基于单片机时钟方案设计书电池供电.docx
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基于单片机时钟方案设计书电池供电
YanChengInstituteofTechnology
课程设计说明书
课程名称
单片机应用设计
设计题目
基于单片机的时钟设计
专业
自动化
学生姓名
袁财旺
班级
M自动化101
学号
1061417109
完成日期
2013.12.12
盐城工学院电气学院
盐城工学院电气学院课程设计任务书
姓名:
袁财旺院(系):
电气工程学院
专业:
自动化班号:
1061417109
任务起至日期:
2013年12月2日至2013年12月12日
课程设计题目:
基于单片机的时钟设计
已知技术参数和设计要求:
看门狗:
MB3773
主芯片:
AT89C51
计时单元:
DS1302
显示单元:
LCD
供电模式:
电池供电
预期设计效果:
能正确显示时分秒
工作计划安排:
节点序号
任务
进度日程(天)
1
任务分析、资料收集
1
2
总体方案、器件选型
1
3
原理图设计、绘制
3
4
软件流程设计、程序编写
3
5
说明书撰写
1
6
答辩
1
同组设计者及分工:
成绩评定:
_____________指导教师签字:
______
年月日
摘要:
单片机即单片微型计算机。
(Single-ChipMicrocomputer),是集CPU,RAM,ROM,定时,计数和多种接口于一体的微控制器。
他体积小,成本低,功能强,广泛应用于工业自动化上和智能产品。
时钟,自从它被发明的那天起,就成为了人类的好朋友,但随着时间的推移,科学技术的不断发展,时钟的应用越来越广范,人们对时间计量的精度要求也越来越高。
怎样让时钟更好的为人民服务,怎样让我们的老朋友再次焕发青春呢?
这就要求我们不断设计出新型的时钟,来不断满足人们的日常生活需要。
然而市场上的时钟便宜的比较笨重,简单实用的又比较昂贵。
那么,有没有一款既简单实用价格又便宜的时钟呢?
课程设计设想:
可不可以利用单片机功能集成化高,价格又便宜的特点设计一款结构既简单,价格又便宜的单片机电子时钟呢?
基于这种情况,经过多方查阅资料,反复论证设计出了这款既简单实用,又价格便宜的——单片机电子时钟。
第一章系统设计要求
基本功能
(1)能够显示时分秒
(2)能够调整时分秒
第二章硬件总体设计方案
1MB3773简介
.MB3773产生复位信号来保护一个任意的系统供电电压瞬间
拦截或减少。
是集成电路的供电电压的手表,“上电复位”的生成
电源的正常返回。
MB3773发送微处理器复位信号时减少更多
比电压,电源系统的指定,和计算机数据的保护
偶然的删除。
此外,看门狗定时器的操作诊断系统内置,和各种微处理器
系统可以提供故障保险功能。
如果MB3773不接收来自处理器的时钟脉冲的
指定的期间,MB3773产生复位信号。
n特性
•精密电压检测(VS = 4.2 V±2.5%)
•检测阈值电压具有迟滞功能
•低电压输出复位信号(VCC = 0.8 V Typ)
•精密基准电压输出(VR = 1.245 V±1.5%)
•内置看门狗定时器的边缘触发输入。
•外部的部分很少。
能力(1块)
•复位信号输出的积极和消极两种理论的原因。
功能描述
Comp.S是包括滞回比较器。
它比较的参考电压和电压Vs,这样当
对终端的电压低于约1.23 V,输出复位信号。
瞬时功率可以减免或下降MB3773在检测到异常条件
2µs间隔。
然而因为短暂的休息或滴这时间不会引起问题在一些实际系统
情况下,延迟触发函数可以创建通过连接电容器和终端。
Comp.O是比较器打开/关闭输出,比较Cr终端的电压和阈值
电压。
因为重置/复位输出内置上拉电路,不需要连接到外部
上拉电阻时,连接到一个高阻抗负载如CMOS逻辑集成电路。
(对应于500 kΩVcc = 5 v)CK终端的电压变化时的“高”级别
“低”层面,脉冲发生器发送到看门狗定时器通过生成脉冲瞬间
阈值水平的下降。
当电源电压超过检测电压下降时,看门狗定时器变成了封锁。
参考放大器是一个运放输出参考电压。
如果比较器外,两个或两个以上的供电电压监视和过电压监控
完成了。
如果open-collector输出,它使用一个比较器,比较器的输出与Vs
终端的MB3773没有上拉电阻,可以与reset-hold电压监测时间。
2.主芯片AT89C51
AT89C51是美国ATMEL公司生产的8位FlashROM单片机。
其最突出的优点是片内ROM为FlashROM,可擦写1000次以上,应用并不复杂的通用ROM写入器就能方便的擦写,读取也很方便,价格低廉,具有片程序ROM二级保密系统。
因此可灵活应用于各种控制领域。
AT89C51包含以下一些功能部件:
(1)一个8位CPU;
(2)一个片内振荡器和时钟电路;
(3)4KBFlashROM;
(4)128B内RAM;
(5)可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路;
(6)两个16位定时/计数器;
(7)21个特殊功能寄存器;
(8)4个8位并行I/O口;
(9)一个可编程全双工串行口;
(10)5个中断源,可设置成2个优先级。
AT89C51单片机一般采用双列直插DIP封装,共40个引脚,图2-1为其引脚排列图。
40个引脚大致可分为4类:
电源、时钟、控制各I/O引脚。
图2-1AT89C51引脚图
2.1电源
Vcc——芯片电源,接+5V;GND——接地端。
2.2时钟
XTAL1、XTAL2——晶体振荡电路反相输入端和输出端。
2.3控制线
控制线共有4根,其中3根是复用线。
所谓复用线是指具有两种功能,正常使用时是一种功能,在某种条件下是另一种功能。
