī)普遍帶有穿行接口，多級中斷系統(tǒng)，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，直到現(xiàn)在仍被廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量較多的單片機(jī)。第四階段是8位單片機(jī)鞏固發(fā)展以及16位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出階段，以滿足不同的用戶需要。縱觀單片機(jī)幾十年的發(fā)展歷程，單片機(jī)的今后發(fā)展方向?qū)⑾蚨喙δ?、高性能、高速度、低功耗、低價(jià)格、外圍電路內(nèi)裝化以及內(nèi)存儲器容量增加和FLASH存儲器化方向發(fā)展。

3. 設(shè)計(jì)思路

（1）采用單片機(jī)常用的時(shí)鐘芯片。以前，通常采用并行的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片計(jì)時(shí)、EEPROM作為存儲器，但對一些微小型智能控制設(shè)備而言，并行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片封裝形式大，再加上EEPROM，占用擴(kuò)展線多，使電路結(jié)構(gòu)很難進(jìn)一專門的液晶驅(qū)動接口，且成本高。因此，本設(shè)計(jì)控制器采用數(shù)碼管顯示方式。數(shù)碼管作為一種主動顯示器件，具有亮度高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，而且市步簡化。Dallas公司生產(chǎn)的串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘和靜態(tài)RAM，采用串行通信，可方便地與單片機(jī)接口。除了在工業(yè)控制中使用外，還可以應(yīng)用到一般的時(shí)鐘計(jì)數(shù)上。本章正是采用了DS1302芯片與AT89C51單片機(jī)的串行通信。

（2）顯示電路。就時(shí)鐘而言，通常可采用液晶顯示或數(shù)碼管顯示。對于一般的段式液晶屏，需要專門的驅(qū)動電路，而且液晶顯示作為一種被動顯示，可視性相對較差；對于具有驅(qū)動電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點(diǎn)陣），一般多采用并行接口，對微處理的接口要求較高，占用資源多。另外，AT89C51本身無場上也有專門的時(shí)鐘顯示組合數(shù)碼管。

（3）按鍵電路

本設(shè)計(jì)采用了三個按鍵對公歷年、月、日和時(shí)、分、秒進(jìn)行調(diào)整。

①當(dāng)按下“調(diào)日歷”鍵，首先年的兩位數(shù)碼管閃爍顯示，表示在調(diào)整“年”狀態(tài)。再按“調(diào)日歷”鍵則確認(rèn)“年”，同時(shí)進(jìn)入調(diào)整“月”狀態(tài)，“月”的兩位數(shù)碼管閃爍顯示，再按“調(diào)日歷”鍵則確認(rèn)“月”，同時(shí)進(jìn)入調(diào)整“日”狀態(tài)，“日”的兩位數(shù)碼管閃爍顯示，再按“調(diào)日歷”鍵則確認(rèn)“日”，同時(shí)調(diào)整年、月、日結(jié)束?！罢{(diào)時(shí)”鍵與“調(diào)日歷”鍵有類似的功能。

②當(dāng)按下“加一”鍵時(shí)，與前面對應(yīng)的調(diào)整到期望的年、月、日和時(shí)、分、秒。時(shí)間設(shè)置完成時(shí)，進(jìn)入正常的走時(shí)狀態(tài)。

4. 功能要求

一個完整的電子萬年歷的實(shí)現(xiàn)步驟，在硬件方面，要求可以按照硬件電路原理圖的設(shè)計(jì)，與芯片的正確選取，完成準(zhǔn)確的年、月、日和時(shí)、分、秒顯示；并且我們通過對“調(diào)日歷”鍵和“調(diào)時(shí)鍵”的設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)對日期和時(shí)間的調(diào)整，當(dāng)按下“加一”鍵時(shí)，也可以與前面對應(yīng)地，調(diào)整到期望的年、月、日和時(shí)、分、秒。在軟件設(shè)計(jì)方面，采用Keil軟件來實(shí)現(xiàn)對電子萬年歷程序的正確調(diào)試與仿真，最終將其生成Hex文件；再運(yùn)用Proteus軟件，一步一步地完成萬年歷原理圖的繪制，最后便能夠利用Proteus進(jìn)行功能的仿真，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中萬年歷所有的功能要求。

5. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由主控模塊、時(shí)鐘模塊、顯示模塊按鍵電路模塊共4個模塊組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1-1所示。主控芯片使用51系列AT89C51單片機(jī)，時(shí)鐘芯片使用美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302。采用DS1302作為主要計(jì)時(shí)芯片，可以做到計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。更重要的是，DS1302可以在很小電流的后備電源（2.5～5.5V電源，在2.5V時(shí)耗電小于300 nA）下繼續(xù)計(jì)時(shí)，并可編程選擇多種充電電源來對后備電源進(jìn)行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電。

6. 硬件調(diào)試

硬件調(diào)試的調(diào)試比較困難。因?yàn)槭钦{(diào)試所以不能對元件進(jìn)行焊接，只能把各個元件用導(dǎo)線連接起來。調(diào)試的整體過程是：各個系統(tǒng)逐個調(diào)試，各部分調(diào)試成功后再進(jìn)行組裝后的整體調(diào)試。

調(diào)試過程包括：

1. 顯示部分的調(diào)試

問題：數(shù)碼管的顯示不穩(wěn)定，不停的閃爍。

分析：沒有考慮到干擾及環(huán)境的制約。于是我們把在面包板上連好的電路焊接在印刷板上，并采用電容濾波盡可能去除紋波和干擾。

2. 控制部分的調(diào)試

問題：按下按鍵后數(shù)據(jù)有時(shí)正常有時(shí)又不正常，數(shù)據(jù)的加減不穩(wěn)定。

分析：根據(jù)分析有兩個問題可以導(dǎo)致此種現(xiàn)象，一是按鍵接觸不良可能有短路，二是程序部分有問題。用萬用表測量后發(fā)現(xiàn)按鍵按下后不穩(wěn)定，更換質(zhì)量更好的按鍵后故障即排除。

7. 軟件調(diào)試

程序的調(diào)試分幾個步驟，首先要在WAVE6000軟件中編譯通過，然后通過Keil軟件把程序下載到單片機(jī)中最終調(diào)試出滿意的效果才算成功。

1.WAVE6000調(diào)試

首先，啟動WAVE6000新建一個項(xiàng)目，輸入一個名字保存，然后打開“真器設(shè)置”，在“語言”選項(xiàng)下選擇“偉福匯編器”，“缺省顯示格式”選擇“混合十、十六進(jìn)制”?！胺抡嫫鳌边x項(xiàng)下選擇“使用偉福軟件模擬器”。“通信設(shè)置”選項(xiàng)下選擇“使用偉福軟件模擬器”。

打開已經(jīng)寫好的程序，選擇“項(xiàng)目”菜單下的“編譯”命令，根據(jù)Message窗口的編譯信息修改程序中的錯誤地方。直到Message窗口中不再出現(xiàn)錯誤符號，全部顯示正確符號為止。

雖然程序在WAVE6000中編譯通過了，但并不代表程序就沒有錯誤，只有最終出現(xiàn)效果才說明沒問題。endprint