基于单片机的万年历设计仿真制作论文

在现代社会中，时间是我们每个人都无法改变和控制的东西。在生活中我们通过太阳、钟表、手机等来查询时间。现代社会我们通过很多方法查询时间，而且还能够获得很多和我们生活相关的一些信息，例如现在的年份，月份，还有实时的温度情况。在这种情况下，人们研究出了万年历这样一种小巧而且显示效果比较好的一种电子产品，电子万年历现在在很多家庭中都可以看到，应用比较广泛，而且人们也对这种电子产品的方便和功能十分认可。

单片机是非常实用的一个电子元器件，通过单片机来制作电子万年历也是一个很实用的题目。因为这个课题可以给我们提供更大发展空间，让我们能够用自己的想法去做。在制作的过程中，不仅考验了我们的创新能力，而且还让我们的思路更加清晰。通过对电子万年历的设计仿真和制作这个课题的研究，让我能够对单片机有了更深层次的了解，虽然做的不是很好，但是，通过这次设计让我有信心去完成更多的小制作，小设计。

这次电子万年历在设计上主要使用了ATC52单片机作为主控核心，DS1302时钟芯片提供时钟、DS18B20温度传感器、LCM1602点阵液晶显示屏显示。在选择单片机的时候，虽然两种型号只差了一点，但是从功能和价格上都很相似，但是我们还是选择了ATC52单片机，因为它的功能和性价比都很高，而且也很容易能够满足我们的设计，性能十分强悍。这样我们不仅能够节约成本，而且使得该元器件得到了全面的发挥。ATC52单片机芯片是一个电压低，性能高的8位单片机。单片机元器件采用密度高、非易失性存储技术生产。兼容标准MCS-51指令系统，单片机内有通用的8位CPU和Flash存储单元。ATC52单片机在现在的电子行业中拥有很广泛的使用。在选择时钟芯片的时候，我们根据万年历所需的功能，具有年月日，时分秒等等的功能，而且要价格低，使用方面的特点，我们选择了DS1302时钟芯片这个器件。该器件价格低，成本小，使用方便的优点，而且在时间显示方面误差较小，而且采用串行数据传输，能够提供掉电保护的功能。DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302是在众多时钟芯片中脱颖为此的一种优越的器件，不论是从性能上，还是从功耗上都是性价比非常高的一种器件。这种芯片可以对我们所需要知道的时间可以很完整的进行计时。时钟芯片的额定工作电压在2.5V～5.5V之间。同时它采用32.768kHz晶振做为内部震荡。在这次设计中我们使用了DS18B20，该元器件只需要一个数据线就可以完成数据的传输和单片机相连接，并且显示在液晶屏上面。这种元器件成本低，使用方便。因此，本设计DS18B20温度传感器作为温度采集模块。在显示模块的时候，我们使用LCM1602液晶显示器，该液晶显示器显示清晰，而且能够显示的功能比较强大，能显示文字和图形等等。这种显示器不仅使用的时候方便而且与单片机连接也和很简单，占用单片机的接口线也很少。在软件方面，主要包括日历程序，时间调整程序，显示程序和闹钟程序等。在软件设计的时候，通过仿真的软件的帮助，基本上能够在电路的模型和连线上做出详细的方案，在软件程序编写过程中遇到了很多的困难，其中想要实现许多功能，但是由于编程的水平比较低，所以有很多想要实现的功能没有能够实现，例如没有实现阳历同步的阴历的算法等等。但是，基本的万年历的功能还是很好的实现了，年月日时分秒的显示，以及闹钟的显示和声音的设计在编程中有些不会的地方，但是在同学们和老师的帮助下，还是很快的完成了任务。当程序编写完成之后，在Keil软件中运行调试，在Proteus软件中嵌入单片机内进行仿真。最后在老师同学的帮助以及自己的努力下完成了此次电子万年历的设计。

