基于单片机的电子万年历带计算器

基于单片机的电子万年历带计算器

《单片机课程设计报告》

系别：电气工程系班级：本电气113班指导老师：吴巧媚组员：杨祺杰、段湘文、

刘强

、

李鹏宇

大纲1、内容摘要2、设计任务及要求3、内容设计4、系统框架图5、电路设计原理图6、各部分电路的说明7、元件清单8、测试结果与分析9、总结与体会10、致谢一、内容摘要

本设计要制作的就是单片机于生活中最为常见的几种应用——简易计算器和电子万年历。本简易计算器和电子万年历以AT89S52单片机作为核心，可以显示简易的计算和时间，时间可以人为设定；另外还可以显示当前的日历，显示格式为年（四位），月（两位），日（两位）。设置时间的位切换、设定数值、启动定时器、切换日历通过外部中断来实现。简易计算器不仅可以进行简易的计算还可以显示时间。简易计算器显示电路由LCD1602组成，

制作该装置的材料需要有软硬件的支持，硬件方面AT89C51单片机，晶振，电源，液晶屏LCD1602，DS1302时钟芯片。

本次设计在电子万年历的基础上加上了计算器，通过切换键来实现两个功能的互换。计算器可以进行7位数的加、减、乘、除，但是最大有效显示结果为9位数。具体实现功能如下：

1、显示年、月、日、时、分、秒等信息

2、具有可调整日期和时间功能

3、与即时时间同步（不接外部电源）4、按切换键后可进行简单的四则运算二、设计任务及要求

1、本课题设计的是简单的计算器和万年历，可以进行四则运算和显示时间，为了得到较好的显示效果，所以采用背光LCD1602显示数据和结果；

2、计算器部分：键盘包括数字键(0-9)、符号键(+、-、*、/、.)、清除键(ON/C)和等号键(=)，故需要16个按键，设计中采用4*4矩阵键盘；

3、时间显示的部分，有年、月、日、时、分、秒，时间显示和计算器控制键的分别设置，故需要一个功能切换的按键。显示时间状态时，可以对当前的时间进行设置；

4、执行程序：开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符（包过小数），计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果；

5、错误提示：当单片机执行程序中有错误时，会在LCD上显示相应的提示，如：当输入的数值或计算器得到的结果大于计算器的显示范围时，计算器会在LCD上提示溢出（显示-1）；当除数为0时，计算器会在LCD上提示错误，显示“0”。

三、内容设计AT89S52单片机时钟芯片DS1302液晶显示器LCD1602整体设计设计方案4*4键盘电路电路原理图软件设计硬件调试与分析

单片机的介绍与应用原理

1、单片机的介绍

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89C51

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，3个16

位定时器/计数器，1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。

单片机的工作方式：正常工作时消耗11~20mA电流，空闲状态时为1.7~5mA电流，掉电方式为5~50μA。2、单片机的应用（1）在智能仪器仪表上的应用

（2）在工业控制中的应用

（3）在家用电器中的应用

（4）在计算机网络和通信领域中的应用

（5）单片机在医用设备领域中的应用

（6）在各种大型电器中的模块化应用

（7）单片机在汽车设备领域中的应用LCD1602的介绍

LCD1602已很普遍了，具体介绍我就不多说了，市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样（背光与不背光）。其优点为：显示质量高，数字式接口，体积小、质量轻，功耗低(10mW)

显示方式：段式、字符式、点阵式；本次用到的是字符型液晶LCD1602，专门用于字母、数字、符号等点阵式LCD。驱动方式：静态驱动、单纯（主动）矩阵驱动三种。

LCD1602主要技术参数显示容量:16×2个字符

芯片工作电压:4.5—5.5V

工作电流:2.0mA(5.0V)

