2024年4月14日发(作者：)
设计报告
设计任务：
设计一个智能化万年历时钟电路，LED数码管作为电路的显示部
分，按钮开关作为调时部分，通过与单片机连接数码管动态显示年、
月、日、时、分、秒、星期、温度。并能准确计算闰年闰月的显示。
设计要求：
通过与单片机连接数码管动态显示年、月、日、时、分、秒、星
期等功能，并能准确计算闰年闰月的显示，三个个按钮连接P3.0、
P3.1、P3.2可以精确调整每一个时间数值，通过对所设计的万年历
时钟电路进行实验测试，达到了动态显示时间，随时调整时间等技术
所连线路和单片机接口仿真图如图3所示：
图3 仿真按键
4）温度采集部分 ：
DS18B20温度传感器，测温范围 －55℃～+125℃，固有测
温分辨率0.5℃。独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器
连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通
讯。DS18B20的采集数据通过DQ传入单片机，单片机读取数据后将
数据输出！如图所示
：
程序如下：
ReadOneChar(void)
{
unsigned char i=0;// 定义i用于循环
unsigned char dat = 0;// 读取的8位数据
for (i=8;i>0;i--)//8次循环
{
DQ = 0;// 拉低DQ总线开始读时序
dat>>=1;// dat左移一位
DQ = 1; //释放DQ总线
if(DQ)// 如果DQ=1，执dat|=0x80；（0x80即第7位为1，如果DQ为1，
即读取的数据为1，将dat的第7为置1，然后dat>>=1，循环8次结束，dat
即为读取的数据）
//DQ=0，就跳过
dat|=0x80;
Tdelay(4);// 延时以完成此次读时 序，之后再读下一数据
}
return(dat); 返回读取的dat
}
//写一个字节
WriteOneChar(unsigned char dat)
{
unsigned char i=0;//
for (i=8; i>0; i--)//
{
DQ = 0;//
DQ = dat&0x01;//
Tdelay(5);// 延时以完成此次读时序，之后再读下一数据
2
DQ = 1;//
dat>>=1;//
}
}
//读取温度
ReadTemperature(void)
{
unsigned char a=0;
unsigned char b=0;
unsigned int t=0;
float tt=0;//
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC);// 写指令，跳过ROM，
WriteOneChar(0x44);// 启动温度转换
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC);// 写指令，跳过ROM，
WriteOneChar(0xBE);// 写指令，读暂存存储器
a=ReadOneChar();//读低8位
b=ReadOneChar();//读高8位
t=b;//
t<<=8;//
t=t|a;//
tt=t*0.0625;//
t= tt*10+0.5;//
return(t); //获得0.01°C 的精度并返回
}
LED数码管的选择
LED数码管分为共阴和共阳两种，以利用STC89C51的P0口作为
LED显示的数据部分，以P2口的七个口作为显示部分的位选，通过
三八译码器和4-16译码器扩展为17位的位选分别接在一个四位数码
管和13个数码管的位选部分。详细电路图如图4-5所示：
3
程序如下：
P2=0xF0;
P0=L1;
delay(1); //yearh
P2=0xF1;
P0=L2;
delay(1); //yearh
if(cursor==8)
{
P2=0x1F|a;
P0=L17;
delay(1);
}
else
{
P2=0x1F;
P0=L17;
delay(1);
}//week
if(cursor==6)
4
{
P2=0xF2|a;
P0=L3;
delay(1);
}
else
{
P2=0xF2;
P0=L3;
delay(1);
} //yearl
if(cursor==6)
{
P2=0xF3|a;
P0=L4;delay(1);
}
else
{
P2=0xF3;
P0=L4;
delay(1);
} //yearl
if(cursor==5)
{
P2=0xF4|a;
P0=L5;
delay(1);
}
else
{
P2=0xF4;
P0=L5;
delay(1);
} //month
if(cursor==5)
{
P2=0xF5|a;
P0=L6;
delay(1);
}
else
{
P2=0xF5;
P0=L6;
5
delay(1);
} //month
if(cursor==4)
{
P2=0xF6|a;
P0=L7;
delay(1);
}
else
{
P2=0xF6;
P0=L7;
delay(1);
} //day