第1章 设计要求及设计方案论证

1.1 电路设计要求

表1-1电路设计要求

     电路设计要求如表1-1。

1.2 设计方案论证

    1.选择单片机芯片的设计方案和论证，如表1-2。

表1-2单片机芯片方案

经上所述，采用方案二的设计更为合理！单片机选择了ATC52元器件价格低廉，性能强大，使用方便。

2.显示模块设计方案和论证，如表1-3。

表1-3显示模块方案

    经上所述，采用方案二的设计更为合理！显示液晶屏选择了LM1602液晶屏，该元器件功能强大，显示效果好，而且价格低。

    3.时钟芯片的设计方案和论证，如表1-4。

表1-4时钟方案

经上所述，采用方案二的设计更为合理！时钟芯片选择了DS1302元器件，该元器件工作稳定，时间准确，性价比很高，而且连接方便。

    4.温度传感器的设计方案与论证，如表：1-5。

表1-5温度感应元件方案

经上所述，采用方案二的设计更为合理！温度传感器选择DS18B02元器件，该元器件连接方便只需要一根数据项就可以解决问题，而且测量的准确度也很高。

    5.电路设计方案与论证结果

通过分析和论证，我们选择出了在这次设计中需要使用的单片机型号，时钟芯片的型号和温度传感器的型号以及液晶显示器件的型号。根据电路整体的规划和对电路整体的要求，以及电路的简约，实用和功耗来比较，我们选择了这些元器件更为合理我们的这次设计。单片机选择了ATC52元器件价格低廉，性能强大，使用方便。时钟芯片选择了DS1302元器件，该元器件工作稳定，时间准确，性价比很高，而且连接方便。显示液晶屏选择了LM1602远期将，该元器件功能强大，显示效果好，而且价格低。温度传感器选择DS18B02元器件，该元器件连接方便只需要一根数据项就可以解决问题，而且测量的准确度也很高。

第2章 系统的硬件设计与实现

2.1电路设计方案主要框图

ATC52单片机对时钟芯片和温度传感器读取相应的数据并写入了控制字，继而控制液晶屏写出对应的显示。通过按键操作模块对各项进行调整。如图2.1a，2.1b所示为电路的主要框图

2.2 系统硬件框图简介

ATC52单片机的功能和性价比都很高，而且也很容易能够满足我们的设计，性能十分强悍。这样我们不仅能够节约成本，而且舍得该元器件得到了全面的发挥。系统主要采用ATC52单片机芯片，它是一个电压低，性能高的8位单片机。单片机是一个非常实用元器件，它可以反复擦写而且可以随机存取数据的一种存储器，它的有点非常多，不但密度高，具有非易失性存储，而且内部有通用的8位CPU和flash存储单元。ATC52单片机在现在的电子行业中拥有很广泛的使用。

时钟模块采用DS1302，在众多时钟芯片中脱颖而出的一种优越的器件。不论是从性能上，还是从功耗上这种时钟模块都是性价比非常高的一种器件。这种芯片可以对我们所需要知道的时间可以很完整的进行计时。时钟芯片的额定工作电压在2.5V～5.5V之间。该时钟芯片使用普通的32.768kHz晶振做为内部震荡使用。      

DS18B20元器件只需要一个数据线就可以完成数据的传输和单片机相连接，并且显示在液晶屏上面。这种元器件成本低，使用方便。另外，这种传感器拥有很高的测量精度、很广的测量范围。因此，本设计使用DS18B20温度传感器作为温度采集模块。

LCM1602液晶显示器，该液晶显示器显示清晰，而且能够显示的功能比较强大，能显示文字和图形等等。这种显示器不仅使用的时候方便而且与单片机连接也和很简单，占用单片机的接口线也很少。该设计的显示部分是借助液晶显示器来显示的，这种显示器是一种字符型的显示器件，其中他能够同时显示两行的字符。

2.3 电路主要元器件极其单元电路简介

2.3.1 ATC52元器件简介

1. ATC52主要功能特性：

（1）MCS51指令系统；

（2）8k可以反复擦写的(大于1000次）存储器；

（3）双向I/O口一共32个；

（4）16位可编程定时/计数器中断一共3个；

（5）时钟频率在0-24MHz之间；

（6）2个串行中断，可编程UART串行通道；

（7）2个外部中断源，共8个中断源；

主要引脚功能介绍如表2.2。

2.ATC52元器件的最小单元电路

    单片机ATC52的最小单元系统是电路正常运行的基础。其中最小单元电路包括：复位电路、时钟电路、存储器访问路径控制，如图2.3最小单元电路。

ATC52单片机的功能和性价比都很高，而且也很容易能够满足我们的设计，性能十分强悍。为了让电路能够正常的运行，起到内部震荡的作用，需要将单片机的XTAL1引脚和XTAL2引脚外接晶体振荡器组合在一起。其中外接电容C1和C2起到了稳定的作用，是得了振荡器的频率更稳定。单片机由晶体振荡器的震荡频率为最小的时序单位，所以稳定的震荡频率就更重要一些了。

在本电路中使用了上电和开关复位电路进行复位，所谓的复位是指当单片机的复位引脚RXT出现了2个机器周期以上的高电平的时候。当RST引脚的电平持续一段时间后说明电路通电，电容C3正在充电。要想使RST变为高电平就需要在单片机正在运行的情况下使用复位键，这样就实现了上电或者开关复位的操作。

