《单片机原理与应用》课程设计-万年历和闹钟的设计.doc

武汉理工大学单片机原理与应用课程设计说明书1 相关软件介绍1.1 keil软件的介绍 keil c51是美国keil software公司出品的51系列兼容单片机c语言软件开发系统，与汇编相比，c语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。keil提供了包括c编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uvision）将这些部分组合在一起。运行keil软件需要win98、nt、win2000、winxp等操作系统。如果你使用c语言编程，那么keil几乎就是你的不二之选，即使不使用c语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。1.1.1 keil c51开发系统基本知识 1.系统概述：keil c51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到keil c51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。2.keil c51单片机软件开发系统的整体结构：c51工具包的整体结构，uvision与ishell分别是c51 for windows和for dos的集成开发环境(ide)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用ide本身或其它编辑器编辑c或汇编源文件。然后分别由c51及c51编译器编译生成目标文件(.obj)。目标文件可由lib51创建生成库文件，也可以与库文件一起经l51连接定位生成绝对目标文件(.abs)。abs文件由oh51转换成标准的hex文件，以供调试器dscope51或tscope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如eprom中。 3.使用独立的keil仿真器时注意事项：（1）仿真器标配11.0592mhz的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。（2）仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。（3）仿真芯片的31脚（/ea）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内rom，不能使用片外rom；但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部rom（其cpu的/ea引脚接至低电平）的目标系统中使用。1.1.2 keil软件的优点1. keil c51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 2.与汇编相比，c语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用c来开发，体会更加深刻。 keil c51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全windows界面。1.2 protues软件的介绍 proteus软件是英国labcenter electronics公司出版的eda工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它eda工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。proteus是世界上著名的eda工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到pcb设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、pcb设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086和msp430等，2010年又增加了cortex和dsp系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持iar、keil和mplab等多种编译器。 1.2.1 proteus功能特点proteus软件具有其它eda工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是： 原理布图 ；pcb自动或人工布线；spice电路仿真。其革命性的特点有：互动的电路仿真；用户可以实时采用诸如ram，rom，键盘，马达，led，lcd，ad/da，部分spi器件，部分iic器件。可以仿真51系列、avr、pic、arm、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，proteus建立了完备的电子设计开发环境。1.2.2 proteus功能模块1.智能原理图设计（isis）：（1）有丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件；（2）智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；（3）智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；（4）支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰； 可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的bmp图纸，可以方便地供word、powerpoint等多种文档使用。 2.完善的电路仿真功能（prospice）（1）prospice混合仿真：基于工业标准spice3f5，实现数字/模拟电路的混合仿真；（2）超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的spice文件自行设计仿真器件，labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；（3）多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频fm、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；（4）丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、spi调试器、i2c调试器等；（5）生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；（6）高级图形仿真功能（asf）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅里叶频谱分析等，还可以进行一致性分析。 3.独特的单片机协同仿真功能（vsm）:(1)支持主流的cpu类型：如arm7、8051/52、avr、pic10/12、pic16、pic18、pic24、dspic33、hc11、basicstamp、8086、msp430等，cpu类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持cortex、dsp处理器；（2）支持通用外设模型：如字符lcd模块、图形lcd模块、led点阵、led七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、rs232虚拟终端、电子温度计等等，其compim（com口物理接口模型）还可以使仿真电路通过pc机串口和外部电路实现双向异步串行通信；（4）实时仿真：支持uart/usart/eusarts仿真、中断仿真、spi/i2c仿真、mssp仿真、psp仿真、rtc仿真、adc仿真、ccp/eccp仿真；（5）编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、avr、pic的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如iar、keil和hitech）结合，进行高级语言源码级仿真和调试。 