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电子万年历
《单片机技术及其应用》
课程设计报告
专业:
电子信息工程
班级:
10301
姓名:
指导教师:
2013年7月7日
1课程设计目的1.
2课程设计简述及要求1..
3总体设计方案1.
4设计原理分析4.
5流程图与软件设计9..
6整体电路与仿真结果分析1.1.
7结论与心得1..1.
参考书目1.2..
基于单片机的电子万年历的设计
1课程设计目的
设计一个带有年月日时分秒及星期的电子万年历。
要求用protues画出系统的电路理论图给出程序流程图,通过仿真制作万年历的硬件电路系统并给出程序以及元器件清单。
2课程设计简述及要求
2.1设计概述
万年历,就是记录一定时间范围内(比如100年或更多)的具体阳历与阴历的日期的年历,方便有需要的人查询使用。
万年只是一种象征,表示时间跨度大。
这次设计通过对万年历系统的设计,详细介绍了51单片机应用中的按键处理、数码管显示原理、动态和静态显示原理、定时中断、A/D转换等原理。
该系统能够显示年、月、日、小时、分钟、秒、星期、农历,通过按键可以修改时间。
此系统结构简单、功能齐全,具有一定的推广价值。
2.2设计要求
设计的核心主要包括硬件设计和软件编程两个方面。
硬件电路设计主要包括中央处理单元电路、时钟电路、执行电路等几部分。
软件用汇编语言来实现,主要包括主程序、键盘扫描子程序、时间设置子程序等软件模块。
3总体设计方案
3.1设计思路
方案1:
系统分为主控制器模块、显示模块、按键开关模块,主控制模块采用AT89C52单片机为控制中心,显示模块采用普通的共阴LED数码管,键输入采用中断实现功能调整,计时使用AT89C52单片机自带的定时器功能,实现对时间、日期的操作,通过按键盘开关实现对时间、日期的调整。
方案2:
系统分为主控模块、时钟电路模块、按键扫描模块,LCD显示模块,电源电路、复位电路、晶振电路等模块。
主控模块采用AT89C52单片机,按键模块用四个按键,用于调整时间,显示模块采用LCD1602时钟电路模块采用DS1302时钟芯片实现对时间、日期的操作。
3.2设计过程
两个方案工作原理大致相同,只有显示模块和时钟电路不同。
LED数码管价格适中,对于数字显示效果较好,而且使用单片机的端口也较少;LCD1602液
晶显示屏,显示功能强大,可以显示大量文字、图形,显示多样性,清晰可见,价格相对LED数码管来说要昂贵些,但是基于本设计显示的东西较多,若采用LED数码管的话,所需数码管较多,而且不利于控制,因此选择LCD1602乍为显
示模块。
DS1302是一款高性能的实时时钟芯片,以计时准确、接口简单、使用方便、工作电压范围宽和低功耗等优点,得到广泛的应用,实时时钟有秒、分、时、星期、日、月和年,月小于31天时可以自动调整,并具有闰年补偿功能,而且在掉电时能够在外部纽扣电池的供电下继续工作。
单片机有定时器的功能,但时间误差较大,且需要编写时钟程序,因此采用DS1302作为时钟电路。
对比以上方案,结合设计技术指标与要求我们选择了方案2进行设计。
3.3逻辑总框图
图3-1逻辑总框图
4设计原理分析
4.1主控制系统
单片机中央处理系统的方案设计,选用AT89C52单片机作为中央处理器,
如图4-1所示。
该单片机除了拥有MCS-51系列单片机的所有优点外,内部还具有8K的在系统可编程FLASH存储器,低功耗的空闲和掉电模式,极大的降低了电路的功耗,还包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件,其硬件能符合整个控制系统的要求,不需要外接其他存储器芯片和定时器件,方便地构成一个最小系统。
整个系统结构紧凑,抗干扰能力强,性价比高。
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9-33:
333
FPFFPFFP
图4-1主控芯片
4.2时钟振荡电路
时钟振荡电路图4-2所示,时钟振荡电路用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号,电路由两个30pF的瓷片电容和一个12MHZ勺晶振组成,并接入到单片机的XTAL1和XTAL2引脚处,使单片机工作于内部振荡模式。
此电路在加电后延迟大约10ms振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。
电路中两个电容C1、C2的作用使
电路快速起振,提高电路的运行速度。
•——勺Ok
■C3-■
册
22uF
始工作后,当高电平的时间超过大约
2us时,即可实现复位。
此复位电路为上电
复位,较为简单。
若改进可以添加手动复位的功能,上电复位发生在开机加电时,由系统自动完成,手动复位通过一个按键来实现,在程序运行时,若遇到死机,死循环或程序“跑飞”等情况,通过手动复位就可以实现重新启动的操作。
手动
按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。
一般采用的办法是在RST
端和正电源VCC之间接一个按钮和一个电阻。
4.4DS1302时钟电路
时钟电路主要由时钟芯片DS1302备用电池、晶振等几部分组成,如图4-5所示。
DS1302采用3线串行接口,占用引脚少,内部集成了可编程日历时钟,用户可以根据需要通过单片机的控制来自行设置,支持双电源供电,可以使用外
U2
X2:
O
AT89CE
P1jO
P1.1
P15
P1^3
P14
P1jO
P1.6
Fl.7
X21/D
SCLKRS?
