單片機課程設計（論文）_電子萬年歷的設計

1、目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296445094 1設計要求 PAGEREF _Toc296445094 h 3 HYPERLINK l _Toc296445095 2方案論證與比照 PAGEREF _Toc296445095 h 3 HYPERLINK l _Toc296445096 液晶顯示器控制方式選擇 PAGEREF _Toc296445096 h 3 HYPERLINK l _Toc296445097 2.2 并行接口動態(tài)顯示電路選擇 PAGEREF _Toc296445097 h 3 HYPERLINK l _Toc296445098 2.

2、3 LCD液晶顯示器的接口方法選擇 PAGEREF _Toc296445098 h 4 HYPERLINK l _Toc296445099 液晶顯示器限流電阻選擇 PAGEREF _Toc296445099 h 5 HYPERLINK l _Toc296445100 3系統(tǒng)硬件電路的設計 PAGEREF _Toc296445100 h 6 HYPERLINK l _Toc296445101 主控模塊AT89C52 PAGEREF _Toc296445101 h 6 HYPERLINK l _Toc296445102 3.2 顯示模塊電路設計 PAGEREF _Toc296445102 h 7

3、HYPERLINK l _Toc296445103 4系統(tǒng)軟件設計 PAGEREF _Toc296445103 h 8 HYPERLINK l _Toc296445104 4.1 系統(tǒng)軟件概述 PAGEREF _Toc296445104 h 8 HYPERLINK l _Toc296445105 4.2 主要子程序設計 PAGEREF _Toc296445105 h 9 HYPERLINK l _Toc296445106 4.2.1 時鐘中斷效勞子程序設計 PAGEREF _Toc296445106 h 9 HYPERLINK l _Toc296445107 時間調整子程序設計 PAGEREF

4、 _Toc296445107 h 10 HYPERLINK l _Toc296445108 4.2.3 判斷閏年子程序設計 PAGEREF _Toc296445108 h 10 HYPERLINK l _Toc296445110 4.2.4 精度分析分析與計算 PAGEREF _Toc296445110 h 11 HYPERLINK l _Toc296445111 4.2.5 第一次初值的設置 PAGEREF _Toc296445111 h 11 HYPERLINK l _Toc296445112 4.2.6 重載初值的方法 PAGEREF _Toc296445112 h 11 HYPERLI

5、NK l _Toc296445113 5系統(tǒng)仿真與測試 PAGEREF _Toc296445113 h 12 HYPERLINK l _Toc296445114 5.1 系統(tǒng)仿真 PAGEREF _Toc296445114 h 12 HYPERLINK l _Toc296445115 功能測試 PAGEREF _Toc296445115 h 12 HYPERLINK l _Toc296445116 6總結 PAGEREF _Toc296445116 h 13 HYPERLINK l _Toc296445117 參考文獻 PAGEREF _Toc296445117 h 141設計要求本課題以AT

6、89C52單片機為核心，設計并制作出智能LCD電子鐘，具有以下根本功能：能進行時間、年份、日期、星期顯示；能區(qū)分是否閏年；能檢測室溫并顯示。擴展功能局部可以通過控制按鍵使時間暫停、可以調整校正時間并通過按鍵切換輪流顯示時間、年份、日期、星期。2方案論證與比照2.1液晶顯示器控制方式選擇采用LCD液晶顯示，具有超精致影像畫質、十足平面顯示、節(jié)省空間、節(jié)省能源等優(yōu)點，但按控制方式不同，LCD可分為被動矩陣式LCD及主動矩陣式LCD兩種?？筛鶕煌枰捎貌煌姆绞?。方案一 被動矩陣式LCD被動矩陣式LCD在亮度及可視角方面受到較大的限制，反響速度也較慢。由于畫面質量方面的問題，使得這種顯示設備不利

7、于開展為桌面型顯示器，但本錢低廉。方案二 主動矩陣式LCD目前應用比擬廣泛的主動矩陣式LCD，也稱TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶體管LCD)。TFT液晶顯示器是在畫面中的每個像素內建晶體管，可使亮度更明亮、色彩更豐富及更寬廣的可視面積。與CRT顯示器相比，LCD顯示器的平面顯示技術表達為較少的零件、占據較少的桌面及耗電量較小，但CRT技術較為穩(wěn)定成熟。相比之下，本設計當中選用方案二主動矩陣式LCD方式。2.2 并行接口動態(tài)顯示電路選擇可以采取串行接口動態(tài)顯示電路或者并行接口動態(tài)顯示電路，比擬如下：方案一 串行接口動態(tài)顯示電路利用8051系列單片機內部的

