信电学院电子信息工程专业CDIO一级项目项目设计说明书（2013/2014学年第一学期）项目名称：简单万年历的设计专业班级：电子信息工程学生姓名：学号：指导教师：设计周数：一周设计成绩：2013 年12 月29 日目录1项目设计目的及任务--------------------------------------------------------------22 设计方案--------------------------------------------------------------23 电路仿真与分析--------------------------------------------------------------94项目设计心得-------------------------------------------------------------175参考文献-------------------------------------------------------------171.项目设计目的及任务用51单片机或52单片机为主体，设计并制作一台数字万年历。

基本要求有时钟显示（时/分/秒）；日期、星期显示，可设定月份；上电即可显示当前系统的时间该系统的设计电路是以 AT89C51单片机为核心控制器，其外围电路主要包括时钟模块，液晶模块，和与电脑主机通信模块等。

通过 PC 机在 Internet 上同步时间,整个系统使用C语言进行编程，实现其设计的各种功能。

输出方式灵活、功耗低、计时准确、性能稳定、维护方便等优点。

实用电子时钟是一个时间控制系统，既能作为一般的时间显示器，同时可以根据需要扩展其功能。

系统上电自检后，实时实现小时、分钟、秒以及日历的显示等指示信息的显示，通过按键可实现校对时间等功能。

2 设计方案2.1总方案设计：设计简单万年历一般有三个可行方案，方案一:纯硬件电路系统，各功能采用分离的硬件电路模块实现。

用时序逻辑电路实现时钟功能，用555定时器实现闹钟的设定。

但这种实现方法可靠性差、控制精度低，灵活性小、线路复杂、安装调试不方便，而且不方便实现对系统的扩展。

方案二:用可编程逻辑器件（PLD）实现。

这种方案与前一种相比，可靠性增加，同时可以很好的完成时钟的功能。

同时这种方案只能选用数码管显示，显示的效果不够理想，无法很好的完成扩展功能的要求。

同时，系统的灵活性不够。

方案三:采用单片机作为系统的控制核心。

随着国内超大规模集成电路的出现，微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。

集成技术的最新发展之一是将CPU和外围芯片，如程序存储器、数据存储器、并行I/O口、串行I/O口、定时/计数器、中断控制器及其他控制部件集成在一个芯片之中，制成单片计算机。

而近年来推出的一些高档单片机还包括有许多特殊功能单元，如A/D、D/A转换器、调制解调器、通信控制器、锁相环、DMA、浮点运算单元、PWM控制输出单元、PWM输出时的死区可编程控制功能等。

因此，只要外加一些扩展电路及必要的通道接口就可以构成各种计算机应用系统，如工业流水线控制系统、作为家用电器的主控制器、分布式控制系统的终端节点或作为其主控制节点起中继的作用、数据采集系统、自动测试系统等。

我们选用的是方案三。

因为单片机的出现，并在各技术领域中得到如此迅猛的发展，与单片机构成计算机应用系统所形成的下述特点有关：(1)、单片机构成的应用系统有较大的可靠性。

这些可靠性的获得除了依靠单片机芯片本身的高可靠性以及应用有最少的联接外，还可以方便地采用软、硬件技术。

(2)、系统配置、系统扩展较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统，应用系统有较高的软、硬件利用系数。

(3)、由于构成的应用系统是一个计算机系统，相当多的测、控功能由软件实现，故具有柔性特征，不须改变硬件系统就能适当地改变系统功能。

(4)、具有优异的性能、性价比。

2.2单片机的选择方案一：采用传统的AT89C51作为万年历的控制核心。

单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度比较大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其体积小、功耗低、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。

方案二：采用FTC10F04单片机，还带有非易失性Flash程序存储器。

它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片，市场应用最多。

其主要特点如下：8KB FLASH ROM，可以擦除1000次以上，数据保存10年。

由于本系统对CPU运算速度要求很高，需要执行很复杂的运算，方案一成本比较低，适合做设计，方案二运算速度高、性能好，所以两种方案都有可取之处。

选用方案一作为主方案，方案二作为备用方案。

2.3显示模块的选择方案一：使用传统的LED数码管显示。

数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称重轻，精确可靠，操作简单。

数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。

方案二：使用液晶显示屏显示时间数字。

液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。

但由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本稍微偏高。

在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片，不易维护。

方案三：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，所以也不用此种作为显示。

根据以上的论述，采用方案二。

在本系统中，我们采用了LM016L液晶显示，由于显示位数较多，故应使用排阻RESPACK-8驱动，排阻一般有九个脚，一个脚接VCC，其他脚接单片机I/O口。

2.4时钟芯片的选择方案一：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。

采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大，所以不采用此方案。

方案二：采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，而且精度高，工作电压为2.5V～5.5V，2.5V时电流小于300nA。

采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

根据以上的论述，采用方案二。

在本系统中，我采用了DS1302时钟芯片。

时钟功能采用单片集成的时钟芯片DS1302来实现，可以使用液晶显示时间、日历，有着智能化的人机界面。

由于使用了单片机，整个系统可编程，系统的灵活性大大增加了。

另外，本方案可以方便的实现其他功能的扩展。

而我们这次的设计就是选用方案三来完成项目设计的要求的。

对于显示模块我们可以使用多个数码管显示，LED数码管是利用二极管发光显示数字和字母，具有亮度大、接口设计比较容易，价格相对较便宜等优点。

但是由于它工作电流较大、不能显示汉字，显示的信息量有限，若在此题目中应用就会受到很大的限制。

而我们指导老师在这次设计时建议我们采用液晶显示。

液晶特别是具有汉字显示功能的液晶显示器，来实现显示功能，不仅可以实现基本的显示信息，而且可以显示丰富的符号指示信息以及文字指示信息，信息量丰富且直观易懂。

而且液晶显示有功耗低，体积小，重量轻，寿命长，不产生电磁辐射污染等优点。

系统采用此方案。

本电子钟系统的重要部分在于时钟功能模块，这里选用串行日历时钟芯片DS1302。

与采用并行总线与单片机进行数据通信的时钟芯片相比，DS1302与单片机的连线大为减少，极大的节省了单片机的系统资源。

工作原理：DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。

采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。

DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。

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传送的方法。

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>2.0V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)，后面有详细说明。

SCLK为时钟输入端。

图1为DS1302的封装图。

图1 DS1302封装图寄存器：DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。

时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。

DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。

数据流：在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。

同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。

DS1302与CPU的连接需要三条线，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。

问题说明:DS1302 与微处理器进行数据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节，命令字节最高位Write Protect(D7)必须为逻辑0，如果D7=1，则禁止写DS1302，即写保护；D6=0，指定时钟数据，D6=1，指定RAM数据；D5～D1指定输入或输出的特定寄存器；最低位LSB(D0)为逻辑0，指定写操作(输入)， D0=1，指定读操作(输出)。