模块最佳工作电压:5.0V

字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm

LCD1602的原理及其应用LCD1602的引脚图LCD1602的的引引脚脚说说明明第1脚：：VSS为地地电电源源。。第第2脚：：VDD接5V正电电源源。。第3脚：：VL为液液晶晶显显示示器器对对比比度度调调整整端端，，接接正正电电源源时时对对比比度度最最弱弱，，接接地地时时对对比比度度最最高高，，对对比比度度过过高高时时会会产产生生““鬼鬼影影””，，使使用用时时可可以以通通过过一一个个10K的电电位位器器调调整整对对比比度度。。（（正正常常工工作作电电压压为为0.3V左右右））第4脚：：RS为寄寄存存器器选选择择，，高高电电平平时时选选择择数数据据寄寄存存器器、、低低电电平平时时选选择择指指令令寄寄存存器器。。第5脚：：R/W为读读写写信信号号线线，，高高电电平平时时进进行行读读操操作作，，低低电电平平时时进进行行写写操操作作。。当当RS和R/W共同同为为低低电电平平时时可可以以写写入入指指令令或或者者显显示示地地址址，，当当RS为低低电电平平R/W为高高电电平平时时可可以以读读忙忙信信号号，，当当RS为高高电电平平R/W为低低电电平平时时可可以以写写入入数数据据。。第6脚：：E端为为使使能能端端，，当当E端由由高高电电平平跳跳变变成成低低电电平平时时，，液液晶晶模模块块执执行行命命令令。。第7～14脚：：D0～D7为8位双双向向数数据据线线。。第15脚：：背背光光源源正正极极。。第16脚：：背背光光源源负负极极。。时钟钟芯芯片片DS1302的的工工作作原原理理DS1302的简简介介DS1302是美美国国DALLAS公司司推推出出的的一一种种高高性性能能、、低低功功耗耗（（功功耗耗小小于于1mw；2.5V时，，小小于于300nA）、、带带RAM的实实时时时时钟钟电电路路，，它它可可以以对对年年、、月月、、日日、、周周日日、、时时、、分分、、秒秒进进行行计计时时，，具具有有闰闰年年补补偿偿功功能能，，工工作作电电压压为为2.5V～5.5V。采采用用三三线线接接口口与与CPU进行行同同步步通通信信，，并并可可采采用用突突发发方方式式一一次次传传送送多多个个字字节节的的时时钟钟信信号号或或RAM数据。DS1302内部有一一个31×8的用于临临时性存存放数据据的RAM寄存器。。DS1302是DS1202的升级产产品，与与DS1202兼容，但但增加了了主电源源/后备电源源双电源源引脚，，同时提提供了对对后备电电源进行行涓细电电流充电电的能力力。DS1302的结构构DS1302的引脚脚排列,其其中Vcc1为后备备电源，VCC2为为主电源。。在主电源源关闭的情情况下，也也能保持时时钟的连续续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两两者中的较较大者供电电。当Vcc2大于于Vcc1+0.2V时，Vcc2给给DS1302供电电。当Vcc2小于于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。。X1和X2是振荡荡源，外接接32.768kHz晶振。。RST是是复位/片片选线，通通过把RST输入驱驱动置高电电平来启动动所有的数数据传送。。RST输输入有两种种功能：首首先，RST接通控控制逻辑，，允许地址址/命令序序列送入移移位寄存器器；其次，，RST提提供终止单单字节或多多字节数据据传送的方方法。当RST为高高电平时，，所有的数数据传送被被初始化，，允许对DS1302进行操操作。如果果在传送过过程中RST置为低低电平，则则会终止此此次数据传传送，I/O引脚变变为高阻态态。上电运运行时，在在Vcc>2.0V之前，RST必须须保持低电电平。只有有在SCLK为低电电平时，才才能将RST置为高高电平。I/O为串串行数据输输入输出端端(双向)。SCLK为时钟钟输入端。。DS1302电路原原理图电路原理图图如下，DS1302与单片片机的连接接也仅需要要3条线：：CE引脚脚、SCLK串行时时钟引脚、、I/O串串行数据引引脚，Vcc2为备备用电源，，外接32.768kHz晶晶振，为芯芯片提供计计时脉冲。。DS1302的引脚脚功能DS1302时钟芯芯片后备电电源的选择择选择纽扣电电池RC1220作作为后备电电源锂二氧化锰锰电池，其其命名是按按IEC的的标准命名名。其中C-以锂金金属为负极极，以二氧氧化锰为正正极的化学学电池体系系，R-表表示电池的的形状为圆圆柱形，如如果是方形形则F替代代；12表表示电池的的直径是12.5mm,20代表电池池的高度为为2.0mm。标称称电压为3.0V，，终止电压压(endpointvoltage)为为2.0V,额定定容量为40mAh四、系统框框架图五、整体设设计方案设计方法本电路设计计采用AT89S52单片机机为核心，，利用12MHz晶晶振产生频频率的时钟钟脉冲信号号，利用液液晶屏LCD1602显示计计算及其时时间信息，，通过对AT89S52单片片机的编程程控制液晶晶屏LCD1602的显示。。显示时间间和简易计计算的信息息同在LCD1602，通过过按键切换换选择。外外部按键可可及时设定定或调整时时间或计算算的信息。。硬件设计本系统以AT89S52单片片机为核心心，本系统统选用12MHZ的的晶振，，，使得单片片机有合理理的运行速速度。起振振电容22pF对振振荡器的频频率高低、、振荡器的的稳定性和和起振的快快速性影响响较合适，，复位电路路为按键高高电平复位位。DS1302时时钟芯片选选用32.768KHz的晶晶振，以此此保持时间间的准确性性。并在后后备电源处处提供了后后备电源，，当没有外外接电源时时，后备电电源就供电电，这样就就可以保持持时钟芯片片的不断电电及掉电也也可以准确确计时。本本系统中的的后备电源源采用3v的电子电电源，其寿寿命可达一一年以上。。液晶显示示器采用背背光的，本本次设计选选用16引引脚的LCD1602。六、电路设设计原理图图七、各部分分电路的说说明复位电路51单片机机是高电平平复位。所所以本设计计采用的是是上电复位位和手动复复位相结合合的方式。。矩阵键盘计算器输入入数字和其其他功能按按键要用到到很多按键键（触点式式开关按键键），如果果采用独立立按键的方方式，在这这种情况下下，编程会会很简单，，但是会占占用大量的的I/O口口资源，，因此在很很多情况下下都不采用用这种方式式，而是采采用矩阵键键盘的方案案。矩阵键键盘采用四四条I/O