if(cursor==4)
{
P2=0xF7|a;
P0=L8;
delay(1);
}
else
{
P2=0xF7;
P0=L8;
delay(1);
} //day
P2=0xFF;
if(cursor==3)
{
P2=0xF8|a;
P0=L9;
delay(1);
}
else
{
P2=0xF8;
P0=L9;
delay(1);
} //hour
if(cursor==3)
{
P2=0xF9|a;
P0=L10;
delay(1);
6
}
else
{
P2=0xF9;
P0=L10;
delay(1);
} //hour
if(cursor==2)
{
P2=0xFA|a;
P0=L11;
delay(1);
}
else
{
P2=0xFA;
P0=L11;
delay(1);
} //min
if(cursor==2)
{
P2=0xFB|a;
P0=L12;
delay(1);
}
else
{
P2=0xFB;
P0=L12;
delay(1);
} //min
if(cursor==1)
{
P2=0xFC|a;
P0=L13;
delay(1);
}
else
{
P2=0xFC;
P0=L13;
delay(1);
} //sec
if(cursor==1)
7
{
P2=0xFD|a;
P0=L14;
delay(1);
}
else
{
P2=0xFD;
P0=L14;
delay(1);
} //sec
P2=0xFE;
P0=L15;
delay(1); //temp
P2=0x0F;
P0=L16;
delay(1); //temp
P2=0xFF;
}
图5 日期显示
仿真实验
整个电路仿真图如下图6所示所示：
8
图6 仿真电路图
实物的制作与调试
(1) 原理图的绘制与PCB的制作
(2) 原理图的绘制
(3) 在Protel99se中先新建一个工程，把所需要的元件载入
到文档里面。
(4) 按照所设计的电路画原理图
(5) 通过电气检查是否有错，并修改完善。
原理图如图7所示：
显示部分
9
图7 原理图
系统实现：
1、方案设计、方案比较
方案一：采用实时时钟芯片
实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时
功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需程序干预。计算机可
通过中断或查询方式读取数据进行显示，因此计时功能的实现无需占
用CPU的时间，程序简单。此外，实时时钟芯片多数带有锂电池做后
备电源，具备永不停止的计时功能；具有可编程方波输出功能，可用
做实时测控系统的采样信号等；有的实时时钟芯片内部还带有非易失
性RAM，可用来存放需长期保存但有时也需变更的数据。由于功能完
美，精度高，软件程序设计相对简单，且计时不占用CPU时间，因此，
在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。
方案二：软件控制
利用单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实
现时、分、秒的计时，该方案节省硬件成本，且能使设计者对单片机
的指令系统能有更深入的了解，从而掌握单片机应用技术MCS-51汇
编语言程序设计方法，因此，本系统设计采用此种软件控制方法来实
10
现时， STC89C51单片机是低功耗的具有4KB在线可编程FLASH存储
器的单片机。它与通用80C51系列单片机的指令第和引脚兼容。片内
的FLASH集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高
性能价格比的微控制器。它的功能强大，而且也较容易购买。
总结：所要实现的功能通过单片机编程就可以达到，不需要额外
的时钟芯片来增加成本，并使外围电路更加简单明了。
3、实验步骤
（1）、给电路通上电源， LED显示是否通电；
（2）、电路板上分别选择模式、+ 和 - 按键，可以对时间和日
期进行任意的调整，数码管分别显示日期和时间；调整模式按键按下
表示对时间开始进行调整，通过选位来确定所要调整的位置，分别可
以加和减。
（3）、用一个四位数码管和13个数码管，可显示时间和日期。
实验实物图如图11-12所示：
11
总结：经过测试，我所做的万年历相对稳定，并且能准确的计时
以及调整时间，经过这次试验懂得了仿真与实物是有差别的，也学会
了很多。
实验总结：
1、这次我的设计的任务是万年历时钟的设计，通过C51芯片程序控
制显示万年历。本次实验是设计一个智能化万年历时钟电路，LED数
码管作为电路的显示部分，按钮作为调整时间和日期部分，可任意的
对时间进行所需的调整，通过与单片机连接数码管动态显示年、月、
日、时、分、秒、星期、温度等功能，并能准确计算闰年闰月的显示。
2、我采用的是12MHZ的晶振，再通过一系列的计算从而实现万年历
时钟的基本功能。在实验调试过程中，出现了很多的问题，仿真时不
需要数码管驱动依然能够实现所需的功能，但实验时出现了数码管亮
度达不到要求的情况。我采用了以下方案来驱动数码管：
