基于51單片機設(shè)計的多功能數(shù)字時鐘

1、. . . . 基于51單片機多功能數(shù)字時鐘：波 學(xué)號：011051201 系統(tǒng)設(shè)計1.1 設(shè)計要求設(shè)計制作一個24小時制多功能數(shù)字鐘。1.1.1 主要性能指標(biāo)1、數(shù)字顯示年、月、周、日、時、分、秒。1.1.2 創(chuàng)意部分要求準(zhǔn)確的進行年、月、周、日、時、分、秒的轉(zhuǎn)換，切換兩種顯示模式。1.2 總體設(shè)計方案1.2.1 概述與設(shè)計思路該設(shè)計方案是以MC51單片機為核心，采用LCD液晶屏幕顯示系統(tǒng)，溫度采集模塊、日期提醒、鍵盤時間調(diào)整預(yù)設(shè)置等模塊，所構(gòu)建的數(shù)字時鐘系統(tǒng)，能動態(tài)顯示實時時鐘的時、分、秒，數(shù)據(jù)顯示(誤差限制在30每天)。1.2.2 方案論證（1）時鐘模塊方案一采用單片機置定時/計數(shù)器。它

2、的處理過程主要是先設(shè)定單片機部定時/計數(shù)器的工作方式，對機器周期計數(shù)確定基準(zhǔn)時間，然后用另外一個定時器軟件計數(shù)的方法對基準(zhǔn)時間形成秒，秒計60次形成分，分計60次形成小時。依此類推，獲取日期也是采用一樣的方法。該方案在具體實現(xiàn)過程中，計時存在較大的誤差。如果晶振受到其他外界信號干擾，或者基準(zhǔn)時間計算不準(zhǔn)確，都會導(dǎo)致時間顯示錯誤。方案二采用555多諧振蕩器。由555定時器組成一個多諧振蕩器，產(chǎn)生周期為100HZ的脈沖，然后經(jīng)過兩個74LS160組成的分頻器得到1HZ的秒脈沖。多諧振蕩器的穩(wěn)定度與頻率的準(zhǔn)確度決定了數(shù)字鐘計時的準(zhǔn)確程度，通常選用成品晶振構(gòu)成振蕩器電路。計時精度取決于振蕩器的頻率，振

3、蕩器頻率越高計時精度越高。方案三采用DS1302時鐘芯片。DS1302是一種高性能、超低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過串行接口與單片機進行通信。實時時鐘提供秒、分、時、日、星期、月、年的信息，每個月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM標(biāo)志位決定采用24或12小時時間格式。芯片部集成備用電源，當(dāng)外圍電路電路有電源供應(yīng)的時候，備用電源充電儲能。當(dāng)外圍電路掉電時，DS1302芯片工作在休眠狀態(tài)，以備用電源供電。當(dāng)外圍電路再次供電，即可喚醒休眠進入正常工作狀態(tài)，顯示時間無任何異常。該系統(tǒng)設(shè)計中，采用方案三。（2）數(shù)據(jù)顯示方案一采用LED數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。LED數(shù)碼

4、管是由若干個發(fā)光二極管組成的顯示字段的顯示器件，當(dāng)數(shù)碼管中的某個發(fā)光二極管導(dǎo)通的時候，相應(yīng)的一個字段便發(fā)光，不導(dǎo)通則不發(fā)光。一般來說，LED數(shù)碼管的控制可分為段選控制和位選控制。段選是LED所顯示的字段，如：a，b，c，d，e，f，g，dp,當(dāng)a，b，c同時點亮?xí)r顯示數(shù)字7；當(dāng)a，b，d，e，g同時點亮?xí)r顯示數(shù)字2。位選則是顯示該數(shù)字的位。根據(jù)以上控制原理，可實現(xiàn)對時間和溫度的顯示。方案二采用LCD1602液晶屏顯示數(shù)據(jù)。液晶屏的應(yīng)用非常廣泛，比如日常生活中的手表、時鐘、計算器、儀器儀表、家電、醫(yī)療器械、車船儀表、聲象設(shè)備文體用品、通訊設(shè)備視頻圖像顯示和大畫面顯示等等。LCD1602 液晶模塊