线作为为行线，四四条I/O

线作为为列线组成成键盘，在在行线和列列线的每个个交叉点上上设置一个个按键。这这样键盘上上按键的个个数就为4*4个。。这种行列列式键盘结结构能有效效地提高单单片机系统统中I/O

口的利利用率。键盘的工作作方式：中中断扫描方方式（提高高CPU的的工作效率率）矩阵式键盘盘按键的识识别：行线线通过上拉拉电阻接到到+5V电电源，无键键按下时，，行处于高高电平，列列处于低电电平。当有有键按下时时，行的电电平由高电电平变低电电平。CPU根据行行电平的变变化，就能能判断有键键按下。LCD1602的显示电路路本设计采用用液晶屏LCD1602来显示输出出数据，通通过D0-D7引脚向LCD写指令字或或写数据以以使LCD实现不同的的功能或显显示相应的的数据。DS1302时钟电路电路原理图图如上，DS1302与单片机的的连接也仅仅需要3条线：CE引脚、SCLK串行时钟引引脚、I/O串行数据引引脚，Vcc2为备用电源源，外接32.768kHz晶振，为芯芯片提供计计时脉冲。。八、元件清清单九、测试结结果与分析析1、软件设计：本电路软软件设计采采用C语言言编写程序序（具体程程序在附加加中给出））。程序设设计主要包包括简易计计算的编程程，按键编编程，时间间控制编程程，液晶屏屏LCD1602的的显示编程程（共四条条程序，编编程采用程程序模块式式）。程序序编程好后后，编译没没有出错后后，就直接接生产hex文件，，然后进行行（proteus）软件仿仿真。2、软件仿真：：在硬件设计计完成后，，利用软件件对其进行行仿真，这这样，就会会减少在做做硬件时的的错误，做做到更准确确。本次我我采用Proteus软件仿仿真。经过过此次的软软件仿真，，仿真结果果正常，可可以顺利的的进行硬件件制作。3、硬件调调试：前期的那些些准备工作作都是为了了这最后的的一步，先先把元件排排版好后，，就是自己己动手焊接接，制作出出完整的实实物。在确确保焊接无无误后，接接着将之前前编好的程程序烧写进进单片机，，做最后的的硬件调试试。（看效效果是否和和仿真的效效果一致，，如果和仿仿真相同，，那么作品品就成功地地完成了。。要是没有有达到仿真真时的效果果，那么就就是焊接时时出现了失失误。）我我们的硬件件测试比较较顺利，我我们的作品品完成了！！用proteus绘绘制的仿真真图proteus仿真真效果图作品实物演演示图十、、总总结结与与体体会会本次次课课程程设设计计是是对对以以前前学学过过的的理理论论知知识识进进行行了了巩巩固固，，加加深深了了理理解解，，提提高高了了应应用用的的能能力力，，提提高高了了自自己己的的发发现现、、分分析析、、解解决决问问题题的的能能力力，，还还有有更更重重要要的的就就是是提提升升了了自自己己的的动动手手（（实实践践））能能力力。。经经历历了了从从最最初初的的选选题题、、硬硬件件设设计计、、软软件件设设计计到到最最后后仿仿真真结结果果的的出出现现，，从从一一定定程程度度上上提提高高了了对对专专业业知知识识的的认认识识及及兴兴趣趣。。本本次次课课程程设设计计大大体体上上还还是是比比较较顺顺利利的的，，我我们们虽虽然然把把作作品品成成功