1） 74LS138和74HC154作为位选驱动；
2） 在P0口接的上拉电阻，在这个过程中又涉及了上拉电阻的
大小，开始用10K的电阻，因为电阻过大，使电流不能达
到要求，以至于不能增加数码管的亮度。最后我们换用1K
的上拉电阻，成功的实现了我们所要得到的结果，数码管
12
的亮度达到了所需的要求。
3、在做板过程中出现的线断路问题；通过万用表的检测一一排除和
焊接！
4、本次实验让自己对单片机的应用有了进一步的了解,对程序也有了
更深的体会！
元件清单
元件名称 数量
数码管 17 个
74HC138 1 个
74HC154 1 个
STC89C5 1 个
排阻 1 个
按钮 3 个
电阻 4 个
12M晶振 1 个
DS18B20 1 个
30P电容 2 个
附录 源程序如下所示:
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define DQ P3_7
#include
uint sec; 初始化秒
uint min=50;//初始化分钟
uint hour=9;// 初始化时
uint day=10;// 初始化天
uint month=6;// 初始化月
13
uint yearl=11;// 初始化年低位
uint yearh=20;// 初始化年高位
uint week=6;// 初始化星期
uint tcnt; // 定义tcnt变量
uint cursor=0;// 定义cursor变量
uchar a=0xff;定义a变量
uchar code
Seg[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共阴数码
显示码值
void delay(uint t)
{
uint i;
while(t--)
{for (i=0;i<125;i++);}
} //延时函数子函数
void Tdelay(unsigned int i)
{
while(i--);
}
void Kdelay()
{
uchar i,j;//定义I J 变量
for(i=100;i>0;i--)
for(j=248;j>0;j--);
}//延时
Init_DS18B20(void)
{
unsigned char x=0;
DQ = 1; //DQ复位
Tdelay(8); //稍做延时
DQ = 0; //单片机将DQ拉低
Tdelay(80); //精确延时，大于480us
DQ = 1; //拉高总线
Tdelay(14);
Tdelay(20);//延时
}
//读一个字节
ReadOneChar(void)
{
unsigned char i=0;// 定义i用于循环
unsigned char dat = 0;// 读取的8位数据
for (i=8;i>0;i--)//8次循环
{
14
DQ = 0;// 拉低DQ总线开始读时序
dat>>=1;// dat左移一位
DQ = 1; //释放DQ总线
if(DQ)// 如果DQ=1，执dat|=0x80；（0x80即第7位为1，如果DQ为1，
即读取的数据为1，将dat的第7为置1，然后dat>>=1，循环8次结束，dat
即为读取的数据）
//DQ=0，就跳过
dat|=0x80;
Tdelay(4);// 延时以完成此次读时 序，之后再读下一数据
}
return(dat); 返回读取的dat
}
//写一个字节
WriteOneChar(unsigned char dat)
{
unsigned char i=0;//
for (i=8; i>0; i--)//
{
DQ = 0;//
DQ = dat&0x01;//
Tdelay(5);// 延时以完成此次读时序，之后再读下一数据
DQ = 1;//
dat>>=1;//
}
}
//读取温度
ReadTemperature(void)
{
unsigned char a=0;
unsigned char b=0;
unsigned int t=0;
float tt=0;//
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC);// 写指令，跳过ROM，
WriteOneChar(0x44);// 启动温度转换
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC);// 写指令，跳过ROM，
WriteOneChar(0xBE);// 写指令，读暂存存储器
a=ReadOneChar();//读低8位
b=ReadOneChar();//读高8位
t=b;//
15
t<<=8;//
t=t|a;//
tt=t*0.0625;//
t= tt*10+0.5;//
return(t); //获得0.01°C 的精度并返回
}
void display(uchar L1,uchar L2,uchar L3,uchar L4,uchar L5,uchar
L6,uchar L7,uchar L8,uchar L9,uchar L10,uchar L11,uchar L12,uchar
