单片机课程设计.docx
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单片机课程设计
郑州轻工业学院
软件学院
单片机与接口技术课程设计总结报告
设计题目:
电子万年历
学生姓名:
系别:
专业:
班级:
学号:
指导教师:
2011年12月16日
洞洞板/万能板成品
图片左下角有地址-有录像
设计题目:
电子万年历
设计任务与要求:
1、显示年月日时分秒及星期信息
2、具有可调整日期和时间功能
3、增加闰年计算功能
方案比较:
方案一:
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。
方案二:
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。
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作为显示模块。
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二进行设计。
逻辑总框图:
该电子万年历的总体设计框图如图
(1)所示。
设计所需的元件:
元件名称型号数量/个
单片机AT89C521
时钟芯片DS13021
晶振12MHz1
晶振32.768kHz1
电容30pF2
电容22uF1
按键开关4
电阻10K9
滑动变阻器1K1
电池1.5V4
LCDLCD16021
电源Vcc+5V1
导线若干
单元电路设计:
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
(2)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。
2、时钟振荡电路
时钟振荡电路图(3)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的晶振组成,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。
图(3)时钟振荡电路图图(4)复位电路
3、复位电路
复位电路由电阻和极性电容组成,如图(4)所示,通过高电平使单片机复位,在时钟电路开始工作后,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、DS1302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(6)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(5)DS1302管脚图图(6)DS1302时钟电路
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: 图(7)DS1302有关日历、时间的寄存器 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。 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WP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的控制字如图(8): 图(8)DS1302的控制字图 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。 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时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入也是从最低位(0位)开始。 5、按键电路 按键电路由四个轻触开关组成,如图(9)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可以判断是哪个键按下,从而作相应的操作。 图(9)按键电路 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(10)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。 图(10)LCD1602显示电路 LCD1602的特性 +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,8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=L,RW=H,E=H;输出: DB0~DB7=状态字; 写指令: 输入: RS=L,RW=L,E=下降沿脉冲,DB0~DB7=指令码;输出: 无。 读数据: 输入: RS=H,RW=H,E=H;输出: DB0~DB7=数据; 写数据: 输入: RS=H,RW=L,E=下降沿脉冲,DB0~DB7=数据;输出: 无。 LCD1602的各种指令不再一一说明。 流程图与软件设计: 1、程序流程图 主程序首先初始化定时器、LCD1602及DS1302,然后就开始查询按键,有键按下则开始调整时间和日期,若没有按下,则执行下面的时间、日期的显示,最后依次循环这些相同的操作,相应流程图如图(11)所示: 图(12)程序流程图 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。 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T0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。 具体程序见附件一: 程序 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, 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(13)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。 仿真正确显示了时间,在LCD1602中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(13)电子万年历硬件电路图 结论与心得: 在这学期的课程序设计中,收获知识的同时,还收获了阅历,收获了成熟,通过查找大量资料,请教老师,以及不懈的努力,不仅培养了独立思考、动手制作的能力,在各种其它能力上也都有了提高。 更重要的是,在课程序设计里,我们学会了很多学习的方法,知道了理论和实践的巨大差别。 而这是以后最实用的,真的是受益匪浅。 要面对社会的挑战,只有不断的学习、实践,再学习、再实践。 同时在与老师和同学的交流过程中,互动学习,将知识融会贯通。 通过自己的努力,做出了一个万年历,对以后的学习是一个莫大的鼓舞,激起了我的学习兴趣和开发创新思维。 参考文献 图书类: [1]张毅坤陈善久,单片微型计算机原理及应用西安电子科技大学出版社 [2]张毅刚,,彭喜元,单片机原理与应用设计电子工业出版社 [3]赵建领薛园园,零基础学单片机C语言程序设计机械工业出版社 [4]周向红51单片机课程设计华中科技大学出版社, [5]郭天祥51单片机C语言教程-入门,提高,开发,拓展全攻略,电子工业出版社 [6]赵亮侯国锐.单片机C语言编程与实例人民邮电出版社 附实验源程序: #include #include #include #defineuintunsignedint #defineucharunsignedchar sbitIO=P1^0;//DS1302数据线 sbitSCLK=P1^1;//DS130时钟线 sbitRST=P1^2;//DS1302复位线 sbitRS=P2^0;//LCD数据/命令选择端 sbitRW=P2^1;//LCD读/写控制 sbitEN=P2^2;//LCD使能端 sbitK1=P3^4;//选择 sbitK2=P3^5;//加 sbitK3=P3^6;//减 sbitK4=P3^7;//确定 uchartCount=0; ucharMonthsDays[]={0,31,0,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31}; uchar*WEEK[]={"SUN","MON","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状态------------------// ucharRead_LCD_State() {ucharstate; RS=0;RW=1;EN=1;//输出: D0~D7=状态字 DelayMS (1); state=P0;//从P0口读LCD状态 EN=0;DelayMS (1); returnstate; } //-----------忙等待------------------// voidLCD_Busy_Wait() { while((Read_LCD_State()&0x80)==0x80); 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, P0=dat;EN=1;DelayMS (1);EN=0; } //-------------写LCD指令-------------------// voidWrite_LCD_Command(ucharcmd) { LCD_Busy_Wait(); RS=0;EN=0;RW=0;//写指令,EN高脉冲,输出: D0~D7=数据 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位数据接口 DelayMS (1); Write_LCD_Command(0x01);//显示清零,数据指针清零 DelayMS (1); Write_LCD_Command(0x06);//写一个字符后地址指针自动加1 DelayMS (1); Write_LCD_Command(0x0c);//设置开显示,不显示光标 DelayMS (1); } //------------------------------------------ //设置液晶显示位置 //------------------------------------------ voidSet_LCD_POS(ucharp){ Write_LCD_Command(p|0x80);//相当于在0x80基础上加入位置量 } //----在LCD上显示字符串---------// 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+'0'; a[1]=d%10+'0'; } //判断是否为闰年 ucharisLeapYear(uinty) {return(y%4==0&&y%100! =0)||(y%400==0);} //求自2000.1.1开始的任何一天是星期几 //函数没有通过,求出总天数后再求星期几 //因为求总天数可能会超出uint的范围 voidRefreshWeekDay() {uinti,d,w=5;//已知1999.12.31是周五 for(i=2000;i<2000+DateTime[6];i++) { d=isLeapYear(i)? 366: 365; w=(w+d)%7; } d=0; for(i=1;i {d+=MonthsDays[i];} d+=DateTime[3]; //保存星期,0~6表示星期日,星期一,二,...,六,为了与DS1302的星期格式匹配,返回值需要加1 DateTime[5]=(w+d)%7+1; } //*****年月日时分++/--********// voidDateTime_Adjust(charx) {switch(Adjust_Index) { case6: //年00-99 if(x==1&&DateTime[6]<99)DateTime[6]++; if(x==-1&&DateTime[6]>0)DateTime[6]--; //获取2月天数 MonthsDays[2]=isLeapYear(2000+DateTime[6])? 29: 28; //如果年份变化后当前月份的天数大于上限则设为上限 if(DateTime[3]>MonthsDays[DateTime[4]]) {DateTime[3]=MonthsDays[DateTime[4]];} RefreshWeekDay();//刷新星期 break; case4: //月01-12 if(x==1&&DateTime[4]<12)DateTime[4]++; if(x==-1&&DateTime[4]>1)DateTime[4]--; MonthsDays[2]=isLeapYear(2000+DateTime[6])? 29: 28; if(DateTime[3]>MonthsDays[DateTime[4]]) {DateTime[3]=Mont
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