基于单片机的电子万年历的设计与Multisim仿真

摘要：本文介绍了一种基于单片机的电子日历的设计并使用Multisim软件进行仿真。 纸质日历已经存在并用于手工记录日期。 现在电子日历已经优于纸质日历。现在，每一个电子设备都集成了电子日历，使用户可以随时随地记录时间和日期。本文将使读者通过模拟仿真了解电子日历的基本设计。系统设计分为电源、8051控制系统、按键设置、时钟模块、数字时钟显示五个模块。 表示时间、日期、月份和年份的数字用汇编语言编写并测试。 仿真系统显示年、月、周、每日的准确时间。8051单片机控制每个单元，通过七段显示给用户。

关键词：8051单片机，EPROM，汇编器，编程机，锁存器，解码器，七段显示，led，晶体管，电阻。

1. 引言

基于单片机的电子万年历（MBEC）是一个能为用户提供准确时间日期的系统。本系统的控制单元是8051单片机，通过它控制其它单元一个为8051提供时钟的振荡器是外部接口的，其工作频率为10.2兆赫。该系统分为不同的单元，都是实时工作的，以确保其准确性和效率。系统的每个子单元都由8051单片机控制，并由一系列指令控制其性能。使用的每个编码数字都以十六进制形式生成，并存储在可擦除可编程的只读存储器（EPROM）中。由集成电路构成的功能单元具有良好的接口，使其具有良好的工作能力。系统架构框图如图1所示。

8051微处理器控制系统

5V电源

按键模块

数字时钟显示模块

日 一 二 三 四 五 六

日 月 年

图1 8051电子万年历系统架构框图

这项工作的主要目的是带有12小时制显示的数字时钟的电子日历的设计和仿真。 用户可以设置任意一天的任意时间。 7段LED数码管将用于时间和日期。

8051微控制器

8051微控制器集成了微处理器的所有功能。单片机内置只读存储器、随机存取存储器、输入输出口、串口、定时器、中断和时钟电路。微控制器是用单个芯片制造的完整的计算机，通常是嵌入式开发中的专用设备。引脚配置如图2所示。

图2 8051微控制器引脚图

1. 相关工作

相关研究工作不限于：

a. Pravada P.Wankhade和S.O.Dahad教授（2011）使用GSM和GPS技术的实时车辆锁定和跟踪系统设计和开发的防盗系统，用于防止/控制车辆盗窃。开发的系统采用了基于全球移动通信系统（GSM）技术的嵌入式系统。

b.刘一军，李振坤（2009），设计并编程高性能嵌入式处理多处理器平台，从硬件和软件两方面解决了支持非对称多处理器（AMP）环境中并行化的问题，包括缓存一致性、信号量和嵌入式软件编程。

c.Rifat Shahriyar、Enamul Hoque、S.M.Sohan、IFtekhar Naim、MD.Mostafa Akbar和Masud Karim Khan（2008）使用移动电话远程控制家用电器，引入了一种新的机制，使移动电话的普通服务能够被用来与家用电器进行通信和控制，使我们的家庭真正变得智能化。

1. 技术方案

MCBEC的设计与仿真流程图如图3所示。

LED灯

LED灯

7段数码管

三极管

74LS244

74LS154

74LS245

日期设置

年月日显示

数字时钟

复位

10.25MHz

74LS573

8051控制系统

27128

8051

稳压

滤波

整流

电阻

按键

电源

电子万年历

降压

图3 MCBEC的设计与仿真流程图

MCBEC系统包括五个功能单元。所采用的系统设计和仿真方法是自上而下的层次结构。本设计主要关注系统的模块集成和接口。系统架构具有不同的集成单元，每个单元需要输入来生成所需的输出。

A.电源单元

电源是为设计中使用的所有芯片和组件供电的设备。该系统需要一个 5V直流电源作为8051微控制器单元、集成电路和七段显示器的工作电压。这是设计制作 5V直流电源的不同阶段。

1)变压器

变压器是一种电磁装置，它接受交流电压和电流，当插入220-240交流电(AC)干线时，将电压降至所需的值。使用降压变压器是因为与220V电源相比，供电电路所需的电压非常小。采用12V/500mA常规降压变压器，从220V交流中降到12V。

2)整流

整流将交流电压转换为直流电压，并使用全桥接二极管实现。 桥式整流产生全波，用于获得正电压控制电路(VCC)和负接地(GND)极化。

3)滤波

整流后留下的直流噪声信号用电解电容进行滤波，使其在电路中完全消除。 所使用的电容器的值取决于输出时出现的波纹和电流的大小。电容值越高，波纹越小。电容器的额定电压必须大于变压器的电压，以避免高电压造成损坏。

4)稳压

此阶段根据所需电压将输入电压调节为恒定电压。由于晶体管需要 5伏的电压，所以使用的三端集成电路（IC）稳压器是7805。仿真电路图如图4所示。

图4 直流电源模块

B.电源模块是如何工作的?