1、ALE/PROG——地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲。
(1)ALE功能:
用来锁存P0口送出的低八位地址。
AT89C51在并行扩展外存储器时,P0口用于分时传送低8位地址和数据信号,且均为二进制数。
当ALE信号有效时,P0口传送的是低8位地址信号;ALE信号无效时,P0口传送的是低8位地址信号。
在ALE信号的下降沿,锁定P0口传送的内容,即低8位地址信号。
需要指出的是,当CPU不执行访问外RAM指令,ALE以时钟振荡频率1/6的固定频率输出,因此ALE信号也可作为外部芯片CLK时钟或其他需要。
但是,当CPU执行MOVX指令时,ALE将跳过一个ALE脉冲。
(2) PROG功能:
片内EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲。
2、 PSEN——外ROM读选通信号。
89C51读外ROM时,每个机器周期内PSEN两次有效输出。
PSEN可作为外ROM芯片输出允许OE的选通信号。
在读内ROM或读外RAM时,PSEN无效。
3、RST/VPD——复位/备用电源。
(1)正常工作时,RST端为复位信号输入端,只要在该引脚上连续保持两个机器周期以上高电平,AT89C51芯片即实现复位操作,复位后一切从头开始,CPU从0000H开始执行指令。
(2)VPD功能:
在VCC掉电情况下,该引脚可接上备用电源,由VPD向片内RAM供电,以保持片内RAM中的数据不丢失。
4、EA/VPP——内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
(1)EA功能:
正常工作时,EA为内外ROM选择端。
AT89C51单片机ROM寻址范围为64KB,其中4KB在片内,60KB在片外。
当EA保持高电平时,先访问内ROM,但当PC值超过4KB时,将自动转向执行外ROM中的程序。
当EA保持低电平时,则只访问外ROM,不管芯片内有否内ROM。
(2)VPP功能:
片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚用于施加编程电源。
2.4I/O引脚
AT89C51有P0、P1、P2、P34个8位并行I/O端口,共32个引脚。
P0口是一组8位漏级开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时,每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写1时,又可作高阻抗输入端用。
在访问外部程序和数据存储器时,它是分时多路转换的地址(低8位)/数据总线,在访问期间激活了内部的上拉电阻。
在Flash编程时,P0端口接收指令字节;而在验证程序时,则输出指令字节。
验证时,要求外接上拉电阻。
P1口是带内部上拉电阻的双向I/O口,向P1口写入1时P1口被内部上拉为高电平,可用作输入口。
当作为输入脚时被外部信号拉低的P1口会因为内部上拉而输出一个电流。
Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址。
P2口是带内部上拉电阻的双向I/O口,向P2口写入1时P2口被内部上拉为高电平可用作输入口,当作为输入脚时被外部拉低的P2口会因为内部上拉而输出电流。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据,当使用8位寻址方式(MOVX@RI)访问外部数据存储器时,P2口发送P2特殊功能寄存器的内容,在整个访问期间不改变。
Flash编程和程序校验时,P2也接收高位地址和一些控制信号。
P3口是带内部上拉电阻的双向I/O口,向P3口写入1时P3口被内部上拉为高电平可用作输入口,当作为输入脚时被外部拉低的P3口会因为内部上拉而输出电流。
P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的是它的第二功能,如表2-1所示:
表2-1P3端口的特殊功能
端口引脚
兼用功能
P3.0——RXD
串行输入口
P3.1——TXD
串行输出口
P3.2——/INT0
外部中断0
P3.3——/INT1
外部中断1
P3.4——T0
定时器0的外部输入
P3.5——T1
定时器1的外部输入
P3.6——/WR
外部数据存储器写选通
P3.7——/RD
外部数据存储器读选通
3.DS1302芯片
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟日历芯片,附加31字节静态RAM,采用SPI三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。
实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小于31天时可以自动调整,且具有闰年补偿功能。
工作电压宽达2.5~5.5V。
采用双电源供电(主电源和备用电源),可设置备用电源充电方式,提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。
有主电源和备份电源双引脚,而且备份电源可由大容量电容(>1F)来替代。
需要强调的是,DS1302需要使用32.768KHz的晶振。
DS1302包含以下一些功能部件:
(1)实时时钟,可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数;
(2)用于高速数据暂存的31×8位RAM;
(3)最少引脚的串行I/O;
(4)2.5~5.5V电压工作范围;
(5)2.5V时耗电小于300nA;
(6)用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节(脉冲方式)数据传送方式;