VCC2
XIVCC1
部主电源和备用电源,备份电源能够使时钟芯片继续工作。
图4-4ds1302图4-5ds1302
DS1302各引脚的功能为:
8:
Vcc1:
备用电池端;
1:
Vcc2:
5V电源。
当Vcc2>Vcc1+0.2V时,由Vcc2向DS1302供电,当Vcc2 7: SCLK: 串行时钟,输入; 6: I/O: 数据输入输出口; 5: CE/RST: 复位脚; 2、3: X1、X2是外接晶振脚(32.768KHZ的晶振); 4: 地(GND。 DS1302有关日历、时间的寄存器: 表4-1关于日历时间的寄存器 读寄存器 写寄存器 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 范围 81h 80h CH 10秒 秒 00-59 83h 82h 10分 分 00-59 85h 84h 12/24 0 10 时 时 1-12/0-23 AM/PM 87h 86h 0 0 10 日 日 1-31 89h 88h 0 0 0 10月 月 1-12 8Bh 8Ah 0 0 0 0 0 周日 1-7 8Dh 8Ch 10年 年 00-99 8Fh 8Eh WP 0 0 0 0 000 — 相关参数: 1、秒寄存器(81h、80h)的位7定义为时钟暂停标志(CH。 当初始上电时该位置为1,时钟振荡器停止,DS1302处于低功耗状态;只有将秒寄器的该位置改写为0时,时钟才能开始运行。 2、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 3、控制寄存器(8Fh、8Eh)的位7是写保护位(WP,其它7位均置为0。 在对任何的时钟和RAM勺写操作之前,WP^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。 也就是说在电路上电的初始态WP是1,这时是 不能改写上面任何一个时间寄存器的,只有首先将WF改写为0,才能进行其它 寄存器的写操作。 DS1302读写时序 DS1302是SPI总线驱动方式。 它不仅要向寄存器写入控制字,还需要读取相应寄存器的数据。 DS1302的控制字如表4-2: 表4-2控制字 76543210 1 RAM A4 A3 A2 A1 A0 RD CK 丽 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。 读数据: 读数据时在紧跟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,读出的数据是从最低位到最高位。 写数据: 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寸钟的 上升沿时,数据被写入DS1302数据输入也是从最低位(0位)开始 4.5按键电路 按键电路由四个轻触开关组成,如图4-7所示。 按键用来调整时间,其一 端直接接到单片机的端口,另一端接地,当按下按键时,相应的端口变为低电平, 通过一个与门只要这四个按键有一个按下就会在P3.2检测到一低电平就触发外 部中断0进入按键调节程序中,通过与个各键相连的端口P3.4_P3.7可以判断是 ■J.I P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6ZA14 P2.7/A15 pa.QjnRXp P3.1IZTXD P3.2/INT0 P3.a/1NT1 F3„-WTO F3..5/T1 P3TV而 23 2£ 25 23 27 23 反 选择所调节的对年月曰吋分): 常1—1K1-選翔 确定 -10"TT --K3, 心 -is 17 哪个键按下,从而作相应的操作。 图4-7按键电路 4.6显示电路 1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符。 显示电路采用LCD1602液晶显示,如图4-8所示,图中只画出了其相应的接口,3脚用于调节LCD1602的背光,4、5、6为LCD1602的控制口,用于控制其写入或是读出指令,7至14脚为LCD1602的数据口,将 数传送到LCD1602中0 LCD1 LMCICL 图4-8显示电路 -匸-娶 LCD1602勺特性: +5V电压,对比度可调; 内含复位电路; 提供各种控制命令,如: 清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能;有80字节显示数据存储器DDRAM 内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM个可由用户自定义的 5X7的字符发生器CGRAM 基本操作时序: 读状态: 输入: RS=LRW=HE=H输出: DBADB7狀态字; 写指令: 输入: RS=LRW=LE=T降沿脉冲,DBADB7指令码;输出: 无<读数据: 输入: RS=HRW=HE=H输出: DBADB7数据; 写数据: 输入: RS=HRW=LE=T降沿脉冲,DBADB7数据;输出: 无。 