实时日历时钟显示系统的设计(论文+翻译)

摘  要
本论文详细地论述了以单片机为处理器的日历时钟显示系统的硬件、软件设计以及系统编程的问题。此系统以ATMEL公司生产的AT89C52 单片机为核心，
由时钟芯片，键盘调时，译码电路，数码管驱动及显示电路等构成。
硬件方面：日历时钟的信息来源于DALLDS 公司推出的低功耗时钟芯片DS1302。时钟芯片与单片机通过I2C总线协议进行通信。键盘是由4个按键组成，由软件实现调时功能；译码电路选用的是74LS47完成把二进制BCD码译为7数码管段码的功能；显示电路则采用了LED显示块，由74LS138译码器对数码管进行驱动。软件设计采用的是C51高级语言。主要的程序有：时钟芯片驱动程序，键盘调时程序，数码管显示及驱动程序，控制子程序等。
本设计实现如下功能：日历时钟的6位LED数码管显示；时间信息的调控，数码管初始时间显示的是小时.分钟.秒，可以通过键盘调节显示时间为当前准确的时间数据。
关键词：单片机； 时钟芯片； LED显示器； I2C总线

Abstract
The hardware layout and software development for single chip microprocessor clock calendar display system programming are presented in detail in this paper. Based on the ATMEL  company’s AT89C52 single chip microprocessor,the  whole system consists of clock chip, keyboard transfer, Decoding circuit, digital control and display drive circuit components.
Hardware : Calendar Clock DALLDS information from the company introduced a low-power clock DS1302. Clock chip microcontroller through the I2C bus protocol for communication. The keyboard is from the four key components from the software when the transfer function; Decoding circuit uses the 74LS47 completed  BCD translated into binary digital 7 of the code of the function; Display Circuit has adopted the LED display pieces from 74LS138 digital decoder pair of tube-driven. Software design using the C51 high-level language. The main procedures : Clock Chip Driver, keyboard transfer procedures at the digital display and control drivers, such as control subroutine.
The Design and Implementation of the following functions : Calendar Clock six of the digital LED display; Time information to the regulation, Digital time of the initial show the hours. Minutes and seconds which can be adjusted by the keyboard to show that the current accurate timing data.
Key words : SCM;  Clock chip;  LED display;  I2C Bus

设计一个日历时钟显示系统，完成对日历时钟的显示，以及在正常工作情况下随时可进行调时，调分，调秒和日期的设置；要求所设计的实时日历时钟系统具有以下功能：可以对每月天数进行调整。时钟运行的是24小时制。其中调时功能通过按键实现。
课题需要完成单片机与时钟芯片之间的通信，以及单片机对调时键盘的扫描，以及控制显示电路进行时间显示功能。

随着生活水平的提高，人们越来越追求人性化的事物，传统的时钟已不能满足人们的需求。现代的实时时钟不仅需要数字电路技术而且需要模拟电路技术和单片机技术，增加了调时的功能。其电路可以由实时时钟模块、人机接口模块、数码管显示模块等部分组成。利用软件编程尽量做到硬件电路简单稳定，减小电磁干扰和其他环境干扰，充分发挥软件编程的优点，减小因元器件精度不够引起的误差，但是数字钟还是可以改进和提高如选用更精密的元器件。但与机械式时钟相比已经具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。
本课题研究的主要目的就是设计一个基于单片机的日历时钟系统。能够准确的显示出当前的时间信息。当时间显示不准确时调整出准确的时间信息即可。

时钟系统的硬件设计
    日历时钟系统主要包括硬件和软件两部分。重点就是各部分硬件的连接设计以及程序的编写。本章讲述的就是系统硬件的设计，其中包括各模块的器件选择和电路设计。下面详细介绍了时钟芯片的选择，单片机的选择，数码管显示电路，键盘接口电路和数码管驱动电路的设计。
第一节  DS1302的结构及工作原理
DS1302的工作电压宽达2.5~5.5V，采用3线接口与CPU同步通信，并可采用突发方式依次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。其内部有一个31x8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品。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。

