毕业设计（论文）报告
题目基于液晶显示的万年历
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2013年4 月
基于液晶显示的万年历
摘要：
本设计应用AT89S52芯片作为核心，采用C语言进行编程，实现以下功能：小时、分、秒、年、月、日、星期的显示和实时温度检测。该设计的电子时钟系统由时钟电路、LCD显示电路、按键调整电路和温度检测电路四部分组成。使用时钟芯片DS1302完成时钟日期的功能，以LCD1602为显示器，同时利用温度传感器DS18B20测量周围环境温度，并且可以依靠按键随时对日期时间进行调整。我们共设计四个按键，一个模式键，也就是我们用来选定被修改的数字的，两个调整键，一个“加”键和一个“减”键，当按下模式键，选定要调整的数字的时候，“加”、“减”可以帮我们调到所需的状态，还有一个复位键，显示精度为1秒。设计还提供三位实时温度检测并显示，其显示精度为0.1℃。关键词：
AT89S52、时钟日历芯片DS1302、温度传感器DS18B20、LCD1602
目录
前言 (1)
第一章方案选择与万年历研究情况 (2)
1.1 方案选择 (2)
1.1.1时钟芯片选择 (2)
1.1.2键盘选择 (3)
1.1.3显示模块选择 (3)
1.2电子万年历的研究情况 (4)
第二章主要硬件描述 (5)
2.1 AT89S52 (5)
2.1.1主要性能 (5)
2.1.2引脚说明 (5)
2.2 LCM1602 (8)
2.2.1工作原理 (8)
2.2.2端口引脚第二功能 (9)
2.2.3管脚功能 (10)
2.3 芯片DS1302 (11)
2.3.1工作原理 (11)
2.3.2引脚功能及结构 (12)
2.4 数字温度传感器DS18B20 (12)
2.4.1DS18B20工作原理 (12)
2.4.2DS18B20 引脚定义 (13)
第三章硬件设计与实现 (14)
3.1 单片机最小系统的设计 (14)
3.2 时钟电路的设计 (15)
3.3 温度采集模块的设计 (15)
3.4 LCDM1602显示模块设计 (16)
第四章系统软件设计与实现 (17)
4.1主程序设计 (17)
4.2实时时钟日历子程序设计 (17)
4.3环境温度采集子程序设计 (18)
4.4按键子程序设计 (20)
第五章测试结果分析与结果 (21)
5.1 测试结果分析 (21)
5.2 测试总结 (21)
结束语 (22)
致谢 (23)
参考文献 (24)
附录一：原理图 (25)
附录二：源程序 (26)
前言
万年历,就是记录一定时间范围内(比如100年或更多)的具体阳历与阴历的日期的年历, 方便有需要的人查询使用.万年只是一种象征,表示时间跨度大.这次设计通过对万年历系统的设计, 详细介绍AT89S52单片机应用中的按键处理,数码管显示原理,动态和静态显示原理,定时中断,A/D转换等原理.该系统能够显示年,月,日,小时,分钟,秒,星期,农历,温度,通过按键可以修改时间等功能.此系统结构简单,功能齐全,具有一定的推广价值。
第一章方案选择与万年历研究情况
1.1 方案选择
1.1.1时钟芯片选择
方案一:不使用芯片,采用单片机的定时计数器
这种方法原理是利用单片机芯片的定时器来产生固定的时间,模拟时钟的时, 分,秒。如:利用AT89S52芯片,定时器用工作方式1,每50ms产生一个中断,循环20次,即1s周期。每一个周期加1,那么1min为60个周期,1h就是60*60=3600个周期,一天就是3600*24=86400个周期。
此方法优点是可以省去一些外围的芯片,但这种方法只能适用于一些要求不是十分精确,不做长期保留的场合。
方案二:并行接口时钟芯片DS12887
特点:采用单片机应用系统并行总线(三总线)扩展的接口电路,采用这种接口电路具有操作速度快,编程方便的优点。
但是对于80C52单片机来说,低位地址线要通过锁存器输出,还要地址译码器,而且并行口芯片的体积相对较大。
方案三:串行接口时钟芯片DS1302
芯片主特性:
（1）实时时钟具有能计算2100 年之前的秒分时日日期星期月年的能力，还有闰年调整的能力
（2）31 8 位暂存数据存储RAM
（3）串行I/O 口方式使得管脚数量最少
（4）宽范围工作电压2.0 5.5V
（5）工作电流2.0V 时,小于300nA
（6）读/写时钟或RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式
（7）8 脚DIP 封装或可选的8 脚SOIC 封装根据表面装配
（8）简单3 线接口
（9）与TTL 兼容Vcc=5V
（10）可选工业级温度范围-40 +85
优点:串行接口的日历时钟芯片,使用简单,接口容易,与微型计算机连线较少等特点,在单片机系统尤其是手持式信息设备中己得到了广泛的应用。
所以，最终选择串行时钟芯片DS1302。
1.1.2键盘选择
方案一:矩阵式键盘
行列式键盘的原理就是每一行线与每一列线的交叉地方不相通，而是接上一个按键，通过按键来接通。
特点: 以省出不少的I/O 口资源,程序编写相对复杂点,适用于键数比较多的情况。
方案二: 独立式键盘
独立式键盘是指各个按键相互独立地连接到各自的单片机的I/O 口，I/O口只需要做输入口就能读到所有的按键。
特点: 电路简单，程序容易写,适用于按键数较少的情况。
所以我们选择独立式键盘。
1.1.3显示模块选择
方案一:LED数码管显示