2.3.2 DS1302元器件简介

1.主要引脚功能介绍如表2.4。

表2.4 主要引脚功能

    将时钟芯片DS1302的复位引脚RST置为高电平，这样就可以对工程中的一些数据进行初始化，这样就可以把地址和命令信息传输到寄存器中了，完成了对时钟芯片的初始化，通过该器件来采集准确的时间，然后通过单片机显示在液晶屏幕上面。如图2.5为DS1302元器件的电路图。

    为了能够让时钟芯片的时间不变，保持开机不变时间的效果，在VCC1引脚上外接一个电池，可以实现开机不用对时间的效果。

要想实现芯片内部震荡就需要在引脚X1和X2处外接一个晶体振荡器，可以让振荡器正常工作。

2.3.3 DS18B20元器件简介

1. DS18B20的主要特性归纳如下：

2.DS18B20温度传感器的单元电路

DS18B20温度传感器的电路连接非常简单，只需要连接一根DQ线和单片机连接就可以了。其中它的供电方式有两种：一种是用外接电源供电；另一种就是采用寄生电源供电的方法。本设计采用的就是第二种方法，如图2.6为DS18B20元器件的电路图。

2.3.4 LCM1602显示模块简介

表2.7 引脚功能

   1. 各个引脚具体功能说明如表2.7。

2. LCM1602液晶元器件的单元电路

    LCM1602液晶显示器是一种很常见的显示器，该显示器价格合理，功能也很强大，对于我的这次设计来说足够使用，如图2.8为液晶元器件的电路图。

    其中VEE引脚外接外接滑动变阻器，用来调整显示器的屏幕亮度以及背光。在使用的过程中通过调整该滑动变阻器可以使显示器显示的东西更为清晰，以满足我们的要求。

2.3.5 按键模块设计

本设计我们使用了4个按键来对万年历进行调整，这四个按键为按键，使用这种按键用来控制，使得查询更为方便，程序的编写更加简单方便，而且会很大程度上节省了CPU的资源。 其中这4个的按键分别与ATC52的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3接口相连，如图2.9按键元器件的电路图。

通过观察电路图来说明一下这4个按键的操作说明：S1是设置键，S2是加键，S3是减键，S4是闹钟键。

设置键：当按下SET按键时，程序进入时间设置的状态，按一下按键程序进入秒调整，按两下按键程序进入分的调整，依此类推可以进行年月日的调整，时分秒以及星期的校准；

加键：加键具有对调整对象进行加运算的功能，当设置键按下时，按下加键可以对当前设置项进行加操作；

减键：减键具有对调整对象进行减运算的功能，当设置键按下时，按下减键可以对当前设置项进行减操作；

闹钟键：闹钟按键可以进入闹钟模式，并且可以对闹钟进行调整。当按下闹钟键时，系统进入闹钟调整模式和设定模式。

这种按键是我们平时很常见的一种元器件，这种按键结实耐用，价格低廉，非常合适我们的使用。

第3章 系统的软件设计与实现

整个软件系统采用C51编程，主要实现以下功能：

3.1 系统的软件总体部分的设计

图3.1 b时间调整程序流程图

3.2软件系统各部分介绍

1. LCD驱动及液晶显示

LCD的驱动包括初始化操作、写指令、写数据、显示模块的设定等操作。LCM1602有以下几个基本时序：

（1）读状态：RS=L，RW=H，E=H

（2）写指令：RS=L，RW=L，D0～D7=指令码，E=高脉冲

（3）读数据：RS=H，RW=H，E=H

（4）写数据：RS=H，RW=L，D0～D7=数据，E=高脉冲

2. 按键查询

在这次设计中我使用了查询法来操作按键，相对来说程序比较简单。这个系统中包含有四个调整按键，分别为设置按键、加按键、减按键、闹钟按键。在程序中，加按键和减按键是通过设置按键来激活他们的功能的。这样做的原因是可以减少CPU的工作量。当闹钟按键被按下时，可以选择闹钟的开关，而且可以调整闹钟的具体时间。

3. 温度DS18B20显示

在这次设计中我们使用了DS18B20，该元器件只需要一个数据线就可以完成数据的传输和单片机相连接，并且显示在液晶屏上面。这种元器件成本低，使用方便。因此，本设计DS18B20温度传感器作为温度采集模块。系统的流程首先是初始化DS18B20，然后发射出ROM功能命令，之后将存储操作命令发送出去，最后进行将数据进行处理。如图3.2为温度采集模块流程图。

