單片機課程設計 電子日歷時鐘顯示器設計(共24頁)

1、 沈陽理工大學課程設計專用紙 No PAGE 24目錄(ml) TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc21995 1.題目設計(shj)要求 PAGEREF _Toc21995 1 HYPERLINK l _Toc20700 2.開發(fā)平臺(pngti)簡介 PAGEREF _Toc20700 1 HYPERLINK l _Toc23354 3.系統(tǒng)硬件設計 PAGEREF _Toc23354 2 HYPERLINK l _Toc6720 3.1 設計原理 PAGEREF _Toc6720 2 HYPERLINK l _Toc5054 3.2 器件的功能與作用 PAGE

2、REF _Toc5054 2 HYPERLINK l _Toc20671 3.2.1 MCS51單片機AT89C51 PAGEREF _Toc20671 2 HYPERLINK l _Toc30138 3.2.2復位電路 PAGEREF _Toc30138 3 HYPERLINK l _Toc10625 3.2.3晶振電路 PAGEREF _Toc10625 4 HYPERLINK l _Toc16889 3.2.4 DS1302時鐘模塊 PAGEREF _Toc16889 4 HYPERLINK l _Toc18777 3.2.5 引腳功能及結構 PAGEREF _Toc18777 4 HY

3、PERLINK l _Toc15440 3.2.6 DS1302的控制字節(jié) PAGEREF _Toc15440 5 HYPERLINK l _Toc5588 3.2.7 數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O) PAGEREF _Toc5588 5 HYPERLINK l _Toc18686 3.2.8 DS1302的寄存器 PAGEREF _Toc18686 6 HYPERLINK l _Toc11151 3.2.9 液晶顯示LCD1602 PAGEREF _Toc11151 6 HYPERLINK l _Toc7706 3.2.10 串行時鐘日歷片DS1302 PAGEREF _Toc7706 8 HYPE

4、RLINK l _Toc3184 4.系統(tǒng)軟件設計 PAGEREF _Toc3184 10 HYPERLINK l _Toc29047 4.1 程序流程 PAGEREF _Toc29047 10 HYPERLINK l _Toc27768 4.2 程序代碼 PAGEREF _Toc27768 11 HYPERLINK l _Toc3749 5.系統(tǒng)仿真調試 PAGEREF _Toc3749 20 HYPERLINK l _Toc31297 5.1 仿真原理圖設計 PAGEREF _Toc31297 20 HYPERLINK l _Toc24053 5.2 仿真運行過程 PAGEREF _Toc

5、24053 21 HYPERLINK l _Toc10351 5.3 仿真運行結果 PAGEREF _Toc10351 22 HYPERLINK l _Toc27824 6.總結 PAGEREF _Toc27824 22 HYPERLINK l _Toc26518 7.參考文獻 PAGEREF _Toc26518 231.題目(tm)設計要求通過串行日歷時鐘(shzhng)芯片DS1302生成當前日期和是時間，通過IO口傳輸?shù)紸T89c52芯片(xn pin)中，然后再將AT89c52接收到的數(shù)據(jù)輸出到LCD上。要求LCD上顯示的日期和時間與當前系統(tǒng)時間保持一致。2.開發(fā)平臺簡介 2.1系統(tǒng)仿

6、真平臺Proteus Proteus軟件是由英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，已有近20年的歷史，在全球得到了廣泛應用。Proteus軟件的功能強大，它集電路設計、制版及仿真等多種功能于一身，不僅能夠對電工、電子技術學科涉及的電路進行設計，還能夠對微處理器進行設計和仿真，并且功能齊全，界面多彩。和我們手頭其他的電路設計仿真軟件，他最大的不同即它的功能不是單一的。另外，它獨特的單片機仿真功能是任何其他仿真軟件都不具備的。 2.2軟件開發(fā)平臺Keil C Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比

7、，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。Keil C51生成的目標代碼效率之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。3.系統(tǒng)硬件(yn jin)設計3.1 設計(shj)原理圖3.1 電路(dinl)原理圖3.2 器件的功能與作用3.2.1 MCS51單片機AT89C51AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（ FPEROMFlash Programmab

8、le and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89S51系列(xli)單片機中有PDIP，PLCC，TQFP多種封裝形式。本設計采用的

9、是PDIP封裝40管腳的單片機。 圖3.2 主控制模塊(m kui)AT89C523.2.2復位(f wi)電路復位是單片機的初始化操作。單片機啟運運行時，都需要先復位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。因而，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能實現(xiàn)。復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開 關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。圖3.3 復位(f wi)電路3.2.3晶振電路(dinl)