数码管显示比较常用的是采用CD4511和74LS138实现数码转换,数码显示分动态显示和静态显示,静态显示具有锁存功能,可以使数据显示得很清楚,但浪费了一些资源。目前单片机数码管普通采用动态显示。编程简单,但只能显示数字,不能显示中文。
方案二:LCD1602
能够显示英文和数字。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号。
特点：1602是字符型液晶，显示字母和数字比较方便，控制简单，成本较低。
1.2电子万年历的研究情况
经过多方面考虑与反复的实践与验证，我决定使用AT89s52单片机为核心处理器，采用串行接口时钟芯片DS302作为内部时钟，以独立式键盘控制，LCD1602为显示屏的万年历，该万年历不仅可以显示传统的年，月，日，时，分，秒还能显示星期，农历和实时温度。它大大方便的人们了解时间以及天气变化。
第二章主要硬件描述
2.1 AT89S52
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
2.1.1主要性能
1、与MCS-51单片机产品兼容；
2、8K字节在系统可编程Flash存储器；
3、1000次擦写周期；
4、全静态操作：0Hz-33MHz；
5、三级加密程序存储器；
6、32个可编程I/O口线；
7、三个16位定时器/计数器；
8、六个中断源；
9、全双工UART串行通道；
10、低功耗空闲和掉电模式；
11、掉电后中断可唤醒；
12、看门狗定时器；
13、双数据指针；
14、掉电标识符。
2.1.2引脚说明
图2-1：AT89S52引脚图
AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序
校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
引脚号第二功能：
P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出。
P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）。
P1.5 MOSI（在系统编程用）。
P1.6 MISO（在系统编程用）。
P1.7 SCK（在系统编程用）
P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动。
P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
端口引脚第二功能：
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 INTO(外中断0)
P3.3 INT1(外中断1)
P3.4 TO(定时/计数器0)
P3.5 T1(定时/计数器1)
P3.6 WR(外部数据存储器写选通)
P3.7 RD(外部数据存储器读选通)
此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。
RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN 信号。
EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。
2.2 LCM1602
2.2.1工作原理
LCD1602是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，
每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。
目前市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
2.2.2端口引脚第二功能
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 INTO(外中断0)
P3.3 INT1(外中断1)
P3.4 TO(定时/计数器0)
P3.5 T1(定时/计数器1)
P3.6 WR(外部数据存储器写选通)
P3.7 RD(外部数据存储器读选通)
此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。
RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允
许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN 信号。
EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。于市面上大部分的字符型液晶。2.2.3管脚功能
图2-2：LCD1602引脚图
1602采用标准的16脚接口，其中：
第1脚：VSS为电源地
第2脚：VCC接5V电源正极
第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电
源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。
第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。
第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。
第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。