5、的讀寫操作，屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。 如清除顯示指令 01H，光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置 ；光標(biāo)復(fù)位指令00H，光標(biāo)返回到地址。LCD1602液晶屏具有字符發(fā)生器，可以直觀的顯示漢字、圖形、字符，并且顯示容量大，進行數(shù)據(jù)的實時顯示簡單方便。該系統(tǒng)設(shè)計中，需要顯示的數(shù)據(jù)比較多。如果使用LED數(shù)碼管，那么就要用分屏切換來顯示數(shù)據(jù)，那樣既不直觀又不方便，并且對單片機的I/O口開銷比較大。若使用LCD液晶屏顯示數(shù)據(jù)，則不需要分屏切換，而且還節(jié)省了I/O資源。因此，采用方案二。2 系統(tǒng)組成與工作原理2.1 系統(tǒng)框圖與工作原理AT89S51鍵盤輸入LCD 液晶顯示DS18B02DS13

6、02圖2-1 系統(tǒng)框架圖工作原理：本設(shè)計采用STC89C51單片機作為本次課程設(shè)計的控制模塊。單片機可把由DS18B20、DS1302中的數(shù)據(jù)利用軟件來進行處理，從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊，實現(xiàn)溫度、日歷的顯示。以LCD液晶顯示器為顯示模塊，把單片機傳來的的數(shù)據(jù)顯示出來，并且顯示多樣化，在顯示電路中，主要靠按鍵來實現(xiàn)各種顯示要求的選擇與切換。2.2 單元電路設(shè)計2.2.1 MC-51單片機89S51各引腳功能介紹：VCC：89S51 電源正端輸入，接+5V。VSS：電源地端。XTAL1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計上只要在 XTAL1 和

7、XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機。EA/Vpp："EA"為英文"External Access"的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來執(zhí)行程序。因此在8031與8032中，EA引腳必須接低電平，因為其部無程序存儲器空間。如果是使用 8752 部程序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751部EPROM時，可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓（Vp

8、p）。ALE/PROG：端口3的管腳設(shè)置：P3.0：RXD，串行通信輸入。P3.1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，計時計數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計時計數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。2.2.2 復(fù)位電路MCS-51單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到部復(fù)位操作所需要的信號。上電復(fù)位：上電復(fù)位

9、電路是種簡單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個電容到VCC，接一個電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時，復(fù)位電路通過電容加到RST復(fù)位引腳一個短暫的高電平信號，這個復(fù)位信號隨著VCC對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。圖2-2-2 復(fù)位電路2.2.3 時鐘電路時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率

10、直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是部時鐘方式（如圖3-3所示）。MCS-51單片機部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。圖2-2-3 時鐘電路2.2.4 顯示電路采用LCD顯示，LCD顯示具有豐富多樣性，靈活性，電路簡單、易于控制而且功耗小，對于信息量多的系統(tǒng)，是比較適合的,LCD液晶顯示模塊采用LCD1602型號，具有很低的功耗，正常工作室電流

11、僅2.0mA/5.0V。通過編程實現(xiàn)總動關(guān)閉屏幕能夠更有效地降低功耗。LCD1602分兩行顯示，每行可現(xiàn)實多達16個字符，其部的字符發(fā)生器已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，通過部指令可實現(xiàn)對其顯示多樣的控制。LCD1602的特性： +5V電壓，對比度可調(diào) 含復(fù)位電路 提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能 有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM 建有160個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM 8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM圖2-2-4 顯示電路圖2.2.5 按鍵電路按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的I/O端口

12、形成一個負脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖動持續(xù)時間的常長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般在5-10ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動。本文采用的是獨立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。P2.2口表示功能移位鍵，按鍵選擇要調(diào)整的時十位、時個位、分十位或分個位。 P2.1口表示數(shù)字“+“鍵，按一下則對應(yīng)的數(shù)字加1。P2.0口表示數(shù)字“-”鍵，按一下則對應(yīng)的數(shù)字減1。 圖 2-2-5 按鍵控制模塊 P2.3口表示時間表的切

13、換，程序默認為日常時間表，當(dāng)按下該開關(guān)，使輸入為低電平時，表示當(dāng)前執(zhí)行的是溫度顯示。再按鍵，使鍵抬起，輸入維高電平時，表示當(dāng)前執(zhí)行的是日常作息時間表。3 軟件設(shè)計3.1 程序流程圖開始系統(tǒng)初始化調(diào)用DS1302子程序調(diào)用DS18B20子程序調(diào)用LCD液晶子程序數(shù)據(jù)顯示3.2 系統(tǒng)程序#include <AT89X51.h>#include <string.h>#include<intrins.h>#define LCM_RS P1_3 /定義引腳#define LCM_RW P1_4#define LCM_E P1_5#define LCM_Data P0#

