基于單片機萬年日歷系統的設計

張濤

摘要：電子萬年歷是一種非常廣泛日常計時工具，對現代社會越來越流行。它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，還具有閏年補償等多種功能，而且DS1302的使用壽命長，誤差小。對于數字電子萬年歷采用直觀的數字顯示，可以同時顯示年、月、日、周日、時、分、秒和溫度等信息，還具有時間校準等功能。該電路采用AT89S52單片機作為核心，功耗小，能在3V的低壓工作，電壓可選用3～5V電壓供電。

關鍵詞：單片機；萬年歷；系統設計

1. 概述

隨著微電子技術的高速發展，單片機在國民經濟的個人領域得到了廣泛的運用。單片機以體積小、功能全、性價比高等諸多優點，在工業控制、家用電器、通信設備、信息處理、尖端武器等各種測控領域的應用中獨占鰲頭，單片機開發技術已成為電子信息、電氣、通信、自動化、機電一體化等專業技術人員必須掌握的技術。而電子萬年歷作為電子類小設計不僅是市場上的寵兒，也是是單片機實驗中一個很常用的題目。因為它的有很好的開放性和可發揮性，因此對作者的要求比較高，不僅考察了對單片機的掌握能力更加強調了對單片機擴展的應用。而且在操作的設計上要力求簡潔，功能上盡量齊全，顯示界面也要出色。數字顯示的日歷鐘已經越來越流行，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數碼管顯示的日歷鐘逐漸受到人們的歡迎。LED數字顯示的日歷鐘顯示清晰直觀、走時準確、可以進行夜視，并且還可以擴展出多種功能。所以，電子萬年歷無論作為比賽題目還是練習題目都是很有價值。

2. 單片機的發展歷程

單片機是微型計算機的一個重要分支，也是一種非常活躍和頗具生命力的機種，特別適用于工業控制領域。1971年微處理器研制成功不久，就出現了單片機，但最早的單片機是1位的，處理能力有限。單片機的發展共分四個階段：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系列單片機為代表。第三階段為高性能單片機階段，這個階段推出的單片機普遍帶有穿行接口，多級中斷系統，16位定時器/計數器，片內ROM、RAM容量加大，直到現在仍被廣泛應用，是目前應用數量較多的單片機。第四階段是8位單片機鞏固發展以及16位單片機、32位單片機推出階段，以滿足不同的用戶需要。縱觀單片機幾十年的發展歷程，單片機的今后發展方向將向多功能、高性能、高速度、低功耗、低價格、外圍電路內裝化以及內存儲器容量增加和FLASH存儲器化方向發展。

3. 設計思路

（1）采用單片機常用的時鐘芯片。以前，通常采用并行的實時時鐘芯片計時、EEPROM作為存儲器，但對一些微小型智能控制設備而言，并行實時時鐘芯片封裝形式大，再加上EEPROM，占用擴展線多，使電路結構很難進一專門的液晶驅動接口，且成本高。因此，本設計控制器采用數碼管顯示方式。數碼管作為一種主動顯示器件，具有亮度高、價格便宜等優點，而且市步簡化。Dallas公司生產的串行實時時鐘芯片DS1302具有實時時鐘和靜態RAM，采用串行通信，可方便地與單片機接口。除了在工業控制中使用外，還可以應用到一般的時鐘計數上。本章正是采用了DS1302芯片與AT89C51單片機的串行通信。

（2）顯示電路。就時鐘而言，通常可采用液晶顯示或數碼管顯示。對于一般的段式液晶屏，需要專門的驅動電路，而且液晶顯示作為一種被動顯示，可視性相對較差；對于具有驅動電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點陣），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鐘顯示組合數碼管。

（3）按鍵電路

本設計采用了三個按鍵對公歷年、月、日和時、分、秒進行調整。

①當按下“調日歷”鍵，首先年的兩位數碼管閃爍顯示，表示在調整“年”狀態。再按“調日歷”鍵則確認“年”，同時進入調整“月”狀態，“月”的兩位數碼管閃爍顯示，再按“調日歷”鍵則確認“月”，同時進入調整“日”狀態，“日”的兩位數碼管閃爍顯示，再按“調日歷”鍵則確認“日”，同時調整年、月、日結束。“調時”鍵與“調日歷”鍵有類似的功能。

②當按下“加一”鍵時，與前面對應的調整到期望的年、月、日和時、分、秒。時間設置完成時，進入正常的走時狀態。

4. 功能要求

一個完整的電子萬年歷的實現步驟，在硬件方面，要求可以按照硬件電路原理圖的設計，與芯片的正確選取，完成準確的年、月、日和時、分、秒顯示；并且我們通過對“調日歷”鍵和“調時鍵”的設置，能夠實現對日期和時間的調整，當按下“加一”鍵時，也可以與前面對應地，調整到期望的年、月、日和時、分、秒。在軟件設計方面，采用Keil軟件來實現對電子萬年歷程序的正確調試與仿真，最終將其生成Hex文件；再運用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進行功能的仿真，實現設計中萬年歷所有的功能要求。

5. 系統總體設計

按照系統設計功能的要求，初步確定設計系統由主控模塊、時鐘模塊、顯示模塊按鍵電路模塊共4個模塊組成，電路系統構成框圖如圖1-1所示。主控芯片使用51系列AT89C51單片機，時鐘芯片使用美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘DS1302。采用DS1302作為主要計時芯片，可以做到計時準確。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時耗電小于300 nA）下繼續計時，并可編程選擇多種充電電源來對后備電源進行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電。

6. 硬件調試

硬件調試的調試比較困難。因為是調試所以不能對元件進行焊接，只能把各個元件用導線連接起來。調試的整體過程是：各個系統逐個調試，各部分調試成功后再進行組裝后的整體調試。

調試過程包括：

1. 顯示部分的調試

問題：數碼管的顯示不穩定，不停的閃爍。

分析：沒有考慮到干擾及環境的制約。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. 控制部分的調試

問題：按下按鍵后數據有時正常有時又不正常，數據的加減不穩定。

分析：根據分析有兩個問題可以導致此種現象，一是按鍵接觸不良可能有短路，二是程序部分有問題。用萬用表測量后發現按鍵按下后不穩定，更換質量更好的按鍵后故障即排除。

7. 軟件調試

程序的調試分幾個步驟，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中最終調試出滿意的效果才算成功。

1.WAVE6000調試

首先，啟動WAVE6000新建一個項目，輸入一個名字保存，然后打開“真器設置”，在“語言”選項下選擇“偉福匯編器”，“缺省顯示格式”選擇“混合十、十六進制”。“仿真器”選項下選擇“使用偉福軟件模擬器”。“通信設置”選項下選擇“使用偉福軟件模擬器”。

打開已經寫好的程序，選擇“項目”菜單下的“編譯”命令，根據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，只有最終出現效果才說明沒問題。endprint