L13,uchar L14,uchar L15,uchar L16,uchar L17)
/***********动态显示数码管的时间**************/
{
P2=0xF0;
P0=L1;
delay(1); //yearh
P2=0xF1;
P0=L2;
delay(1); //yearh
if(cursor==8)
{
P2=0x1F|a;
P0=L17;
delay(1);
}
else
{
P2=0x1F;
P0=L17;
delay(1);
}//week
if(cursor==6)
{
P2=0xF2|a;
P0=L3;
delay(1);
}
else
{
P2=0xF2;
P0=L3;
delay(1);
} //yearl
if(cursor==6)
{
16
P2=0xF3|a;
P0=L4;delay(1);
}
else
{
P2=0xF3;
P0=L4;
delay(1);
} //yearl
if(cursor==5)
{
P2=0xF4|a;
P0=L5;
delay(1);
}
else
{
P2=0xF4;
P0=L5;
delay(1);
} //month
if(cursor==5)
{
P2=0xF5|a;
P0=L6;
delay(1);
}
else
{
P2=0xF5;
P0=L6;
delay(1);
} //month
if(cursor==4)
{
P2=0xF6|a;
P0=L7;
delay(1);
}
else
{
P2=0xF6;
P0=L7;
delay(1);
17
} //day
if(cursor==4)
{
P2=0xF7|a;
P0=L8;
delay(1);
}
else
{
P2=0xF7;
P0=L8;
delay(1);
} //day
P2=0xFF;
if(cursor==3)
{
P2=0xF8|a;
P0=L9;
delay(1);
}
else
{
P2=0xF8;
P0=L9;
delay(1);
} //hour
if(cursor==3)
{
P2=0xF9|a;
P0=L10;
delay(1);
}
else
{
P2=0xF9;
P0=L10;
delay(1);
} //hour
if(cursor==2)
{
P2=0xFA|a;
P0=L11;
delay(1);
}
18
else
{
P2=0xFA;
P0=L11;
delay(1);
} //min
if(cursor==2)
{
P2=0xFB|a;
P0=L12;
delay(1);
}
else
{
P2=0xFB;
P0=L12;
delay(1);
} //min
if(cursor==1)
{
P2=0xFC|a;
P0=L13;
delay(1);
}
else
{
P2=0xFC;
P0=L13;
delay(1);
} //sec
if(cursor==1)
{
P2=0xFD|a;
P0=L14;
delay(1);
}
else
{
P2=0xFD;
P0=L14;
delay(1);
} //sec
P2=0xFE;
P0=L15;
19
delay(1); //temp
P2=0x0F;
P0=L16;
delay(1); //temp
P2=0xFF;
}
main()
{
uint i;
TMOD=0x02; //设置模式为定时器T0的模式2 （8位自动
重装计数初值的计数值）
TH0=0x06; //设置计数器初值，靠TH0存储重装的计数
值X0=256-250=6
TL0=0x06;
TR0=1; //启动T0
ET0=1; //开启定时器T0中断允许
EA=1; //开启中断总控制
while(1)
{
P3_0=1;
if(P3_0==0){
delay(10);
if(P3_0==0)//如果按键被按下
{
Kdelay();
if(P3_0==0)//确定按键按下
{
while(P3_0==0); // 等待按键放开
cursor++;
if(cursor>=9){cursor=0;}//如果cursor大于9则
cursor=0
if(P1_0==0){cursor=0;}
} }
}
P3_1=1;
if(P3_1==0){
delay(10);
if(P3_1==0) //如果按键被按下
{
Kdelay();
if(P3_1==0) //确定按键按下
{
if(cursor==1)
20
{
sec++;//如果cursor=1则按键按下秒数加一
if(sec==60)
sec=0;//如果秒数等于60秒则回到0开始
}
if(cursor==2)
{
min++;//如果cursor=2则按键按下分数加一
if(min==60)
min=0; 如果分数等于60分则回到0开始
}
if(cursor==3)
{
hour++;//如果cursor=3则按键按下时数加一
if(hour==24)
hour=0; //如果时数等于24时则回到0开始
}
if(cursor==4)
{
day++;//如果cursor=4则按键按下天数加一
if(day==31)
day=0; //如果天数等于31天则回到0开始