根据单总线操作的协议，首先要对DS18B20进行初始化，而初始化有严格的时序控制，如图所示，即总线控制器（TX）发出一个复位脉冲（至少480us的低电平），然后释放总线进入接收状态，在设计中我们通过5.1K的上拉电阻把总线上拉为高电平，当系统感应到I/O引脚上电平后，温度传感器等待一段时间后，系统就会发出一个低电平信号。

4. 时钟芯片DS1302

我们选择DS1302时钟芯片这个器件。该器件价格低，成本小，使用方便的优点，而且在时间显示方面误差较小，而且采用串行数据传输，能够提供掉电保护的功能。为了把任何一个的数据传输进行初始化，我们将RST置为高电平，而且在移位寄存器中装入提供地址和命令信息。DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302是在众多时钟芯片中脱颖为此的一种优越的器件，不论是从性能上，还是从功耗上都是性价比非常高的一种器件。这种芯片可以对我们所需要知道的时间可以很完整的进行计时，而且工作非常稳定。

第4章 系统的仿真与制作

在这次设计中，我们应用到了两个比较常用的软件就是Protues仿真软件和keil编译软件，首先我通过对电路要求编写了C语言程序，通过keil编译软件进行程序的检测，通过检测结果对程序进行修改，终于完成了电路程序的编译，同时通过keil编译软件生成*.HEX的一个文件，然后根据要求通过protues仿真软件做出相应的电路图来，在protues中将我们选择好的元器件连接好后，将生成的*.HEX文件写到单片机中，然后进行仿真，在这个过程中，所有元器件都处于一种理想的状态，所以，只要程序和电路连接正确，仿真便很容易实现。

4.1软件的测试仿真

在这次设计的过程中，keil编译软件是一个非常重要的编译软件，我们所需要的程序都要通过这个软件进行编译正确后才能应用，并且能够生成一个在我们仿真时用到的*.HEX的文件。打开keil编译软件，首先建立一个工程文件，将其保存，然后在该工程中新建文本，并将此文本保存为*.c的格式，最后在该工程中将此文件添加，这样就可以在里面编写我们所需要的万年历的程序了。

软件的系统程序编译软件如图4.1所示：

4.2硬件的测试仿真

通过protues软件进行仿真，protues软件是一个十分强大的软件，通过protues软件将设计方案按照电路图进行连接，在软件中找出我们所需要的各种元器件，将这些元器件按照我们的电路要求将其连接起来，检查无误后，将*.HEX的文件写到单片机中，运行电路仿真，液晶屏正常显示。如图4.2所示：

4.3硬件的测试制作

经过了电路程序在keil中编译和protues中仿真之后，我们得出了实际电路的制作方法，通过在市场上购买元器件，然后按照电路图将元器件焊接在电路板上面，检查无误后，将程序烧写到单片机中，当电路焊接完好后，方可通电测试。

在系统调试的期间可能会遇到很多问题和困难，但是这些问题都是可以避免的，只要我们能够在各个方面进行耐心的检查，不断完善和修改问题，其中在这个工程中有以下两种解决问题的方法：

(1) 接通电源后LCM1602没有正确的显示。电路通电后液晶屏幕只亮但是不显示数据，后来经过电路的检查，发现电路连接中有两根线接反了，通过修改，电路显示正常。

(2) 电路工作一段时间之后有的芯片发热严重。经查发现原因是在焊接时焊锡有尖锐地方刺破邻近的漆包线造成短路，剪掉该线并重新进行焊接就可以解决问题。

其实物如图4.3所示：

结束语

通过对这次电子万年历的设计仿真和制作的过程，在对程序不断的调整，对仿真不断的测试的过程中，让我学会了许多细节上的问题，让我能够在以后的学习和生活中都能够更好的去完成一些小制作。不管是在软件方面还是在硬件方面，电子万年历都不算是一个很困难的题目，但是，在制作工程中我们还是要注意许多细节，这样才能更好的去完善这项设计。