4.实用的pcb设计平台：（1）原理图到pcb的快速通道： 原理图设计完成后，一键便可进入ares的pcb设计环境，实现从概念到产品的完整设计； （2）先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局；支持无网络自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使pcb设计更为合理；（3）完整的pcb设计功能：最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3d 可视化预览；（4）多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括gerber文件的导入或导出，便利与其它pcb设计工具的互转（如protel）和pcb板的设计和加工。1.3 stc_isp简介stc-isp 是一款单片机下载编程烧录软件，是针对stc系列单片机而设计的，可下载stc89系列、12c2052 系列和12c5410等系列的stc单片机，使用简便，现已被广泛使用。 操作说明如下：(1) 打开stc-isp，如下图界面，在mcutype栏目下选中单片机，如stc89c52rc；(2) 根据您的9针数据线连接情况选中com端口，波特率一般保持默认，如果遇到下载问题，可以适当下调一些； (3) 先确认硬件连接正确，按如图点击“打开文件”并在对话框内找到您要下载的hex文件：(4) 按下图选中两个条件项，这样可以使您在每次编译keil时hex代码能自动加载到stc-isp，点击“download/下载”： (5) 手动按下电源开关便即可把可执行文件hex写入到单片机内；(6) 程序写入完毕，目标板开始运行程序结果。 图1.1 stc-isp界面图2 相关芯片介绍 2.1 stc89c52介绍stc89c52是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系统可编程flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统可编程flash，使得stc89c52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节flash，512字节ram， 32 位i/o 口线，看门狗定时器，内置4kb eeprom，max810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 stc89x52 可降至0hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu 停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35mhz，6t/12t可选。 特性如下：8k字节程序存储空间；512字节数据存储空间；内带4k字节eeprom存储空间；可直接使用串口下载。参数如下：（1）增强型8051 单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统8051。（2）工作电压：5.5v3.3v（5v 单片机）/3.8v2.0v（3v 单片机）。（3）工作频率范围：040mhz，相当于普通8051 的080mhz，实际工作 频率可达48mhz 。（4）用户应用程序空间为8k 字节。（5）片上集成512 字节ram（6）通用i/o 口（32 个），复位后为：p1/p2/p3/p4 是准双向口/弱上拉， p0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 i/o 口用时，需加上拉电阻。 （7）isp（在系统可编程）/iap（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（rxd/p3.0,txd/p3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片。（8）具有eeprom 功能。（9）具有看门狗功能。（10）共3 个16 位定时器/计数器。即定时器t0、t1、t2。（11）外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，power down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒。（12）通用异步串行口（uart），还可用定时器软件实现多个uar。（13）工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）。（14）pdip 封装。 图2.1 stc89c52引脚2.2 ds12c887芯片介绍 ds12c887实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替ibm pc上的时钟日历芯片ds12887，同时，它的管脚也和mc146818b、ds12887相兼容。由于ds12c887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决子“千年”问题； ds12c887中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年之久；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。在12小时制模式中，用am和pm区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种是用bcd码表示；ds12c887中带有128字节 ram，其中有11字节ram用来存储时间信息，4字节ram用来存储ds12c887的控制信息，称为控制寄存器，113字节通用ram使用户使用；此外用户还可对ds12c887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。2.2.1 ds12c887时钟芯片各寄存器各寄存器定义如下表所示：表2.1 ds12c887各寄存器定义表（1） 控制寄存器a：uip-更新位，用来表示芯片是否即将进行更新。当uip=1时，更新即将开始；当uip=0时，表示至少在244us内芯片不会更新，此时，时钟、日历和闹钟信息可以通过读/写相应的字节获得并设置。uip位为只读位并且不受复位信号的影响。通过把寄存器b中的set位设置为1，可以禁止更新并将uip位清零。dv2,dv1,dv0-这三位用来开/关晶体振荡器和复位分频器。当dv0 dv1 dv2=010时，晶体振荡器开启且保持时钟运行。（2）控制寄存器b:set-set=0，芯片更新正常进行；set-1，芯片更新被禁止。pie-pie=0，禁止周期中断输出到中断请求输出位；pie=1，允许周期中断输出到中断请求输出位。dm-dm=0，设置寄存器存储数据格式为bcd码格式；dmi=1，设置寄存器存储数据格式为二进制数据格式，此位不受复位信号影响。24/12-为1,24小时制；为0,12小时制。（3） 控制寄存器c:irqf-中断请求标志。