宜宾职业技术学院电子信息工程系 基于51单片机实现万年历的设计
3 方案论证与设计
3.1 控制部分的方案选择
3.1.1 用可编程逻辑器件设计。可采用ALTERA公司的FLEX10K系列PLD器件。设计起来结构清晰，各个模块，从硬件上设计起来相对简单，控制与显示的模块间的连接也会比较方便。但是考虑到本设计的特点，EDA在功能扩展上比较受局限，而且EDA占用的资源也相对多一些。从成本上来讲，用可编程逻辑器件来设计也没有什么优势。
3.1.2 用凌阳16位单片机设计。凌阳16位单片机有丰富的中断源和时基，方便本实验的设计。它的准确度相当高，并且C语言和汇编兼容的编程环境也很方便来实现一些递归调用。I/O口功能也比较强大，方便使用。用凌阳16位单片机做控制器最有特色的就是它的可编程音频处理，可完成语音的录制播放和识别。这些都方便对设计进行扩展，使设计更加完善。成本也相对低一些。但是，在控制与显示的结合上有些复杂，显示模组资源相对有限，而且单片机的稳定性不是很高。
3.1.3 主控芯片使用51系列AT89C52单片机，时钟芯片用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的时钟DS1302。采用DS1302作为主要计时芯片，可以做到计时准确。更重要的是，DS1302可以在很小电流的后备电源（2.5～5V电源，在2.5V时耗电小于300nA）下继续计时，停电后时钟无需重新调整，并可编程选择多种充电电流来对后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电，还可自设闹铃，阳历、星期与年月日自动对应。本系统采用了此方案。
3.2 测温部分的方案选择
3.2.1在日常生活及工农业生产中经常要乃至温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。
3.2.2 与前面相比，采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-55～125°Ｃ，最大分辨率可达0.0625°Ｃ。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与
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单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。 3.3 显示部分的方案选择
3.3.1 液晶显示方式。液晶显示效果出众，可以运用菜单项来方便操作，但是在显示时，特别是使用秒表功能时扫描速度跟不上，屏幕会有明显的闪烁。而且由于61板的存储空间有限，液晶显示就不能与语音播抱程序同时实现。这些大大影响了电子万年历的性能。
3.3.2 相比液晶显示，8段数码管虽然操作比液晶显示略显繁琐，但可视范围十分宽，而且经济实惠，也不需要复杂的驱动程序。所以最后选择LED数码管显示方案。
综上所述，按照系统设计功能的要求，确定硬件系统由主控制器、时钟模块、测温电路、显示模块、键盘接口共5个模块组成，总体系统构成框图如图3.1所示。
DS1302时钟模块 AT89S52 主控制器 键盘扫描电路 DS18B2温度探测 数码显示电路 图3.1 电子万年历系统构成框图
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4 系统硬件电路设计
电子万年历电路原理图见附件一，系统由主控制器AT89C52、时钟芯片DS1302、温度传感器DS18B20传感器、显示电路及键盘扫描电路组成。 4.1 主控器 AT89S52
ATMEL公司生产的AT89S52单片机采用高性能的静态80C51设计，由先进工艺制造，并带有非易失性Flsah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。主要性能特点有：
8KB Flash ROM，可以檫写1000次以上，数据保存10年。 256字节内部RAM。
电源控制模式：时钟可停止和恢复；空闲模式；掉电模式。 6个中断源。 4个中断优先级。 4个8位I/O口。 全双工增强型UART。
3个16位定时/计数器，T0、T1（标准80C51）和增加的T2（捕获和比较）。 全静态工作方式：0～24MHz。 4.2 时钟电路 DS1302 4.2.1 DS1302的性能特性
实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数； 用于高速数据暂存的31×8位RAM； 最少引脚的串行I/O； 2.5～5.5V电压工作范围； 2.5V时耗电小于300nA；
用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式； 简单的3线接口；
可选的慢速充电（至Vcc1）的能力。
DS1302时钟芯片包括实时时钟/日历和31字节的静态RAM。它经过一个简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年
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等信息。对于小于31天的月和月末的日期自动调整，还包括闰年校正的功能。时钟的运行可以采用24h或带AM(上午)/PM（下午）的12h格式。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有主电源/后备电源双电源引脚：Vcc1在单电源与电池供电的系统中提供低电源，并提供低功率的电池备份；Vcc2在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式中，Vcc1连接到备份电，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。DS1302由Vcc1或Vcc2中较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电；当Vcc2小于Vcc时， DS13026由Vcc1供电。 4.2.2 DS1302数据操作原理
DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被输入。无论是读周期还是写周期，开始8位指定40个寄存器中哪个将被访问到。在开始8个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器之后，另外的时钟周期在读操作时输出数据，在写操作是写入时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8，在多字节方式下为8加字节数，最大可达248字节数。
如果在传送过程中置RST脚为低电平，则会终止本次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc大于等于2.5V之前,RST脚必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。DS1302的引脚及内部结构图如图4.1所示，表4.1为各引脚的功能。
DS1302的控制字如图4.2所示。控制字节的最高位（位7）必须是逻辑1；如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6如果为0，则表示存取日历时钟数据；为1表示存取RAM数据。位5～1（A4～A0）指示操作单元的地址。最低有效位（位0）如为0，表示要进行写操作；为1表示进行读操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出。
为了提高对32个地址的寻址能力（地址/命令位1～5=逻辑1），可以把时钟/日历或RAM寄存器规定为多字节（burst）方式。位6规定时钟或RAM，而位0规定读或写。在时钟/日历寄存器中的地址9～31或RAM寄存器中的地址31不能寄存数据。在多字节方式中，读或写从地址0的位0开始。必须按数据传送的次序写最先的8个寄存器。但是，当以多字节方式写RAM时，为了传送数据不必写
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所有31字节。不管是否写了全部31字节，所写的每一字节都将传送至RAM。
Vcc2 X1 X2 GND
1 2 3 4 8 7 6 5 Vcc1 SCLK I/O RST
Vcc1 Vcc2 GND I/O 电源 控制 实时时钟 输入移位寄存器 SCLK RST DATA BUS 32.768kHz X1 振荡器与分频器 X2
命令与 控制逻辑 31×8RAM 图 4.1 DS1302引脚及内部结构
表 4.1 DS1302引脚功能
引脚号 1 2,3 4 5 6 7 8
引脚名称 Vcc2 X1，X2 GND RST I/O SCLK Vcc1 功 能 主电源 振荡源，外界32.768kHz晶振 地线 复位/片选线 串行数据输入/输出端(双向) 串行数据输入端 后备电池 7 6 5 4 3 2 1 0 RAM 1 RAM A4 A3 A2 A1 A0 CK K 图 4.2 DS1302的控制字
DS1302共有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。其日历、时间寄存器及其控制字见表3.2，其中奇数为读操
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