10、圖3.4 晶振電路(dinl)晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768Hz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。3.2.4 DS1302時鐘模塊DS1302 是 HYPERLINK /view/2398.htm 美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進行 HYPERLINK /view/141317.htm 同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的 HYPERLINK /view/188811.htm 時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1

11、302內部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM HYPERLINK /view/6159.htm 寄存器。DS1302是DS1202的升級產品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。 3.2.5 引腳功能(gngnng)及結構DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關閉的情況(qngkung)下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1+0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X

12、2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復位/ HYPERLINK /view/3717187.htm 片選線，通過把RST輸入驅動(q dn)置高電平來啟動所有的 HYPERLINK /view/5593592.htm 數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入 HYPERLINK /view/1533062.htm 移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc

13、2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。SCLK為時鐘輸入端。 下圖為DS1302的引腳功能圖： HYPERLINK /albums/1478145/1478145/0/0.html#0$034965f4019666c7f2d385c2 圖3.5 DS1302封裝圖3.2.6 DS1302的控制字節(jié)DS1302 的控制字節(jié)如下圖所示。控制字節(jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作

14、單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 HYPERLINK /albums/1478145/1478145/0/0.html#0$b87985501b71c94a84352478 3.2.7 數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O)在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘(shzhng)的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7。圖3.6 DS1302的寄存器 3.2.8 DS1302的寄存器DS1302有12個 HYP

15、ERLINK /view/6159.htm 寄存器，其中有7個寄存器與日歷(rl)、時鐘相關，存放的 HYPERLINK /view/190231.htm 數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷(rl)、時間寄存器及其控制字見表1。此外，DS1302 還有年份寄存器、 HYPERLINK /view/4092816.htm 控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內容。 DS1302與RAM相關的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單元 HYPERLINK /view/194580.htm 組態(tài)為一個8位的字

16、節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。圖3.7 DS1302的寄存器3.2.9 液晶顯示LCD1602 1602液晶(yjng)也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。 1602LCD是

17、指顯示的內容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字(shz)）。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。 管腳功能(gngnng) 圖3.8 LCD1602引腳圖RT-1602采用表中的16 腳接口：第一腳：Vss，電源地。第二腳：VDD，+5V電源。第三腳：VL，液晶顯示偏壓信號。第四腳：RS，數(shù)據(jù)/命令選擇端，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。第五腳：R/W,讀/寫選擇端。第六腳：E，使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)

18、行命令。第七14腳：D0D7，為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：BLA，背光源正極。第16腳：BLK，背光源負極。 圖3.9 模塊(m kui)顯示3.2.10 串行時鐘日歷片DS1302系統(tǒng)的組成與工作(gngzu)原理:系統(tǒng)(xtng)由單片機AT89C52，串行日歷時鐘片DS1302,液晶顯示模組LCD1602。DS1302的CLOCK與AT89C52的P1.6相連，RST與P1.5相連，IO與P1.7相連。LCD1602的D0D7與AT89C51的P0.0P.7相連，并接上拉電阻，RS與P2.0相連，RW與P2.1相連，E與P2.2相連。DS1302是DALLAS公司拖出的涓流充電時鐘芯片，

19、內含有一個實時時鐘/日歷和31個季節(jié)靜態(tài)RAM，通過簡單地串行接口與單片機進行通信，實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、日期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調整，時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24小時或12小時格式，DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行方式進行通信，僅需用到RES復位、I/O數(shù)據(jù)線、SCLK串行時鐘3個口線。對時鐘、RAM的讀/寫，可以改用單字節(jié)方式或多達31個字節(jié)的字符組方式。DS1302工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息是功率小于1mW。DS1302廣泛應用于電話傳真、便攜式儀器及電池供電的儀器儀表等產品領域中。RT-1602 字符型液晶模塊是以

20、兩行16個子的5*7點陣吐信來顯示字符的液晶顯示器。DS1302有8個引腳：X1、X2：32.768kHz晶振介入引腳。GND：地。RST：復位引腳，低電平有效。I/O：數(shù)據(jù)輸入(shr)/輸出引腳，具有三態(tài)功能。SCLK：串行時鐘(shzhng)輸入引腳。Vcc1：工作(gngzu)電源引腳。Vcc2：備用電源引腳。DS1302有一個控制寄存器，12個日歷，時鐘寄存器和31個RAM。控制寄存器控制寄存器用于存放DS1302的控制命令字，DS1302的RST引腳回到高電平后寫入的第一個字就為控制命令。它用于對DS1302讀寫過程進行控制，它的格式如下：表3.1 控制寄存器的格式 D7 D6 D