8、串行接口，也可以實現(xiàn)動態(tài)顯示及鍵盤處理。這樣不但可以節(jié)省8051的并行I/O接口，而且在大多數不用單行口的情況下，可免于擴展接口。在這種方法中，串行口工作在方式0狀態(tài)，相當于一個移位存放器，其輸入/輸出通過RXD引腳，移位脈沖那么由TXD輸出。每次輸入或輸出8位數據一個字節(jié)。每輸出一個字節(jié)，8051的硬件即自動使SCON存放器中的中斷TI置位，通過測試TI的狀態(tài)，即可確定一個字節(jié)是否發(fā)送完畢。見圖2-1。 圖2-1串行接口動態(tài)顯示電路框圖方案二 并行接口動態(tài)顯示電路直接用P0口作線選，P2作位選連接數碼顯示管。見圖2-2圖2-2動態(tài)顯示電路框圖方案一中的串行接口動態(tài)顯示電路顯示方法有個很大的缺

9、點，一旦計算機不執(zhí)行顯示程序，那么顯示立即停止。如要維持顯示，那么須花費計算機很多時間。而且在本次課程設計中，我們也有足夠的I/O口，因此，選擇并行接口動態(tài)顯示電路較好。2.3 LCD液晶顯示器的接口方法選擇方案一 以硬件為主的LCD顯示接口電路這種接口方法的電路圖見圖2-3，可以看出，在數據總線和LCD之間，必須有鎖存器或I/O接口電路，此外，還應有專門的譯碼/限流電阻。通過譯碼器把1位十六進制或BCD碼譯為相應的顯示段碼，然后由限流電阻限制電流防止顯示器因電流過大而燒壞。這種接口方法僅用一條輸出指令，就可以進行LCD顯示。但是所使用的硬件電路較多，而硬件譯碼缺乏靈活性，只能顯示十進制數或十

10、六進制。圖2-3硬件為主的LED顯示接口電路框圖方案二 以軟件為主的LCD顯示接口電路這種接口方法的電路如圖2-4 ，它以軟件查表代替硬件譯碼的方法，不但省去了譯碼器，而且還能顯示更多的字符，但是電阻限流是必不可少的。本次設計采用這種接口電路。圖2-4以軟件為主的LCD顯示接口電路框圖2.4液晶顯示器限流電阻選擇由于LCD的電流參數較小，為了防止因電流過大而被燒壞，能夠幫助內存起到穩(wěn)壓作用，讓內存工作更穩(wěn)定，因此必須參加限流電阻。限流電阻有兩種實現(xiàn)方式，比擬如下：方案一 直接用單個電阻限流直接用單個電阻進行限流，散熱快，但是既占空間又接線麻煩。方案二 用排阻進行限流用多個電阻排列而成的排阻能減

11、少占用的空間，易于連線。綜上分析，本設計采用方案二排阻限流。3系統(tǒng)硬件電路的設計經上述比擬，本次作品采用以AT89C52為核心的單片機最小系統(tǒng)板，顯示模塊采用數碼管動態(tài)掃描顯示。經過方案論證與比擬，選擇出最優(yōu)方案的系統(tǒng)總體方案框圖如圖3-1所示。按鍵模塊電源時間調整模塊顯示模塊溫度顯示星期顯示時間顯示年份顯示顯示主控模塊圖3-1系統(tǒng)總體方案框圖3.1主控模塊AT89C52主控模塊采用的是AT89C52單片機芯片。AT89C52是一個低電壓,高性能CMOS 8位單片機，片內8KB ROM全部采用FLASH ROM技術，晶振時鐘為12MHz。器件采用ATMEL公司的高密度，肥易失性存儲技術生產，兼

12、容標準MCS-51指令系統(tǒng)，騙內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。AT89C52是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，有4個八位的并行雙向I/O端口，分別記作P0、P1、P2、P3。3個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線。第31引腳需要接高電位使單片機選用內部程序存儲器。P0-P3為可編成通用輸入輸出引腳，其功能用途由軟件定義。第9引腳是復位引腳，要接一個上電手動復位電路；第40腳為電源端VCC，接+5V電源，第20引腳為接地端VSS，通常在VCC和VSS引腳之間接0.1F高頻濾波電容。第18、19腳之間接上一個12MHz的晶振為單片機提供時鐘信號。主控模塊電

