电子综合方案附完整程序版单片机多功能数字时钟.docx
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电子综合方案附完整程序版单片机多功能数字时钟
课题:
基于51单片机的多功能数字时钟系统设计
一、概述、设计思路
该设计方案是以MC51单片机为核心,采用LCD液晶屏幕显示系统,辅以闹钟模块,温度采集模块、日期提醒、键盘时间调整预设置等模块,所构建的数字时钟系统,能动态显示实时时钟的时、分、秒,数据显示(误差限制在30每天>,对闹铃方式与温度调节模块进行了重点设计实现SB0、SB1、SB2、SB3四个键实现时钟正常显示,调时,及闹钟时间设置。
本系统设计大部分功能有软件来实现,使电路简单明了,系统稳定性也得大大提高。
二、系统组成与工作原理
1、工作原理:
本设计采用STC89C51单片机作为本次课程设计的控制模块。
单片机可把由DS18B20、DS1302、AT24C02中的数据利用软件来进行处理,从而把数据传输到显示模块,实现温度、日历和闹铃的显示。
以LCD液晶显示器为显示模块,把单片机传来的的数据显示出来,并且显示多样化,在显示电路中,主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。
2、总是设计框架图:
图二:
系统总体电路图
三、单元电路的设计与分析
整个电子时钟系统电路可分为六大部分:
中央处理单元 1、MCS-51单片机 89S51各引脚功能介绍: VCC: 89S51电源正端输入,接+5V。 VSS: 电源地端。 XTAL1: 单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 XTAL2: 系统时钟的反相放大器输出端,一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了,此外可以在两引脚与地之间加入一20PF的小电容,可以使系统更稳定,避免噪声干扰而死机。 RESET: 89S51的重置引脚,高电平动作,当要对晶片重置时,只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间,AT89S51便能完成系统重置的各项动作,使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态,并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。 EA/Vpp: "EA"为英文"ExternalAccess"的缩写,表示存取外部程序代码之意,低电平动作,也就是说当此引脚接低电平后,系统会取用外部的程序代码<存于外部EPROM中)来执行程序。 因此在8031及8032中,EA引脚必须接低电平,因为其内部无程序存储器空间。 如果是使用8751内部程序空间时,此引脚要接成高电平。 此外,在将程序代码烧录至8751内部EPROM时,可以利用此引脚来输入21V的烧录高压 ALE/PROG: 端口3的管脚设置: P3.0: RXD,串行通信输入。 P3.1: TXD,串行通信输出。 P3.2: INT0,外部中断0输入。 P3.3: INT1,外部中断1输入。 P3.4: T0,计时计数器0输入。 P3.5: T1,计时计数器1输入。 P3.6: WR: 外部数据存储器的写入信号。 P3.7: RD,外部数据存储器的读取信号。 2、复位电路 MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。 复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连,斯密特触发器用来抑制噪声,在每个机器周期的S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次,然后才能得到内部复位操作所需要的信号。 上电复位: 上电复位电路是—种简单的复位电路,只要在RST复位引脚接一个电容到VCC,接一个电阻到地就可以了。 上电复位是指在给系统上电时,复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号,这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落,所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。 为了保证系统安全可靠的复位,RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。 电路图如下: 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。 3、时钟电路 时钟是单片机的心脏,单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准,有条不紊的一拍一拍地工作。 因此,时钟频率直接影响单片机的速度,时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。 常用的时钟电路有两种方式: 一种是内部时钟方式,另一种为外部时钟方式。 本文用的是内部时钟方式。 电路图如下: MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。 这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容,就构成一个稳定的自激振荡器。 4、显示电路 采用LCD显示,LCD显示具有丰富多样性,灵活性,电路简单、易于控制而且功耗小,对于信息量多的系统,是比较适合的,LCD液晶显示模块采用LCD1602型号,具有很低的功耗,正常工作室电流仅2.0mA/5.0V。 通过编程实现总动关闭屏幕能够更有效地降低功耗。 LCD1602分两行显示,每行可现实多达16个字符,其内部的字符发生器已经存储了160个不同的点阵字符图形,通过内部指令可实现对其显示多样的控制。 5、按键电路 按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。 按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。 闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定,这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态,称为抖动。 抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关,一般在5-10ms之间。 为了避免CPU多次处理按键的一次闭合,应采用措施消除抖动。 本文采用的是独立式按键,直接用I/O口线构成单个按键电路,每个按键占用一条I/O口线,每个按键的工作状态不会产生互相影响。 电路图如下: P1.0口表示功能移位键,按键选择要调整的时十位、时个位、分十位或分个位。 P1.1口表示数字“+“键,按一下则对应的数字加1。 P1.2口表示数字“-”键,按一下则对应的数字减1。 P1.3口表示时间表的切换,程序默认为日常时间表,当按下该开关,使输入为低电平时,表示当前执行的是考试时间表,并有绿发光二极管显示。 再按键,使键抬起,输入维高电平时,表示当前执行的是日常作息时间表,用红发光二级管显示。 6、温度采集部分 此部分选用DS18B20传感器,主要由四部分组成: 64位ROM、温度传感器、非挥 发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。 