21、5 D4 D3 D2 D1 D01RAM/CKA4A3A2A1A0RD/W各項功能說明如下。D7：固定為1D6：RAM/CK位，片內RAM或日歷、時鐘寄存器選擇位，當RAM/CK=1時，對片內RAM進行讀寫，當RAM/CK=0時，對日歷、時鐘寄存器進行讀寫。D5D1：地址位，用于選擇進行讀寫的日歷、時鐘寄存器或片內RAM。對日歷、時鐘寄存器或片內RAM的選擇。D0：讀寫位，當RD/W=1時，對日歷、時鐘寄存器或片內RAM進行讀操作，當RD/W=0時，對日歷、時鐘寄存器或片內RAM進行寫操作。日歷、時鐘寄存器DS1302共有12個寄存器，其中有7個與日歷、時鐘相關，存放的數(shù)據(jù)為BCD碼形式。日歷

22、、時鐘寄存器的格式。說明：數(shù)據(jù)都以BCD碼形式表示。小時寄存器的D7位為12小時制/24小時制的選擇位，當為1時選擇12小時制，當為0時選24小時制。當12小時制時，D5位為1是上午，D5位為0是下午，D4位小時的十位。當24小時制時，D5、D4位為小時的十位。秒寄存器中的CH位為時鐘暫停位，當為1時，時鐘暫停，為0時，時鐘開始啟動。寫保護寄存器中的WP為寫保護位，WP=1時，寫保護，當WP=0時，未寫保護，當對日歷、時鐘(shzhng)寄存器或片內RAM進行寫時，WP應清零，當對日歷、時鐘寄存器或片內RAM進行讀時，WP一般置1.慢充電寄存器的TCS位為控制慢充電的選擇，當它為1010時才能

23、是慢充電工作。DS為二極管選擇位。DS為01選擇一個二極管，DS為10選擇兩個(lin )二極管，DS為11或00充電器被禁止，與TCS無關。RS用于選擇連接在Vcc2與Vcc1之間的電阻，RS為00，充電器被禁止，與TCS無關。4.系統(tǒng)軟件(x tn run jin)設計 開始4.1 程序流程LCD初始化函數(shù)Lcdlnitiate（）； 寫數(shù)據(jù)的顯示地址函數(shù) WriteAddress 顯示Date和Time調用ReadSet1302（unsigned char Cmd）調用DisPlay（），分別顯示年、月、日、時、分 、秒 結束圖4.1 程序(chngx)流程圖4.2 程序代碼#inclu

24、de /包含(bohn)單片機寄存器的頭文件#include /包含(bohn)_nop_()函數(shù)定義的頭文件/*以下是DS1302芯片的操作程序*/unsigned char code digit10=0123456789; /定義字符數(shù)組顯示數(shù)字sbit DATA=P17; /位定義1302芯片的接口，數(shù)據(jù)輸出端定義在P1.7引腳sbit RST=P15; /位定義1302芯片的接口，復位端口定義在P1.5引腳sbit SCLK=P16; /位定義1302芯片的接口，時鐘輸出端口定義在P1.6引腳/*函數(shù)功能：延時若干微秒入口參數(shù)：n*/ void delaynus(unsigned ch

25、ar n)unsigned char i;for(i=0;in;i+);/*函數(shù)功能：向1302寫一個(y )字節(jié)數(shù)據(jù)入口(r ku)參數(shù)：x*/ void Write1302(unsigned char dat)unsigned char i; SCLK=0; /拉低SCLK，為脈沖上升(shngshng)沿寫入數(shù)據(jù)做好準備delaynus(2); /稍微等待，使硬件做好準備for(i=0;i=1; /將dat的各數(shù)據(jù)位右移1位，準備寫入下一個數(shù)據(jù)位/*函數(shù)功能：根據(jù)命令字，向1302寫一個字節(jié)數(shù)據(jù)入口參數(shù)：Cmd，儲存命令字；dat，儲存待寫的數(shù)據(jù)*/ void WriteSet1302(

26、unsigned char Cmd,unsigned char dat)RST=0; /禁止數(shù)據(jù)傳遞SCLK=0; /確保寫數(shù)居前SCLK被拉低RST=1; /啟動數(shù)據(jù)傳輸delaynus(2); /稍微等待，使硬件做好準備Write1302(Cmd); /寫入命令字Write1302(dat); /寫數(shù)據(jù)SCLK=1; /將時鐘(shzhng)電平置于已知狀態(tài)RST=0; /禁止數(shù)據(jù)(shj)傳遞/*函數(shù)功能(gngnng)：從1302讀一個字節(jié)數(shù)據(jù)入口參數(shù)：x*/ unsigned char Read1302(void)unsigned char i,dat;delaynus(2); /稍