5流程图与软件设计 5.1软件流程图 图5-1软件流程图 按键的检测是通过中断的办法来实现,利用按键进行间调整。 K1按下则开 始设置时间及日期,同时在第一行最右端显示被选择的对象,第一次按下K1时,设置年份,若按下K3,则是减1操作,按下K2是加1操作,设置好年后,第二次按下K1时,则是设置月份,按K3减,按K2则加1,依次循环下去,则可以将时间和日期设置完毕,K4是确定键,设置好按下即可保存设置了。 5.2软件设计 软件总设计: 主程序首先对系统环境初始化,设置定时器TO工作模式为16 位定时/计数器模式,置位总中断允许位EA并对键盘端口置位,再对LCD1602初始化,DS1302初始化。 接着扫描键盘,在键盘程序里面是对时间、日期及闹钟的调整,最下面是时间的显示。 软件程序编写: 软件程序编写的好坏直接影响着系统运行情况的良好。 因本 程序涉及的模块较多,所以程序编写也采用模块化设计,C语言具有编写灵活、 移植方便、便于模块化设计的特点,所以本系统的软件采用C51编写。 程序代码见附录。 5.3软件调试 在软件调试过程中,当调节时间和日期后,单片机上电后更新的是PC的时 间,后来查找资料发现,是设置ds1302的问题 对于开发板上的液晶一般RW都接的地,故不需要读液晶状态,也不需要读忙,但在仿真中还是加上了这一部分。 还有一个问题,在按键操作时有时会出现功能不稳定,这是由于按键存在抖动,所以后来加个去抖动的延时后在判断,基本就可以解决问题。 6整体电路与仿真结果分析 电子万年历硬件电路图及仿真如图6-1所示,系统由AT89C52单片机,按键扫描电路、显示电路、时钟电路、晶振电路、复位电路及电源指示电路。 DATE11-12-25SUH TIME1&: 33: 47 I/O R^ir VCC2 K1 VCCl ■e 1" ■J ■5 Pld F15 mn FIjS ps.eznA Pd.7 FU.T/R^ JO2"11 ■LCUf UvO19l +5V -・4j-IDk C.3 ■■■riRi| ? ■. 13 >■«WC■'(4"J ■SB/■136JI/■茁◎■36dS/ ■2ira,■空2IV*/ .X2.|—|.. f.iaecsj. - 3D- IJ2 □■T4 aJG■V 咸 HI 仿真正确显示了时间,在LCD160冲正确显示了当前日期、时间,通过按按键K1,就可以开始设置时间,依次按K1依次在年、月、日、时、分之间切换,按K2键用于加1操作,K3键用于减1操作,K4是确定按钮。 仿真正确显示了时间和日期,符合设计的要求。 图6-1仿真结果 7结论与心得 通过这次单片机课程设计,我不仅加深了对单片机理论的理解,将理论很好 地应用到实际当中去,而且我还学会了如何去培养我们的创新精神,从而不断地 战胜自己,超越自己。 创新可以是在原有的基础上进行改进,使之功能不断完善,成为真己的东西。 这个设计过程中,我们通过在原有的计数器系统进行了改进,使之增添了暂停、计数、清零等的三个控制功能,使之成为一个更加适用,功能更加完备的属于自己的一个系统。 虽然这次课程设计中遇到不少问题,但是最终还是比较顺利的完成了设计要求,但是美中不足的是液晶显示的那个模块还存在问题,对于液晶显示的灰度调节还是存在问题,对于通过调节滑动变阻器来实现对液晶LCD1602的灰度控制目前还存在问题。 还有就是关于液晶LCD1602的安装也出现问题,出现安装安反。 经过这次课程设计,让我学习到关于液晶LCD的相关知识,还有就是关于时钟芯片DS1302的原理及其运用。 附录: 源程序 #include #include #defineuintunsignedint #defineucharunsignedchar sbit10=P1A0;//DS1302数据线 sbitSCLK=P1A1; //DS130时钟线 sbitRST=P1A2; //DS1302复位线 sbitRS=P2A0; //LCD数据/命令选择端 sbitRW=P2A1; //LCD读/写控制 sbitEN=P2A2; //LCD使能端 sbitK1=P3A4; //选择 sbitK2=P3A5; //加 sbitK3=P3A6; //减 sbitK4=P3A7; //确定 uchartCount=0; ucharMonthsDays[]={0,31,0,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31}; uchar*WEEK[]={"SUN","M0N","TUS","WEN","THU","FRI","SAT"}; ucharLCD_DSY_BUFFER1[]={"DATE00-00-00"};//显示格式 ucharLCD_DSY_BUFFER2[]={"TIME00: 00: 00"}; ucharDateTime[7];//所读取的日期时间 charAdjust_Index=-1;//当前调节的时间对象: ,,分,是,日, 