当交流电源线插入230V市电电压(尼日利亚交流额定电压)并打开电源开关(Ps1)时，电压转移到变压器主线圈。变压器将电压从230V降至12V。为了将12V交流电转换成12V直流电，需要进行整流，其中包括全桥接二极管。 此时，变压器二次线圈产生的信号具有一定的波纹。需要过滤去除波纹，并使用电解电容器来实现这一点。另外，由于集成电路需要 5V直流电源，所以使用了7805稳压器来维持电路稳定的正电压。

C.带存储器的微控制器接口

微控制器接口由8051、74LS373和EPROM 27128三个部分组成。

1)8051ensp;IC接口

8051使用书面指令的顺序控制电路板内发生的所有活动。

2)74LS373锁存器接口

锁存器驱动连接8051和可擦除可编程只读存储器(EPROMensp;27128)。 当8051请求从EPROMensp;27128发送/接收具有指定地址的数据时，它从8051的数据线(D0-D7)解复用较低的地址行(A0-A7)。

3)EPROMensp;27128接口

EPROMensp;27128用于存储8051在处理和执行期间需要的汇编语言或c语言编写的代码。一些8051有内置内存，如果内部内存空间不够容纳程序，可外接其他存储器。

D.8051如何与EPROMensp;27128通信

8051发送存储器的位地址，例如0AFH，因为它在地址总线A0到A15上有16位地址线；从ALE的选通逻辑1，以便锁存器进从数据线D0-D7解复用出地址线A0-A7。此外，8051从PSEN（称为程序存储启用）选通逻辑0，读取位于EPROM中的数据(由微控制器发送的地址指向)。数据O0-O7通过数据总线送回8051。当到达8051时，它首先进行解码，这个过程一直持续到电源被切断。当需要重新启动8051时，使用按键进行复位。按下按键后，8051重置地址00h并重启。10.25兆赫晶体振荡器位于引脚18和19上，用于为8051提供时钟脉冲，如图5所示。

图5 8051与EPROM 27128接口电路

E.数字时钟

该模块分为四个阶段：缓冲器（74LS245与74LS244）、4/16译码器/解复用器（74LS154）、PNP晶体管（BC327）和七段数码管显示（共阳极）。

1)由于8051产生的电流不足以驱动使用的发光二极管，需要放大才能点亮所有七段显示器。74LS245和74LS244用于放大电流，以点亮如图6所示的SSD。

图6 数字时钟与缓冲器接口

2)解码器阶段：该阶段对输入行A0-A3进行解码，选择对应位的输出行。

3)晶体管级：该级在触发时打开七段显示。在晶体管的帮助下，8051可以选择任何七段显示(SSD)设备和显示数字。有16个晶体管用作开关。

4)七段显示（SSD公共阳极）：该组件用于以用户可以理解的形式显示数字编号。此外，所连接的电阻还用于减弱进入放在其后面的任何元件（负载）的电流。有了电阻，LED和SSD的运行模式得到了保证。它们会亮几个小时而不会被损坏。

F.数字时钟模块的工作原理

当电路打开时，四个ssd上的第一个显示器将是01:00(程序默认时间设定值)。 01表示小时，(:)表示秒，00表示分钟，表示下午1点。开关一接通，第二个（：）就开始计数。 提供给用户一个软按钮，如果时间不正确，可以随时设置正确的时间。 它遵循我们的时间计数过程，并且输出可以在SSD上看到。 数字的数据由存储在EPROM中通过8051(P1.0-P1.7)发送。根据图6所示的指令和模拟图，逐步执行。