（4） 控制寄存器d:vrt-vrt=0,表示内置电池能量耗尽，此时ram中数据的正确性就不能保证了。2.2.2 时序图分析mototola和intel模式总线读/写如下图所示：图2.2 motolola模式总线读/写时序图图2.3 intel模式总线读时序图图2.4 intel模式总线写时序图2.3 lcd16021602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。每位之间有一个点距的间隔 每行之间也有也有间隔 起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此 所以他不能显示图形（用自定义cgram，显示效果也不好）。1602lcd是指显示的内容为16x2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。目前市面上字符液晶绝大多数是基于hd44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于hd44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 2.3.1 lcd1602特性(1) +5v电压，对比度可调;(2) 内含复位电路;(3) 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;(4) 有80字节显示数据存储器ddram;(5) 内建有160个5x7点阵的字型的字符发生器cgrom;(6) 8个可由用户自定义的5x7的字符发生器cgram;（7）字符型lcd1602通常有14条引脚线或16条引脚线的lcd，多出来的2条线是背光电源线vcc(15脚)和地线gnd(16脚)，hd44780内置了ddram（显示数据存储ram）、cgrom（字符存储rom）和cgram（用户自定义ram）。ddram就是显示数据ram，用来寄存待显示的字符代码。共80个字节，其地址和屏幕的对应关系如下表： 表2.2 ddram地址与显示位置的对应关系表 2.3.2 lcd1602主要指令介绍och: 设置开显示，不显示光标；06h: 写一个字符后地址指针自动加1；01h：显示清零，数据指针清零。根据下面写时序图可知：写指令 输入：rs=l, r/=l,d0-d7=指令码，e=高脉冲 输出：d0-d7=数据写数据 输入：rs=h, r/=l,d0-d7=数据，e=高脉冲 输出：无 图2.5 1602液晶写操作时序图3 课程设计实现3.1 程序编译实现应该实现的功能设置如下：(1) 在正常工作时，lcd1602显示以hex中文件设置好的时间开始，不断更新显示时间，相当于一个时钟，在第二行以24进制显示时分秒的同时，还会在第一行显示年份、月份、日期以及星期，在秒显示不断跳动的同时，4个led灯循环闪。(2)按下s1键可以对显示进行设置，按一下，表示设置秒，按两下，表示设置分，如此一次设置时，星期，日，月，年，直到按下第八次，退出设置。按s2键表示光标位置的数字加，按s3键表示光标位置的数字减。(3)按下s4表示对闹钟时间的设置，然后按s1选择对时分秒的设置，再按一下s4，退出闹钟的设置。在所有的设置过程中，led灯灭，表示设置。在闹钟响的过程中，按四个键中的任意一个，都可以让闹钟停止响。如果没有按键，则蜂鸣器“滴滴”响30下，就自动停止闹钟响。程序清单如下：c程序代码：#include#includevoid delay(uint z) /延时函数uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void di() /蜂鸣器报警声音beep=0;delay(100);beep=1;void write_com(uchar com) /写液晶命令函数rs=0;lcden=0;p0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_data(uchar date) /写液晶数据函数rs=1;lcden=0;p0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init() /初始化函数uchar num;ea=1; /打开总中断ex1=1; /开外部中断1it1=1; /设置负跳变触发中断flag1=0; /变量初始化 t0_num=0;s1num=0;week=1;dula=0; /关数码管显示wela=0;lcden=0;rd=0;/以下几行在首次设置ds12c887时使用，以后不必再写入write_ds(0x0a,0x20); /打开振荡器write_ds(0x0b,0x26); /设置24小时模式，数据二进制格式，开启闹铃中断set_time(); /设置上电默认时间 / .write_com(0x38); /1602液晶初始化write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80); for(num=0;num15;num+) /写入液晶固定部分显示write_data(tablenum);delay(5);write_com(0x80+0x40);for(num=0;num11;num+)write_data(table1num);delay(5);void write_sfm(uchar add,uchar date) /1602液晶刷新时分秒函数，add为4时表示时，为7时表示分，为10时表示秒char shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+0x40+add);write_data(0x30+shi); write_data(0x30+ge);void write_nyr(uchar add,char date) /1602液晶刷新年月日函数，add为3时表示年，为6时表示月，为9时表示日 char shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+add);write_data(0x30+shi); write_data(0x30+ge);void write_week(char we) /1602液晶写星期显示函数 write_com(0x80+12);switch(we) case 1: write_data(m);delay(5); write_data(o);delay(5); write_data(n); break; case 2: write_data(t);delay(5); write_data(u);delay(5); write_data(e); break; case 3: write_data(w);delay(5); write_data(e);delay(5); write_data(d); break; case 4: write_data(t);delay(5); write_data(h);delay(5); write_data(u); break; case 5: write_data(f);delay(5); write_data(r);delay(5); write_data(t); break; case 6: write_data(s);delay(5); write_data(a);delay(5); write_data(t); break; case 7: write_data(s);delay(5); write_data(u);delay(5); write_data(n); break;void keyscan() if(flag_ri=1) if(s1=0)|(s2=0)|(s3=0)|(s4=0) /这里用来取消闹钟报警，按任意一键取消报警 delay(5); if(s1=0)|(s2=0)|(s3=0)|(s4=0) while(!