(7)简单的3线接口;
(8)可选的慢速充电(至VCC1)的能力。
3.1DS1302数据操作原理
DS1302在任何数据传送时必须先初始化,把RST脚置为高电平,然后把8位地址和命令字装入移位寄存器,数据在SCLK的上升沿被输入。
无论是读周期还是写周期,开始8位指定40个寄存器中哪个被访问到。
在开始8个时钟周期,把命令字节装入移位寄存器之后,另外的时钟周期在读操作时输出数据,在写操作时写入数据。
时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8,在多字节方式下为8加字节数,最大可达248字节数。
DS1302的内部结构图如图2-2所示。
图2-2DS1302内部结构图
3.2DS1302的引脚图及功能
DS1302的引脚图如图2-3所示。
图2-3DS1302引脚图
DS1302各引脚功能:
Vcc1:
主电源;
Vcc2:
备份电源。
当Vcc2>Vcc1+0.2V时,由Vcc2向DS1302供电,当Vcc2 SCLK: 串行时钟,输入,控制数据的输入与输出; I/O: 三线接口时的双向数据线; CE: 输入信号,在读、写数据期间,必须为高。 该引脚有两个功能: 第一,CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑;其次CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。 引脚功能如表2-2所示: 表2-2DS1302引脚功能说明 引脚号 名称 功能 1 VCC1 备份电源输入 2 X1 32.768KHz晶振输入 3 X2 32.768KHz晶振输出 4 GND 地 5 RST 控制移位寄存器/复位 6 I/O 数据输入/输出 7 SCLK 串行时钟 8 VCC2 主电源输入 3.3DS1302的寄存器 1、DS1302有关日历、时间的寄存器共有12个,其中有7个寄存器(读时81h~8Dh,写时80h~8Ch),存放的数据格式为BCD码形式,如表2-3所示: 表2-3DS1302的日历、时钟寄存器及其控制字 寄存器名 命令字 取值范围 各位内容 写操作 读操作 7 6 5 4 3 2 1 0 秒寄存器 80H 81H 00--59 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 83H 00--59 0 10MIN MIN 时寄存器 84H 85H 01-12或00-23 12/24 0 10 HR HR 日寄存器 86H 87H 01-28,29,30,31 0 0 10DATE DATE 月寄存器 88H 89H 01--12 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 01--07 0 0 0 0 0 DAY 年寄存器 8CH 8DH 00--99 10YEAR YEAR 控制 8EH 8FH - WP 0 0 0 0 0 0 0 秒寄存器(81h、80h)的位7定义为时钟暂停标志(CH)。 当该位置为1时,时钟振荡器停止,DS1302处于低功耗状态;当该位置为0时,时钟开始运行。 小时寄存器(85h、84h)的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。 当为高时,选择12小时模式。 在12小时模式时,位5是,当为1时,表示PM。 在24小时模式时,位5是第二个10小时位。 控制寄存器(8Fh、8Eh)的位7是写保护位(WP),其它7位均置为0。 在任何的对时钟和RAM的写操作之前,WP位必须为0。 当WP位为1时,写保护位防止对任一寄存器的写操作。 2、DS1302的工作模式寄存器 所谓突发模式是指一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。 突发模式寄存器如表2-4所示: 表2-4突发模式寄存器 工作模式寄存器 读寄存器 写寄存器 时钟突发模式 CLOCKBURST BFH BEH RAM突发模式 RAMBURST FFH FEH 3、DS1302还有涓流充电寄存器等。 3.4DS1302的控制字 DS1302的控制字如下表所示: 表2-5控制字(即地址及命令字节) 7 6 5 4 3 2 1 0 1 RAM A4 A3 A2 A1 A0 RD 控制字的最高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入到DS1302中。 位6: 如果为0,则表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据; 位5至位1(A4~A0): 指示操作单元的地址; 位0(最低有效位): 如为0,表示要进行写操作,为1表示进行读操作。 控制字总是从最低位开始输出。 在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入从最低位(0位)开始。 同样,在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿,读出DS1302的数据,读出的数据也是从最低位到最高位。 3.5DS1302时序 CE输入驱动高启动所有的数据传输。 CE输入有两个功能。 首先,CE打开控制逻辑,允许访问的移位寄存器的地址/命令序列。 其次,CE提供了一个终止单字节或多字节数据传输方法。 一个时钟周期是由一个下降沿之后的上升沿序列。 对于数据传输而言,数据必须在有效的时钟的上升沿输入,在时钟的下降沿输出。 如果CE为低,所有的I/O引脚变为高阻抗状态,数据传输终止。 