软件模块设计
目前存在4种编程语言支持单片机，既汇编语言，PL/M语言，C语言和BASIC语言。其中汇编语言和C语言运用的比较广泛，结合本系统的特点，这里选用了功能强，效率高的C51高级语言。C51语言主要有以下特点：寄存器分配，不同存储器的寻址及数据类型可由编译器管理；程序有规范的结构，可分为不同的函数，这种方式可使程序结构化；编程及程序调试时间显著缩短，从而缩短开发周期，提高作用效率；提供的库包含许多子程序，具有较强的数据处理能力。
系统程序设计中采用了流行的模块编程方法，每一个功能程序模块都能完成某一明确的任务，实现具体的某个功能，如单片机与时钟芯片的信息转换，数码管显示，键盘等。实际的应用程序一般由一个主程序和多个子程序构成。采用模块化的程序设计方法有以下优点：单个模块结构的程序功能单一，因而易于编写，调试和修改：便于分工，可由多个程序员同时进行编写调试；程序可读性好，便于功能扩充和版本升级；程序的修改可局部进行，使用频繁的子程序可以汇编成子程序库，以便于多个模块调用等。

毕业设计（论文）应完成的主要工作：
通过实现时钟芯片与单片机的连接，单片机与数码管及外围电路的连接，焊接硬件，能够在启动时钟的情况下实现实时日历时钟的计时，及在数码管上显示日历时钟，假如时间不对，就通过键盘调节达到调时的目的。最后按要求写出毕业设计的论文文档，以及软、硬件的实现过程，设计的各个方面使使用者方便掌握，论文能通俗易懂。

目    录
前  言 1
第一章  绪 论 2
第一节  日历时钟设计方案 2
第二节 控制器的应用 2
第二章  时钟系统的硬件设计 3
第一节  DS1302的结构及工作原理 3
一  引脚功能表及内部结构 3
二  DS1302的控制字节 4
三  DS1302的复位 4
四  数据输入输出 4
(优秀毕业设计 www.2bysj.cn)
五  DS1302的寄存器 5
第二节  控制芯片的选择 5
一  AT89C52单片机性能与特点 6
二  单片机的内部结构 6
三  AT89C52引脚的功能说明 7
四  功能模块 8
五  存储器的配置 9
第三节  时钟电路设计 9
一  时钟芯片通信电路 10
二  键盘调时电路设计 11
三  显示模块的电路设计 12
四  硬件总电路设计 17
第三章  软件模块设计 18
第一节  主程序设计 18
第二节  时钟芯片初始化 19
第三节  日历时钟的数据通信 20
一  I2C总线的工作原理 20
二  I2C总线的通信时序 21
第四节  显示程序设计 23
第五节   键盘调时程序 23
第四章 硬件组装与调试 25
第一节  硬件调试 25
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一  工艺系性故障 25
二  电路设计错误 25
第二节  软件调试 25
结  论 26
致  谢 27
参考文献 28
附录：源程序代码 29

毕业设计（论文）主要参考资料：
[1] 闫石主编. 数字电子技术基础. 第四版. 北京:高等教育出版社, 1998.
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[4] 杨将新等.单片机程序设计及应用从基础到实践. 北京:电子工业出版社, 2006.191-200
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[7] 李光飞,楼然苗,胡佳文编著.单片机课程设计实例指导.北京:北京航空航天大学出版社, 2004.
[8] 李朝青主编.pc机及单片机数据通信技术,北京:北京航空航天大学出版社出版发行, 2002.12.
[9] 高吉祥主编. 电子技术基础实验与课程设计.北京:电子工业出版社. 2002.
[10] 黄仁欣主编. 单片机原理及应用技术. 北京： 清华大学出版社.  2005.
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