}
if(cursor==5)
{
month++;//如果cursor=5则按键按下月数加一
if(month==13)
month=0; //如果月数等于13月则回到0开始
}
if(cursor==6)
{
yearl++;//如果cursor=6则按键按下年数低位加一
if(yearl==100)
yearl=0; //如果年数等于100则回到0开始
}
if(cursor==7)
{
yearh++;//如果cursor=7则按键按下年数高位加一
if(yearh==30)
yearh=20; //如果年数大于30则回到0开始
}
21
if(cursor==8)
{
week++;//如果cursor=8则按键按下星期数加一
if(week==8)
week=1; //如果星期数等于8则回到0开始
}
}
while(P3_1==0);}
}
P3_2=1; //写入时先写1
if(P3_2==0){//按键按下
delay(10);//延时10个毫秒
if(P3_2==0)//确定按键按下
{
Kdelay();
if(P3_2==0)
{
if(cursor==1)
{
sec--;//如果cursor=1则按键按下秒数减一
if(sec==0)
sec=59; //如果秒数小于0则回到59开始
}
if(cursor==2)
{
min--;//如果cursor=2则按键按下分数减一
if(min==0)
min=59; //如果分数小于0则回到59开始
}
if(cursor==3)
{
hour--;//如果cursor=3则按键按下时数减一
if(hour==0)
hour=23; //如果时数小于0则回到23开始
}
if(cursor==4)
{
day--;//如果cursor=4则按键按下天数减一
if(day==0)
day=31; //如果天数小于0则回到31开始
}
if(cursor==5)
{
month--;//如果cursor=5则按键按下月数减一
22
if(month==0)
month=12; //如果月数小于0则回到12开始
}
if(cursor==6)
{
yearl--;//如果cursor=6则按键按下年的低位数减一
if(yearl==0)
yearl=99; //如果年数小于0则回到99开始
}
if(cursor==7)
{
yearh--;//如果cursor=7则按键按下年的高位数减一
if(yearh==20)
yearh=30; //如果年数小于0则回到30开始
}
if(cursor==8)
{
week--;//如果cursor=8则按键按下秒星期减一
if(week==0)
week=7; //如果星期数小于0则回到7开始
}
while(P3_2==0);
}
}
}
i=ReadTemperature();
display(Seg[yearh/10],Seg[yearh%10],Seg[yearl/10],Seg[yearl%10],Seg[
month/10],Seg[month%10],Seg[day/10],Seg[day%10],Seg[hour/10],Seg[hou
r%10],Seg[min/10],Seg[min%10],Seg[sec/10],Seg[sec%10],Seg[i/100],Seg
[i/10%10],Seg[week%10]); // 数据显示
}
}
void t0(void)interrupt 1 using 0 //t0的中断程序
{
tcnt++;
if(tcnt==4000)//定时器的定时计数，4000次250us为1秒
{
tcnt=0;
sec++;
if(sec==60)
{
sec=0; 秒计到60时清0
23
min++;//分数加一
if(min==60)
{
min=0; //分数计到60时清0
hour++; //时数加一
if(hour==24)
{
hour=0;时数计到24时 回到0开始
day++;week++;天数和星期加一
if(month==2&&((yearl==0&&yearh%4==0)||(yearl!=0&&yearl%4==0))&&day==
30)day=1;
else if(month==2&&day==29)day=1;
else
if((month==4||month==6||month==9||month==11)&&day==31)day=1; // 判断
闰年
else if(day==32)day=1;//天计到32时清1
if(day==1)
{
month++;//月数加一
if(month==13)
{
month=1;// 月数计到1时清1
yearl++;//年的低位加一
if(yearl==100)
{
yearl=0;//年低位数计到100时清0
yearh++;//高位加一
if(yearh==100)//如果高位年数计到100
{
yearh=20;//高位年数回到20
}
}
}
}
}
}
}
}
}
24
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