对于数据输入: 开始的8个SCLK周期,输入写命令字节,数据字节在后8个SCLK周期的上升沿输入。 数据输入位0开始。 对于数据输出: 开始的8个SCLK周期,输入一个读命令字节,数据字节在后8个SCLK周期的下降沿输出。 注意,第一个数据字节的第一个下降沿发生后,命令字的最后一位被写入,命令字节的最后一位被写入。 当CE仍为高时。 如果还有额外的SCLK周期,DS1302将重新发送数据字节,这使DS1302具有连续突发读取的能力。 DS1302数据读写时序如图3-1所示: 图3-1数据读写时序 3.6子程序流程图设计 1、DS1302定时器中断子程序流程图 Y Y Y Y Y Y Y N N N N N N N N Y 图3-2DS1302中断流程图 程序主要实现对DS1302写保护、充电,对年、月、日、时、分、秒等寄存器的读写操作。 在读写操作子程序中都执行了关中断指令,因为在串行通信时对时序要求比较高,而且在此是用I/O口软件模拟串行时钟脉冲,所以在通信过程中最好保证传输的连续性,不要允许中断,如图3-2所示. 4LCD1602液晶显示 LCD1602是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器模块,它显示的容量为2行16个字共32个字符。 它由若干个5×7或者5×11点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符。 模块采用数字式接口,能够方便地与单片机等控制类芯片进行通信。 由于其具有体积小、重量轻、显示质量高、功耗低等诸多优点而被广泛用于智能化仪器仪表的显示器件。 4.1LCD1602引脚及功能 LCD1602的引脚 (1)GND: 地电源。 (2)Vcc: 接+5V电源。 (3)VL: 液晶显示器对比度调整端。 接+5V电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的精密电位器调整对比度,一般对比电压为0.7V左右。 (4)RS: 寄存器选择。 高电平时选择数据寄存器,否则选择指令寄存器。 (5) : 读写信号线。 高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。 当RS和 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平 为高电平时可以读出忙信号,当RS为高电平 为低电平时可以写入数据。 (6)E: 使能端。 当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。 (7)D1~D8: 8位双向数据线。 (8)BLA: 背光源正极; (9)BLK: 背光源负极。 第三章.软件总体设计方案 设计程序 #include #include unsignedchardatadis_digit。 unsignedcharkey_s,key_v。 unsignedcharcodedis_code[11]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,//0,1,2,3 0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf}。 //4,5,6,7,8,9,— unsignedchardatadis_buf[8]。 unsignedchardatadis_index。 unsignedcharhour,min,sec。 unsignedcharsec100。 sbitK1=P1^1。 sbitK2=P1^2。 bitscan_key()。 voidproc_key()。 voidinc_sec()。 voidinc_min()。 voidinc_hour()。 voiddisplay()。 voiddelayms(unsignedcharms)。 voidmain(void) { P2=0xff。 P3=0xff。 TMOD=0x11。 //定时器0,1工作模式1,16位定时方式 TH1=0xdc。 TL1=0。 TH0=0xFC。 TL0=0x17。 hour=12。 min=00。 sec=00。 sec100=0。 dis_buf[0]=dis_code[hour/10]。 //时十位 dis_buf[1]=dis_code[hour%10]。 //时个位 dis_buf[3]=dis_code[min/10]。 //分十位 dis_buf[4]=dis_code[min%10]。 //分个位 dis_buf[6]=dis_code[sec/10]。 //秒十位 dis_buf[7]=dis_code[sec%10]。 //秒个位 dis_buf[2]=0xbf。 //显示"-" dis_buf[5]=0xbf。 //显示"-" dis_digit=0xfe。 dis_index=0。 TCON=0x01。 IE=0x8a。 //使能timer0,1中断 TR0=1。 TR1=1。 key_v=0x03。 while (1) { if(scan_key()) { delayms(10)。 if(scan_key()) { key_v=key_s。 proc_key()。 } } } } bitscan_key() { key_s=0x00。 key_s|=K2。 key_s<<=1。 key_s|=K1。 return(key_s^key_v)。 } voidproc_key() { EA=0。 if((key_v&0x01)==0)//K1 { inc_hour()。 //JJ=1。 } elseif((key_v&0x02)==0)/
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