月,年(1,2,3,4,6) ucharChange_Flag[]="-MHDM-Y";//(分,时,日,月,年)(不调节秒与周) /*延时程序*/voidDelayMS(uintms){ uchari; while(ms--){for(i=0;i<120;i++);}} //向DS1302写入一字节// voidWrite_A_Byte_TO_DS1302(ucharx) {uchari; for(i=0;i<8;i++){ IO=x&0x01;//每一位与1与存入IO中 SCLK=1;SCLK=0;//一个高脉冲将数据送入液晶控制器x>>=1;//右移 }} //从DS1302读取一字节// ucharGet_A_Byte_FROM_DS1302() {uchari,b=0x00; for(i=0;i<8;i++){ b|=_crol_((uchar)IO,i); SCLK=1;SCLK=0;//每一个高脉冲读取一位数据 } returnb/16*10+b%16;//返回BCD码 } //从DS1302指定位置读数据// ucharRead_Data(ucharaddr) { uchardat; RST=0;SCLK=0;RST=1;//RST高电平时读/写Write_A_Byte_TO_DS1302(addr);//先写入地址dat=Get_A_Byte_FROM_DS1302(); SCLK=1;RST=0; returndat; } //向DS1302某地址写入数据// voidWrite_DS1302(ucharaddr,uchardat){SCLK=0;RST=1; Write_A_Byte_TO_DS1302(addr);Write_A_Byte_TO_DS1302(dat); SCLK=0;RST=0;//高脉冲写入数据 } //设置时间// voidSET_DS1302() {uchari; //写控制字,取消写保护Write_DS1302(0x8E,0x00); //分时日月年依次写入for(i=1;i<7;i++) {//分的起始地址10000010(0x82),后面依次是时,日,月,周,年,写入地址每次递增2 Write_DS1302(0x80+2*i,(DateTime[i]/10<<4)|(DateTime[i]%10)); } Write_DS1302(0x8E,0x80);//加保护 } //读取当前日期时间// voidGetTime() {uchari; for(i=0;i<7;i++){DateTime[i]=Read_Data(0X81+2*i);} } //读LCD犬态// ucharRead_LCD_State() {ucharstate; RS=0;RW=1;EN=1;//输出: D0~D7犬态字 DelayMS (1); state=PO;//从P0口读LCD犬态 EN=0;DelayMS (1); returnstate; } //忙等待// voidLCD_Busy_Wait() { while((Read_LCD_State()&Ox8O)==Ox8O); DelayMS(5); } //向LCD写数据// voidWrite_LCD_Data(uchardat) { LCD_Busy_Wait(); RS=1;EN=0;RW=0;//写数据,EN为高脉冲, PO=dat;EN=1;DelayMS (1);EN=O; } //写LCD旨令// voidWrite_LCD_Command(ucharcmd) { LCD_Busy_Wait(); D0~D7数据 RS=O;EN=O;RW=O;//写指令,EN高脉冲,输出: P0=cmd;EN=1;DelayMS (1);EN=0; } //LCD初始化// voidInit_LCD() { Write_LCD_Command(0x38);//设置16*2显示,5*7点阵,8位数 DelayMS (1); Write_LCD_Command(0x01);// DelayMS (1); Write_LCD_Command(0x06);// DelayMS (1); Write_LCD_Command(0x0c);// DelayMS (1);} // //设置液晶显示位置 // voidSet_LCD_POS(ucharp){Write_LCD_Command(p|0x80);//} //----在LCD上显示字符串—— 显示清零,数据指针清零 写一个字符后地址指针自动加1设置开显示,不显示光标 相当于在0x80基础上加入位置量 -// 据接口 voidDisplay_LCD_String(ucharp,uchar*s) {uchari; Set_LCD_POS(p); for(i=0;i<16;i++) { Write_LCD_Data(s[i]);//在固定位置显示时间日期 DelayMS (1); } } //日期与时间值转换为数字字符// voidFormat_DateTime(uchard,uchar*a) { a[0]=d/10+
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