G.日期、月份和年份显示

本模块包含8个七段式显示屏和8个PNP晶体管。如图7所示，缓冲器、译码器、电阻等器件在设计和仿真环境中得到了合理的显示。

图7 时间显示模块

H.显示模块工作原理

当系统打开时，第一个显示将是01:01:2014，用户可以使用提供的select和set按钮选择并设置为当前日期。 它每天以数字显示日期、月份和年份。根据格式，新的日期会立即在午夜12点整改变。并考虑每四年闰年一次，确保2月份的日期从1到29，而不是从1到28，如图7所示。

I.星期

它包括7个发光二极管（LED），代表星期天到星期六。缓冲器、译码器、晶体管和电阻器也用于设计，以实现所需的输出。

J星期指示模块工作原理

当系统打开时，显示星期的LED将亮起，并可设置特定日期。每天，负责这一天的LED灯都会亮起并一直亮到那一天的时间过去。然后，第二天到来时，它显示第二天是星期几。这个过程一直持续到系统关闭。仿真图如图8所示。

图8 星期指示模块

K.按键设置模块

该模块包括两部分：选择和设置按键，还有日期，月份，年份，小时，分钟的LED指示灯。两个按键用于根据用户需要设置任意数字。按下任何按键都会中断8051，必须在中断正常运行之前为其提供服务。

L. 按键设置模块工作原理

按键用于设置初值，使所选设备能够作为用户所需的输入/起始点工作。设置完成后，8051将获取新的输入值并从该值开始计时。仿真图如图9所示。

图9 按键设置模块

1. 结果与讨论

MCBEC的设计和仿真是使用由国家仪器公司首创的名为电路设计套件（multisim）的电子设计模拟软件进行的。首先，对电源模块进行了设计和仿真，保证了 5V直流输出的准确性。其次，设计了8051单片机的锁存器与存储器接口，并与电源相连，进行了测试。第三，对数字时钟显示的程序模块进行了逐步的编写和测试。秒钟，分钟，小时和星期的七段数码管显示都进行了编程和精度测试。测试期间发现的所有错误都已纠正。编写并测试中断系统并使其传输控制的程序。还将检查与此模块协同工作的其他模块，以确保成功实现预期结果。从模拟显示屏上显示的数字时钟、日期、月份和年份开始，实现了预期结果。日期、月份和年份每24小时显示一次，这是规范中预期的。周日至周六的指示灯相应亮起。选择和设置按键正确执行其功能。从而达到了所需的实际效果。

1. 结论

基于单片机的电子万年历是一种帮助个人、公司等各级知晓时间、日期、月份和年份的设备。它由电源、8051控制系统、按键设置、时钟模块、数字时钟显示五个模块组成。每个模块在电路中都要扮演角色，以确保达到目标。对该工作的各个关键模块进行了详细的设计和仿真。设计好每个关键模块后，用汇编语言编写程序并进行测试，以确保模块对显示面板上所需的输出做出响应。

1. 致谢

我要对上帝使这篇论文成为现实表示最深切的感谢。感谢我优秀的导师Okaforensp;Eric教授的建议和纠正。特别感谢我的家人在整个研究工作中给予我的精神和经济上的支持。此外，对IJETT的编辑们来说，他们为我准备好了这个精彩的模板，感谢他们在参与期刊论文撰写时的承诺和迅速回应。

微机发展简史

于2004年2月5日发表于剑桥电气工程师学会

莫里斯威尔克斯

剑桥大学计算机实验室

第一台存储程序的计算开始出现于1950前后，它就是1949年夏天在剑桥大学，我们创造的延迟存储自动电子计算机（EDSAC）。

最初实验用的计算机是由像我一样有着广博知识的人制造的。我们在电子工程方面都有着丰富的经验，并且我们深信这些经验对我们大有裨益。后来，被证明是正确的，尽管我们也要学习很多新东西。最重要的是瞬态一定要谨慎应付，虽然它可能在电视机的荧幕上是一个无害的闪光，但是在计算机上这将导致一系列的错误。

在电路的设计过程中，我们经常陷入两难的境地。举例来说，我可以使用真空二级管作为门电路，就像在EDSAC中一样，或者在两个栅格之间用带控制信号的五级管，这被广泛用于其他系统设计，这类的选择一直在持续着直到逻辑门电路开始应用。在计算机领域工作的人都应该记得TTL，ECL和CMOS，到目前为止，CMOS已经占据了主导地位。

在最初的几年，IEE（电子工程师协会）

资料编号：[4782]