在设计中我遇到了很多的问题，例如在选择元器件的时候，通过多方面的对比和比较选择更为合适的器件十分重要，不仅是让设计更加完善，性价比更高，也是在锻炼我们对设计的全面观察。在选择单片机的时候，虽然两种型号只差了一点，从功能和价格上都很相似，但是我们还是选择了ATC52单片机，因为它的功能和性价比都很高，而且也很容易能够满足我们的设计，性能十分强悍。这样我们不仅能够节约成本，而且舍得该元器件得到了全面的发挥。在选择时钟芯片的时候，我们根据万年历所需的功能，具有年月日，时分秒等等的功能，而且要价格低，使用方面的特点，我们选择了DS1302时钟芯片这个器件。该器件价格低，成本小，使用方便的优点，而且在时间显示方面误差较小，而且采用串行数据传输，能够提供掉电保护的功能。在显示模块的时候，我们使用LCM1602液晶显示器，该液晶显示器显示清晰，而且能够显示的功能比较强大，能显示文字和图形等等。这种显示器不仅使用的时候方便而且与单片机连接也和很简单，占用单片机的接口线也很少。选择温度采集模块的时候，我们根据实际情况，选择了DS18B20，因为这种温度传感器在和单片机连接的时候只需要一根数据线连接就可以实现功能，使用方便而且连接简单，这是一种数字式温度传感器，它在测量的时候精度比较高，而且成本低。通过在硬件的连接仿真测试之后，从结果来看，还是比较成功的，没有出现严重的问题。在软件设计的时候，通过仿真的软件的帮助，基本上能够在电路的模型和连线上做出详细的方案，在软件程序编写过程中遇到了很多的困难，其中想要实现许多功能，但是由于编程的水平比较低，所以有很多想要实现的功能没有能够实现，例如没有实现阳历同步的阴历的算法等等。但是，基本的万年历的功能还是很好的实现了，年月日时分秒的显示，以及闹钟的显示和声音的设计在编程中有些不会的地方，但是在同学们和老师的帮助下， 还是很快的完成了任务。

    根据从软件和硬件上的分析和讨论，该电子万年历的设计总体上来讲还是成功的。虽然有缺陷，但是，也有成就感，通过这次设计，不仅让我能够在知识上获得了更加丰富的经验，而且在动手能力上也拥有了更加熟练的手法。我相信通过这次毕业设计，在将来的工作和生活中我都能够更好的去面对一些工作上的阻碍，乐观的去面对困难。

    经历了这几个月的毕业设计和制作，当我在途中遇到困难的时候，身边的同学和老师都很积极的鼓励和帮助我，也许这就是享受过程的快乐，享受结果的快乐，当我完成我的毕业设计的时候，我非常的激动，因为这不但是我大学四年的结束，也是我大学四年的结晶。

参考文献

[1] 刘波粒.模拟电子技术[M].第2版.北京:国防工业出版社,2007.

[2] 张萌.单片机应用系统开发综合实例[M]. 北京：清华大学出版社，2007.7

[3] 楼然苗.单片机课程设计指导[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2007.7

[4] 沈德金.MCS－51系列单片机接口电路与应用程序实例[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，1991.4 

[5] 马忠梅，籍顺心等．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，2001年

[6] 陈明荧． 8051单片机课程设计实训教程[M]．北京：清华大学出版社

[7] 何立民．单片机高级教程[M]．北京:北京航空航天大学出版社，2003年

[8] 新编单片机原理与应用（第二版）.西安电子科技大学出版社，2007.2

[9] 李广弟. 单片机原理及应用[M] 北京航空航天大学出版社,2004年

[10] SCM1602 LCM 使用说明书［DB］长沙:长沙太阳人电子有限公司

[11] 赵亮. 单片机C语言编程与实例[M] 人民邮电出版社,2003年

致谢

在河北师范大学职业技术学院的大学生活即将过去，但对我而言，是磨砺青春、挥洒书生意气的三年，也是承受师恩、增长才干、提高学识的三年。我将以积极的面貌重新投入到火热的工作和事业中。在此，谨对培育我的母校、教导我的老师、帮助我的同学们致予最诚挚的谢意和敬意。 

通过这几个月的毕业论文的设计和制作，让我在临近毕业是时候又紧张了一次，虽然在这个工程中遇到了许多的困难，但是不管遇到什么困难我都没有放弃，在同学和老师的鼓励下，我很快的完成了这次课程设计,我一直很努力地去做,过程中得到了刘波粒老师的悉心指导和同学们大力帮助，并对我的设计提出许多有益的建议，在此对他们表示衷心的感谢。同时也要感谢学校能给我这次机会去尝试自己设计一些东西，使自己所学专业知识与实践相结合。最后也要感谢有关我参考过的文献的作者，是他们为我提供知识的源泉，使我最终能顺利地完成这次课程设计。

在毕业论文完成之时，我非常的高兴，同时也很感激我的导师刘波粒老师、同学、朋友们，在这次论文写作中给我的支持和鼓励，在这里我谨对给予过我极大帮助的刘波粒老师、电子系及院机房的诸位老师以及参与并协助我完成本次毕业设计的所有老师和同学们表示最诚挚的谢意！