27、微等待，使硬件做好準備for(i=0;i=1; /將dat的各數(shù)據(jù)位右移1位，因為先讀出的是字節(jié)的最低位if(DATA=1) /如果讀出的數(shù)據(jù)是1dat|=0 x80; /將1取出，寫在dat的最高位SCLK=1; /將SCLK置于高電平，為下降沿讀出delaynus(2); /稍微等待SCLK=0; /拉低SCLK，形成脈沖下降沿delaynus(2); /稍微等待 return dat; /將讀出的數(shù)據(jù)返回 /*函數(shù)功能：根據(jù)命令字，從1302讀取一個字節(jié)數(shù)據(jù)入口參數(shù)：Cmd*/ unsigned char ReadSet1302(unsigned char Cmd)unsigned ch

28、ar dat;RST=0; /拉低RSTSCLK=0; /確保(qubo)寫數(shù)居前SCLK被拉低RST=1; /啟動(qdng)數(shù)據(jù)傳輸Write1302(Cmd); /寫入命令字dat=Read1302(); /讀出數(shù)據(jù)(shj)SCLK=1; /將時鐘電平置于已知狀態(tài)RST=0; /禁止數(shù)據(jù)傳遞return dat; /將讀出的數(shù)據(jù)返回/*以下是對液晶模塊的操作程序*/sbit RS=P20; /寄存器選擇位，將RS位定義為P2.0引腳sbit RW=P21; /讀寫選擇位，將RW位定義為P2.1引腳sbit E=P22; /使能信號位，將E位定義為P2.2引腳sbit BF=P07; /

29、忙碌標志位，將BF位定義為P0.7引腳/*函數(shù)功能：延時1ms(3j+2)*i=(333+2)10=1010(微秒)，可以認為是1毫秒*/void delay1ms()unsigned char i,j; for(i=0;i10;i+)for(j=0;j33;j+); /*函數(shù)功能：延時若干毫秒入口參數(shù)：n*/void delaynms(unsigned char n)unsigned char i;for(i=0;i4)*10 + (ReadValue&0 x0F);/將讀出數(shù)據(jù)轉化Display(second,0 x4c); /顯示秒ReadValue = ReadSet1302(0 x8

30、3); /從分寄存器讀minute=(ReadValue&0 x70)4)*10 + (ReadValue&0 x0F); /將讀出數(shù)據(jù)(shj)轉化 Display(minute,0 x49); /顯示(xinsh)分ReadValue = ReadSet1302(0 x85); /從小時(xiosh)寄存器讀hour=(ReadValue&0 x70)4)*10 + (ReadValue&0 x0F); /將讀出數(shù)據(jù)轉化Display(hour,0 x46); /顯示小時ReadValue = ReadSet1302(0 x87); /從分寄存器讀day=(ReadValue&0 x70)

31、4)*10 + (ReadValue&0 x0F); /將讀出數(shù)據(jù)轉化Display(day,0 x0c); /顯示日ReadValue = ReadSet1302(0 x89); /從分寄存器讀month=(ReadValue&0 x70)4)*10 + (ReadValue&0 x0F); /將讀出數(shù)據(jù)轉化Display(month,0 x09); /顯示月ReadValue = ReadSet1302(0 x8d); /從分寄存器讀year=(ReadValue&0 xf0)4)*10 + (ReadValue&0 x0F); /將讀出數(shù)據(jù)轉化Display(year,0 x06); /

32、顯示年 5.系統(tǒng)仿真調試5.1 仿真原理圖設計圖5.1 仿真(fn zhn)原理圖5.2 仿真(fn zhn)工具欄圖5.2仿真(fn zhn)控制按鈕功能：1. 運行 2. 單步運行 3. 暫停 4. 停止5.2 仿真運行(ynxng)過程在Keil下，將所編制的C語言程序編譯后，生成9.HEX文件；再在PROTEUS環(huán)境下，將.HEX文件加到編制的仿真原理圖中進行仿真調試，從而(cng r)生成正確的日期和時間，該日期和時間與當前系統(tǒng)的日期和時間相符。5.3 仿真運行(ynxng)結果圖5.3 仿真運行結果圖6.總結單片機作為我們主要的專業(yè)課程之一，我覺得單片機課程設計很有必要，而且很有意義?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C課程設計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在幾天里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到