14、define Busy 0x80 /用于檢測LCM狀態(tài)字中的Busy標(biāo)識#define uchar unsigned charuchar id,timecount,dipsmodid;bit lmcinit_or_not; /是否需要清屏標(biāo)志位“1”為需要“0”為不需要bit flag,sflag; /flag是時鐘冒號閃爍標(biāo)志，sflag是溫度負號顯示標(biāo)志void Disp_line1(void); /顯示屏幕第一行 void Disp_line2(void); /顯示屏幕第二行void id_case1_key();void Disp_mod0(void);/顯示模式0void Disp_

15、mod1(void);/顯示模式1/* DS1302 時間顯示定義部分sbit T_CLK=P10;sbit T_IO =P11;sbit T_RST=P12;sbit ACC0=ACC0;sbit ACC7=ACC7;void Set(uchar,uchar); /根據(jù)選擇調(diào)整相應(yīng)項目void RTInputByte(uchar); /* 輸入 1Byte */uchar RTOutputByte(void); /* 輸出 1Byte */void W1302(uchar, uchar); / 向DS1302寫入一個字節(jié)uchar R1302(uchar); / 從DS1302讀出一個字節(jié)v

16、oid Set1302(unsigned char * ); / 設(shè)置時間 bit sec,min,hour,year,mon,day,weekk; /閃爍標(biāo)志位/初始化后設(shè)置為：04年12月2日星期4 0點0分0秒unsigned char inittime7=0x00,0x00,0x00,0x02,0x12,0x04,0x04;/ 秒 分鐘 小時 日 月 年 星期/* 18B20溫度顯示定義部分sbit DQ=P16; /18B20 接P16口typedef unsigned char byte;typedef unsigned int word;Read_Temperature(char

17、,char);void mychar(void);byte ow_reset(void);byte read_byte(void);void write_byte(char val);void adjust_res(char res); /res 分別等于 0x1f, 0x3f, 0x5f 溫度讀數(shù)分辨率分別對應(yīng) / 0.5, 0.25, 0.125 /*溫度控制部分*bit tl_flash_flag; /下限閃爍標(biāo)志bit th_flash_flag; /上限閃爍標(biāo)志bit tl_flag; /下限越限標(biāo)志 bit th_flag; /上限越限標(biāo)志 bit tl_sign,th_sign;

18、/溫度零下標(biāo)志 0：零上，1：零下char tempid;void Disp_Temp(void); /顯示上下限溫度void Set_TH_Temp(void); /設(shè)置溫度上限void Set_TL_Temp(void); /設(shè)置溫度下限signed char tl=20,th=45;void Compare_Temp(signed char l,signed char h); /比較溫度void Tl_Al(void); /下限越限報警void Th_Al(void); /上限越限報警/* 1602LCD驅(qū)動 *void WriteDataLCM(unsigned char WDLCM)

19、;void WriteCommandLCM(unsigned char WCLCM,BuysC);unsigned char ReadStatusLCM(void);void LCMInit(void);void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData);void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char code *DData);void Delay5Ms(void);void Delay400Ms(void)

20、;unsigned char code week="Week."void main(void) Delay400Ms(); /啟動等待，等LCM講入工作狀態(tài) LCMInit(); /LCM初始化 Delay5Ms(); /延時片刻(可不要) mychar(); TMOD=0x01; TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65535-50000)%256; EA=1; TR0=1; ET0=1; W1302(0x90,0xa5);/打開充電二級管 一個二級管串聯(lián)一個2K電阻 W1302(0x8e,0x80);/寫保護，禁止寫操作 adjust_res(0x1

21、f); /調(diào)整18B20的分辨率 0x1f:0.5; 0x3f:0.25; 0x5f:0.125 while(1) if (P2_3=0) dipsmodid+; lmcinit_or_not=1; if(dipsmodid>2) dipsmodid=0; while(P2_3=0); switch(dipsmodid) case 0: Disp_mod0(); break; case 1: Disp_mod1(); break; /選擇顯示模?void Dispmod_id_case_key() if (P0_3=0) dipsmodid+; if(dipsmodid>1) di