13、路圖見圖3-2。圖3-2AT89C52單片機芯片3.2 顯示模塊電路設計P2 是一個帶有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅動吸收或輸出電流4 個TTL 邏輯門電路。對端口P2 寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數據存儲器例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令時，P2 口送出高8 位地址數據。在訪問8 位地址的外部數據存儲器如執(zhí)行MOVX RI 指令時，P2 口輸出P2 鎖存器的內容。Flash 編程或校驗時，P2亦接收高位

14、地址和一些控制信號。 P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口， 也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的 方式驅動8 個TTL邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址低8 位和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。 在Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。本設計中要對時間、溫度進行顯示。單片機AT89C52的P2口分別接LCD控制屏幕的顯示。而P0口用來顯示信息的輸入，為了防止電流過大而燒壞LCD，所以用排阻RESPACK-8來限流。

15、液晶顯示電路圖見圖3-3。 圖3-3 顯示模塊電路4系統(tǒng)軟件設計4.1 系統(tǒng)軟件概述在編程上,首先進行了初始化，定義程序的入口地址以及中斷的入口地址,在主程序的開始定義了一組固定單元用來存儲計數的分、秒、年、月、日、星期的存儲單元。調用閏年判斷程序后，進入主程序中循環(huán)。在主程序中，對不同的按鍵進行掃描，實現(xiàn)秒表，時間調整、開關屏設置等擴展功能。時鐘計時利用定時器T0中斷子程序實現(xiàn)，秒表和時間調整閃爍程序由定時器T1的中斷效勞子程序實現(xiàn)。考慮到實用性,在該電子鐘的時間調整時采用了閃爍，而開關屏設置采用了符號標志。在自動開、關屏設置子程序中，另外開辟內存單元用來存放開、關屏設置時間，而在另外的子程

16、序中不斷比擬當前時間是否和設置時間相等并設置標志位，然后程序中檢測標志位，從而實現(xiàn)開、關屏操作。系統(tǒng)總體流程圖見圖4-1。圖4-1 系統(tǒng)總體流程圖4.2 主要子程序設計顯示完畢后，P2口和P1口復位，準備下一輪的顯示。在系統(tǒng)總體流程設計思想的指導下，分模塊對程序進行設計，主要模塊設計有時鐘中斷效勞子程序設計、時間調整子程序設計、判斷閏年子程序設計等。各子程序分析如下：4 時鐘中斷效勞子程序設計首先設定定時器T0的初值，T0的最大定時缺乏1s，為便于計算，取定時50ms。這樣每50ms中斷1次，中斷20次為1s。50ms的定時初值的計算如下：0.05/1/12*106/12)=C350H ,補碼

17、為3CB0H。啟動定時器后，運行中斷效勞程序。在中斷效勞程序中，由秒信號來計數，當到達60后向“分進位；分計數，當到達60后向“時進位；時計數，當到達24后向“日進位；日計數，日超出當月上限后進位到“月；月計數，當月計數到達12后向“年進位，在日計數程序中，日每增加一天，都對星期進行調整，具體為：假設上一天不是星期日，那么直接在星期上加一，假設上一天是星期日，那么當前星期變?yōu)樾瞧谝弧?時間調整子程序設計在主程序中通過按鍵進入時間調整界面，可實現(xiàn)年、月、日、星期及時間的調整。每次調整時，調用閃爍程序，使相應的位閃爍，再通過按鍵進行加減調整。閃爍程序也采用定時器T1中斷實現(xiàn)，每次計時50ms，中斷

18、6次也就是0.3秒過后，閃爍標志位取反，顯示熄滅。在時間顯示子程序中，單片機向P0口送段選信號，向P2口送位選信號，數碼管采用動態(tài)掃描方式，位選信號每次左移一位，每次點亮一個數碼管，一輪4 判斷閏年子程序設計程序中年每加一，那么調用一次判斷閏年子程序，再通過置標志平20H.3，以便于以后的程序識別如在月加一程序中，就需要知道是否是閏年的2月還是平年的2月。判斷閏年子程序的設計思想是：不能被4整除的年份不是閏年；能被100整除但不能被400整除的年份不是閏年。閏年判斷流程圖見圖4-2。圖4-2顯示子程序流程圖 精度分析分析與計算在MCS-51單片機中，脈沖源是由系統(tǒng)的晶振經過12分頻后獲得的，故