2.3 芯片DS1302
DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式。
2.3.1工作原理
DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1 RES 复位2 I/O 数据线3 SCLK串行时钟时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。
DS1302的管脚描述如表2-1所示。
表2-1 DS1302管脚
X1 X2 32.758KHz晶振管脚
GND 地
RST 复位
I/O 数据输入/输出引脚
SCLK 串行时钟
Vcc1 Vcc2 电源供电管脚
2.3.2引脚功能及结构
DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。
X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。
I/O为串行数据输入输出端(双向)。
SCLK为时钟输入端。
2.4 数字温度传感器DS18B20
2.4.1DS18B20工作原理
DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将
重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
2.4.2DS18B20 引脚定义
(1)DQ为数字信号输入/输出端；
(2)GND为电源地；
(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。
图2-3DS18B20内部结构图
第三章硬件设计与实现
电子时钟至少包括秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电路等四部分，另外，本设计要求该电子钟能够采集温度，所以还需要温度采集电路，硬件电路框图如图3-1。
图3-1 硬件电路框图
该系统使用AT89C52单片机为核心微控制器，通过读取时钟日历芯片DS1302和温度传感器DS18B20的数据，完成电子时钟的主要功能——时钟/日历和环境温度采集，使用比较直观的LCD1602显示，同时显示年月日，星期，时分秒以及环境温度值。键盘是为了完成时钟/日历的校准。整个电路使用了+5V 电源供电。
3.1 单片机最小系统的设计
AT89S52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一条I/O线都能独立地作输出或输入。
单片机的最小系统如图3-1所示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出。第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端。
图3-2 单片机最小系统
3.2 时钟电路的设计
本系统采用有DS1302串行时钟芯片作为主时钟电路，该电路使用单独的32.768M的晶振和单独的电源供电，减小主控的负担。电路图如图3-3所示。
图3-3 时钟电路
3.3 温度采集模块的设计
采用数字式温度传感器DS18B20，它是数字式温度传感器，具有测量精度高，电路连接简单特点，此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输，使用Ｐ0.7与DS18B20的I/O口连接加一个上拉电阻,Vcc接电源,Vss接地。电路图如图3-4所示。
图3-4温度采集电路
3.4 LCDM1602显示模块设计
图3-5 LCD显示电路
第四章系统软件设计与实现
C51单片机可以应用汇编语言和C语言进行编程。汇编语言与机器语言指令一一对应,所以用汇编语言编写的程序在单片机里运行起来效率较高。C语言程序可读性高,更便于理解，本设计采用C语言编程[11]。
4.1主程序设计
第一次上电,系统先进行初始化,LCD显示初始时间“03:25:00”,并开始走时,单片机依次开始调用DS1302子程序，DS18B20子程序，键盘子程序返回开头循环运行[3]。
主序流程图如图4-1。
图4-1主序流程图
4.2实时时钟日历子程序设计
该程序主要实现对DS1302写保护、充电，对年、月、日、星期、时、分、秒等寄存的读写操作。在读写操作子程序中都执行了关中断指令，因为在串行通信时对时序要求比较高，而且在此是用单片机内部软件模拟串行时钟脉冲，并由I/O口输出，所以在通信过程中最好保证传输的连续性，不要允许中断，其流程图如图4-2。
DS1302每次上电后会自动处于暂停状态，必须把秒寄存器的位7置位0，时钟才开始计时。如果DS1302一直没有掉电则不会存在此问题。
在进行写操作时，需要先解除写保护寄存器的“禁止”状态。当用多字节模式进行操作时，必须写够8个字节。
图4-2 对DS1302操作流程图
4.3环境温度采集子程序设计
DS18B20是1--wire单线器件，它在一根数据线上实现数据的双向传输，这就需要一定的协议来对读写数据提出严格的时序要求，AT89C51单片机并不支持单线传输。因此，必须采用软件的方法来模拟单线的协议时序[6]。
主机操作单线器件DS18B20必须遵循下面的顺序。
1.初始化；
2.发ROM操作命令；
3.内存操作命令；
4.数据处理。
实现环境温度采集转换并读取数据的程序流程图如图4-3。
图4-3 对环境温度采集转换并读取数据的程序流程图