22、psmodid=0; /顯示模式0void Disp_mod0(void) if(lmcinit_or_not=1) LCMInit(); lmcinit_or_not=0; if (P2_0|P2_1)=0) /初始化 Delay5Ms(); if (P2_0|P2_1)=0) Set1302(inittime); /mychar(); /顯示自定義字符 if (P2_2=0) / 設(shè)置和選擇項目鍵 Delay5Ms(); if(P0_6=0)id+;if(id>7) id=0; while(P2_2=0); switch(id) case 0: sec=0; Disp_line1()

23、; Disp_line2(); break; case 1:/年 year=1; Disp_line1(); Disp_line2(); id_case1_key(); break; case 2:/月 year=0;mon=1; Disp_line1(); Disp_line2(); id_case1_key(); break; case 3:/日 mon=0;day=1; Disp_line1(); Disp_line2(); id_case1_key(); break; case 4:/星期 day=0;weekk=1; Disp_line1(); Disp_line2(); id_ca

24、se1_key(); break; case 5:/小時 weekk=0;hour=1; Disp_line1(); Disp_line2(); id_case1_key(); break; case 6:/分鐘 hour=0;min=1; Disp_line1(); Disp_line2(); id_case1_key(); break; case 7:/秒 min=0;sec=1; Disp_line1(); Disp_line2(); id_case1_key(); break; /顯示模式1void Disp_mod1(void) if(lmcinit_or_not=1) LCMIni

25、t(); lmcinit_or_not=0; Read_Temperature(1,0); DisplayOneChar(0,1,'T'); DisplayOneChar(1,1,'L'); DisplayOneChar(2,1,':'); DisplayOneChar(7,1,'T'); DisplayOneChar(8,1,'H'); DisplayOneChar(9,1,':'); if(P2_2=0) if(P2_2=0) tempid+; if(tempid>2) tempid=0;

26、 while(P2_2=0); switch(tempid) case 0:4 實驗與調(diào)試4.1 硬件測試本設(shè)計的硬件驗證電路完全由按照上述理論進行焊接。其電路焊接如圖4-1所示。由于電路比較簡單在焊接中遇到的問題不是很多。主要遇到的問題有電路焊接時地線和電源線的排布，由于電路中的電源線和地線的連接點比較多，在實際的印刷電路板中，地線一般是環(huán)繞板子而且比較粗的銅線，鑒于這個思路，我將電源線和地線分別布置在電路板的兩個邊上，如圖4-2，4-3所示。另外，由于我們這是實驗板，是驗證理論用的板子，板子上的芯片經(jīng)常需要拆卸，因此我選擇了用雙列直插底座來安裝芯片，這樣可以保證在拆卸芯片時不需要再重新焊接

27、芯片，省去了很多不必要的麻煩。硬件焊接好后需要測試是否都連接好了，本設(shè)計采用的測試方法是用萬用表來測量，用萬用表的兩個表筆分別接連線的兩端，測試是否電阻為零，如果電阻為零說明連接正確，如果有電阻說明沒有連接好。由于實驗板上的有些焊點離的比較近，在焊接時可能由于不小心將焊錫滴落在兩個焊點之間造成短路，短路是對電路板最大的危害之一，因此要細心的檢查每兩個相鄰的焊點之間是否有短路發(fā)生。本設(shè)計采用偉福編譯軟件來編譯程序，是目前使用廣泛的單片機開發(fā)軟件，它集成了源程序編輯和程序調(diào)試于一體，支持匯編語言編譯，另外它還支持第三方編譯器，可以編譯C語言和PL/M語言。源程序的編寫:首先從菜單的“文件”中“新建

28、文件”，建立文件；然后為文件選擇好單片機型號，語言設(shè)置項選擇偉福匯編器；確定后新的文件就算建立了。接下來進行編輯、修改等操作。如圖4-2所示。編譯:加載好要編譯的文件，在工具欄的右上方找到編譯按鈕，按下編譯按鈕，開始編譯，編譯后會提示編譯是否通過，如果編譯通過就可以進行程序下載，實驗；如果編譯沒有通過說明程序存在錯誤需要修改這時會在軟件下方提示哪里有錯誤，是什么錯誤類型，如圖4-3所示。雙擊下邊的錯誤提示，軟件會將光標(biāo)自動移到錯誤處以便于修改。編譯通過后會顯示編譯成功提示，如圖4-4所示。編譯:加載好要編譯的文件，在工具欄的右上方找到編譯按鈕，按下編譯按鈕，開始編譯，編譯后會提示編譯是否通過，如果編