19、定時器計數脈沖4周期為：T=12/fosc (1) 第一次初值的設置根據(1)式可以分別算出定時器四種工作方式的最大計時時間。但實際應用中，經常會有不同定時值的要求，可以采用預置數的方法來實現(xiàn)。例如，方式1的最大計數為65536，現(xiàn)在假設需要定時計數100，那么我們可以設預置數為65436，讓定時器經過100個脈沖周期后，就可到達65536。我們稱定時器中這種預置數為定時器的第一次初值。下面推導第一次初值設置的公式。設定時器在某種工作方式下計數的最大值為M(見表1)，X0為第一次初值，T為(1)式的計數周期，t為要求定時的溢出時間，那么有： t=(M -X0)*T (2)上式可化為： X0=M

20、 -t/T (3) 重載初值的方法設置定時器第一次初值后并啟動定時器，定時器開始計數。假設定時器中斷處于開放狀態(tài)，當定時器計滿后，將會引發(fā)定時中斷(T0中斷入口地址為000BH)，執(zhí)行相應的中斷處理程序。定時器只有工作在方式2下方可自動重載前次初值，其余三種方式都不能自動重載。因此，當希望定時器繼續(xù)定時，需要在中斷處理程序中重新賦定時器初值。我們稱這種在中斷處理程序中重新賦定時器的初值為定時器的重載初值。在定時精度要求不高的系統(tǒng)中，定時器的重載初值可以與第一次的初值相同，即可按(3)式重載。但在定時精度要求較高的場合，就不能簡單地按(3)式重載。因為從定時器計滿發(fā)出溢出中斷請求到重載初值，存在

21、一定的時間間隔，造成定時的延遲。這個時間間隔包含兩局部的延遲，第一是中斷響應所需的延遲，包括執(zhí)行轉向中斷效勞程序的跳轉指令所需要的2個機器周期和等待正在執(zhí)行的指令執(zhí)行完畢所需要14個機器周期；第二是重載初值所需的延遲，包括從中斷效勞程序第一條指令到重載初值之間所有指令的執(zhí)行機器周期數。綜合以上兩個延遲因素，考慮到計數的方便性，我們可以在中斷效勞程序中參加一條定時器停止計數指令，待重載初值后，再參加一條定時器啟動計數指令，使定時器重新計數。通過這樣的技術處理后，以上的延遲時間等效于兩個局部，即從定時器計數溢出后自動從0開始計數到關閉定時器計數所消耗的時間和關閉定時器到翻開定時器所消耗的時間。前局

22、部時間可從定時器讀出，后局部時間為從關閉定時器到翻開定時器之間所有指令的執(zhí)行時間。綜上所述，設Z定時器計數溢出后自動從0開始計數到關閉定時器計數所需要的時間，Y關閉定時器到翻開定時器所需要的時間，X1為重載初值，那么： (M -X1+Y+Z)*T=t (4)上式可化為： X1=M-t/T+Y+Z (5)5系統(tǒng)仿真與測試5.1 系統(tǒng)仿真在仿真過程中，軟件運用到Wave 6000和Proteus 7.12，先用Wave 6000進行編程測試再通過Proteus 7.12進行硬件仿真。本單片機課程設計仿真效果如圖5-1。圖5-1 系統(tǒng)仿真效果圖5.2功能測試表1 功能測試計時功能LCD能顯示當前的時、分、和秒，具體是時跟分一起顯示，分跟秒一起顯示，通過按鍵來切換星期顯示功能通過按鍵可以切換到星期顯示的界面，按返回鍵那么重新回到主界面顯示時間調整功能通過按鍵可以調整或設定年、月、日、星期、時、分，且能實現(xiàn)秒的微調功能室溫檢測并顯示功能通過智能傳感器DS18B20能夠實現(xiàn)檢測功能，并通過LCD能完成液晶顯示功能閏年功能能計時到萬年，且能自動判斷閏年與平年，并實現(xiàn)正確的計時操作經過反復測試，本系統(tǒng)已能到達設計所要求的所有功能。6總結通過十天的設計和調試，終于完成了設計任務