有三个管脚: DQ为数字信号输入/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端。 电源有两种接法: 1)远端因入;2)寄生电源方式。 它是支持“一线总线”接口的温度传感器,测量温度范围为-55°C~+125°C,在-10~+85°C范围内,可编程为9位—12位A/D转换精度,工作电压在3V—5V之间。 现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。 ###软件设计: #include #include //#include"LCD1602.h" //#include"DS1302.h" #defineuintunsignedint #defineucharunsignedchar sbitDS1302_CLK=P1^7。 //实时时钟时钟线引脚 sbitDS1302_IO=P1^6。 //实时时钟数据线引脚 sbitDS1302_RST=P1^5。 //实时时钟复位线引脚 sbitwireless_1=P3^0。 sbitwireless_2=P3^1。 sbitwireless_3=P3^2。 sbitwireless_4=P3^3。 sbitACC0=ACC^0。 sbitACC7=ACC^7。 charhide_sec,hide_min,hide_hour,hide_day,hide_week,hide_month,hide_year。 //秒,分,时到日,月,年位闪的计数 sbitSet=P2^0。 //模式切换键 sbitUp=P2^1。 //加法按钮 sbitDown=P2^2。 //减法按钮 sbitout=P2^3。 //立刻跳出调整模式按钮 sbitDQ=P1^0。 //温度传送数据IO口 chardone,count,temp,flag,up_flag,down_flag。 uchartemp_value。 //温度值 ucharTempBuffer[5],week_value[2]。 voidshow_time(>。 //液晶显示程序 /***********1602液晶显示部分子程序****************/ //PortDefinitions********************************************************** sbitLcdRs=P2^5。 sbitLcdRw=P2^6。 sbitLcdEn=P2^7。 sfrDBPort=0x80。 //P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.数据端口 //内部等待函数************************************************************************** unsignedcharLCD_Wait(void> { LcdRs=0。 LcdRw=1。 _nop_(>。 LcdEn=1。 _nop_(>。 LcdEn=0。 returnDBPort。 } //向LCD写入命令或数据************************************************************ #defineLCD_COMMAND0//Command #defineLCD_DATA1//Data #defineLCD_CLEAR_SCREEN0x01//清屏 #defineLCD_HOMING0x02//光标返回原点 voidLCD_Write(bitstyle,unsignedcharinput> { LcdEn=0。 LcdRs=style。 LcdRw=0。 _nop_(>。 DBPort=input。 _nop_(>。 //注意顺序 LcdEn=1。 _nop_(>。 //注意顺序 LcdEn=0。 _nop_(>。 LCD_Wait(>。 } //设置显示模式************************************************************ #defineLCD_SHOW0x04//显示开 #defineLCD_HIDE0x00//显示关 #defineLCD_CURSOR0x02//显示光标 #defineLCD_NO_CURSOR0x00//无光标 #defineLCD_FLASH0x01//光标闪动 #defineLCD_NO_FLASH0x00//光标不闪动 voidLCD_SetDisplay(unsignedcharDisplayMode> { LCD_Write(LCD_COMMAND,0x08|DisplayMode>。 } //设置输入模式************************************************************ #defineLCD_AC_UP0x02 #defineLCD_AC_DOWN0x00//default #defineLCD_MOVE0x01//画面可平移 #defineLCD_NO_MOVE0x00//default voidLCD_SetInput(unsignedcharInputMode> { LCD_Write(LCD_COMMAND,0x04|InputMode>。 } //初始化LCD************************************************************ voidLCD_Initial(> { LcdEn=0。 LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38>。 //8位数据端口,2行显示,5*7点阵 LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38>。 LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR>。 //开启显示,无光标 LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN>。 //清屏 LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE>。 //AC递增,画面不动 } //液晶字符输入的位置************************ voidGotoXY(unsignedcharx,unsignedchary> { if(y==0> LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|x>。 if(y==1> LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|(x-0x40>>。 } //将字符输出到液晶显示 voidPrint(unsignedchar*str> { while(*str! ='\0'> { LCD_Write(LCD_DATA,*str>。 str++。 } } ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /***********DS1302时钟部分子程序******************/ typedefstruct__SYSTEMTIME__ { unsignedcharSecond。 unsignedcharMinute。 unsignedcharHour。 unsignedcharWeek。 unsignedcharDay。 unsignedcharMonth。 unsignedcharYear。 unsignedcharDateString[11]。 unsignedcharTimeString[9]。 }SYSTEMTIME。 //定义的时间类型 SYSTEMTIMECurrentTime。 #defineAM(X>X #definePM(X>(X+12>//转成24小时制 #defineDS1302_SECOND0x80//时钟芯片的寄存器位置,存放时间 #defineDS1302_MINUTE0x82 #defineDS1302_HOUR0x84 #defineDS1302_WEEK0x8A #defineDS1302_DAY0x86 #defineDS1302_MONTH0x88 #defineDS1302_YEAR0x8C voidDS1302InputByte(unsignedchard>//实时时钟写入一字节(内部函数> { unsignedchari。 ACC=d。 for(i=8。 i>0。 i--> { DS1302_IO=ACC0。 //相当于汇编中的RRC DS1302_CLK=1。 DS1302_CLK=0。 ACC=ACC>>1。 } } unsignedcharDS1302OutputByte(void>//实时时钟读取一字节(内部函数> { unsignedchari。 for(i=8。 i>0。 i--> { ACC=ACC>>1。 //相当于汇编中的RRC ACC7=DS1302_IO。 DS1302_CLK=1。 DS1302_CLK=0。 } return(ACC>。 } voidWrite1302(unsignedcharucAddr,unsignedcharucDa>//ucAddr: DS1302地址,ucData: 要写的数据 { DS1302_RST=0。 //Write1302(0x8e,0x00>。 DS1302_CLK=0。 DS1302_RST=1。 DS1302InputByte(ucAddr>。 //地址,命令 DS1302InputByte(ucDa>。 //写1Byte数据 DS1302_CLK=1。 DS1302_RST=0。 } unsignedcharRead1302(unsignedcharucAddr>//读取DS1302某地址的数据 { unsignedcharucData。 DS1302_RST=0。 DS1302_CLK=0。 DS1302_RST=1。 DS1302InputByte(ucAddr|0x01>。 //地址,命令 ucData=DS1302OutputByte(>。 //读1Byte数据 DS1302_CLK=1。 DS1302_RST=0。 return(ucData>。 } voidDS1302_GetTime(SYSTEMTIME*Time>//获取时钟芯片的时钟数据到自定义的结构型数组 { unsignedcharReadValue。 ReadValue=Read1302(DS1302_SECOND>。 Time->Second=((ReadValue&0x70>>>4>*10+(ReadValue&0x0F>。 //高三位取出读出乘⑩ ReadValue=Read1302(DS1302_MINUTE>。 Time->Minute=((ReadValue&0x70>>>4>*10+(ReadValue&0x0F>。 ReadValue=Read1302(DS1302_HOUR>。 Time->Hour=((ReadValue&0x70>>>4>*10+(ReadValue&0x0F>。 ReadValue=Read1302(DS1302_DAY>。 Time->Day=((ReadValue&0x70>>>4>*10+(ReadValue&0x0F>。 ReadValue=Read1302(DS1302_WEEK>。 Time->Week=((ReadValue&0x70>>>4>*10+(ReadValue&0x0F>。 ReadValue=Read1302(DS1302_MONTH>。 Time->Month=((ReadValue&0x70>>>4>*10+(ReadValue&0x0F>。 ReadValue=Read1302(DS1302_YEAR>。 Time->Year=((ReadValue&0x70>>>4>*10+(ReadValue&0x0F>。 } voidDateToStr(SYSTEMTIME*Time>//将时间年,月,日,星期数据转换成液晶显示字符串,放到数组里DateString[] { if(hide_year<2>//这里的if,else语句都是判断位闪烁,<2显示数据,>2就不显示,输出字符串为2007/07/22 { Time->DateString[0]='2'。 Time->DateString[1]='0'。 Time->DateString[2]=Time->Year/10+'0'。 Time->DateString[3]=Time->Year%10+'0'。 } else { Time->DateString[0]=''。 Time->DateString[1]=''。 Time->DateString[2]=''。 Time->DateString[3]=''。 } Time->DateString[4]='/'。 if(hide_month<2> { Time->DateString[5]=Time->Month/10+'0'。 Time->DateString[6]=Time->Month%10+'0'。 } else { Time->DateString[5]=''。 Time->DateString[6]=''。 } Time->DateString[7]='/'。 if(hide_day<2> { Time->DateString[8]=Time->Day/10+'0'。 Time->DateString[9]=Time->Day%10+'0'。 } else { Time->DateString[8]=''。 Time->DateString[9]=''。 } if(hide_week<2> { week_value[0]=Time->Week%10+'0'。 //星期的数据另外放到week_value[]数组里,跟年,月,日的分开存放,因为等一下要在最后显示 } else { week_value[0]=''。 } week_value[1]='\0'。 Time->DateString[10]='\0'。 //字符串末尾加'\0',判断结束字符 } voidTimeToStr(SYSTEMTIME*Time>//将时,分,秒数据转换成液晶显示字符放到数组TimeString[]。 { if(hide_hour<2> { Time->TimeString[0]=Time->Hour/10+'0'。 Time->TimeString[1]=Time->Hour%10+'0'。 } else { Time->TimeString[0]=''。 Time->TimeString[1]=''。 } Time->TimeString[2]=': '。 if(hide_min<2> { Time->TimeString[3]=Time->Minute/10+'0'。 Time->TimeString[4]=Time->Minute%10+'0'。 } else { Time->TimeString[3]=''。 Time->TimeString[4]=''。
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