(s1&s2&s3&s4); di(); flag_ri=0; /清除报警标志 else if(t0_num=30) flag_ri=0; t0_num=0; if(s1=0) /检测s1 delay(5);if(s1=0) s1num+; /记录按下的次数if(flag1=1) if(s1num=4) s1num=1; flag=1;while(!s1);di();switch(s1num) /光标闪烁定位 case 1: write_com(0x80+0x40+10); write_com(0x0f); break;case 2: write_com(0x80+0x40+7); break;case 3: write_com(0x80+0x40+4); break;case 4: write_com(0x80+12); break;case 5: write_com(0x80+9); break;case 6: write_com(0x80+6); break;case 7: write_com(0x80+3); break; case 8: s1num=0; write_com(0x0c); flag=0; write_ds(0,miao); write_ds(2,fen); write_ds(4,shi); write_ds(6,week); write_ds(7,day); write_ds(8,month); write_ds(9,year); break;if(s1num!=0) /只有当s1按下后，才检测s2和s3 if(s2=0) delay(1); if(s2=0) while(!s2); di(); switch(s1num) /根据功能键次数调节响应数值 case 1: miao+; if(miao=60) miao=0; write_sfm(10,miao); write_com(0x80+0x40+10); break; case 2: fen+; if(fen=60) fen=0; write_sfm(7,fen); write_com(0x80+0x40+7); break; case 3: shi+; if(shi=24) shi=0; write_sfm(4,shi); write_com(0x80+0x40+4); break; case 4: week+; if(week=8) week=1; write_week(week); write_com(0x80+12); break; case 5: day+; if(day=32) day=1; write_nyr(9,day); write_com(0x80+9); break; case 6: month+; if(month=13) month=1; write_nyr(6,month); write_com(0x80+6); break; case 7: year+; if(year=100) year=0; write_nyr(3,year); write_com(0x80+3); break; if(s3=0) delay(1); if(s3=0) while(!s3); di(); switch(s1num) case 1: miao-; if(miao=-1) miao=59; write_sfm(10,miao); write_com(0x80+0x40+10); break; case 2: fen-; if(fen=-1) fen=59; write_sfm(7,fen); write_com(0x80+0x40+7); break; case 3: shi-; if(shi=-1) shi=23; write_sfm(4,shi); write_com(0x80+0x40+4); break; case 4: week-; if(week=0) week=7; write_week(week); write_com(0x80+12); break; case 5: day-; if(day=0) day=31; write_nyr(9,day); write_com(0x80+9); break; case 6: month-; if(month=0) month=12; write_nyr(6,month); write_com(0x80+6); break; case 7: year-; if(year=-1) year=99; write_nyr(3,year); write_com(0x80+3); break; if(s4=0) delay(5);if(s4=0) flag1=flag1;while(!s4);di();if(flag1=0) /退出闹钟设置时保存数值 flag=0;write_com(0x80+0x40);write_data( );write_data( );write_com(0x0c);write_ds(1,miao);write_ds(3,fen);write_ds(5,shi);else /进入闹钟设置 read_alarm(); /读取原始数据miao=amiao; /重新赋值用以按键调节fen=afen;shi=ashi;write_com(0x80+0x40);write_data(r);write_data(i);write_com(0x80+0x40+4);write_sfm(4,ashi);write_sfm(7,afen);write_sfm(10,amiao);void write_ds(uchar add,uchar date) /写12c887函数dscs=0;dsas=1;dsds=1;dsrw=1;p0=add;dsas=0;dsrw=0;p0=date;dsrw=1;dsas=1;dscs=1;uchar read_ds(uchar add) /读12c887函数 uchar ds_date;dsas=1;dsds=1;dsrw=1;dscs=0;p0=add;dsas=0;dsds=0;p0=0xff;ds_date=p0;dsds=1;dsas=1;dscs=1;return ds_date;/首次操作12c887时给予寄存器初始化void set_time()write_ds(0,0);write_ds(1,0);write_ds(2,0);write_ds(3,1);write_ds(4,14);write_ds(5,14);write_ds(6,3);write_ds(7,20);write_ds(8,6);write_ds(9,12);/.void read_alarm() amiao=read_ds(1);afen=read_ds(3);ashi=read_ds(5);void main() init();while(1) led1=0;led2=0;led3=0;led4=0; keyscan();if(flag_ri=1) di();delay(100);di();delay(500); t0_num+;if(flag=0&flag1=0) keyscan();year=read_ds(9);month=read_ds(8);day=read_ds(7);week=read_ds(6);shi=read_ds(4);fen=read_ds(2);miao=read_ds(0);write_sfm(10,miao);write_sfm(7,fen);write_sfm(4,shi);write_week(week);write_nyr(3,year);write_nyr(6,month);write_nyr(9,day);led1=1;delay(100);led1=0;led2=1;delay(100);led2=0;led3=1;delay(100);led3=0;led4=1;delay(100);led4=0; void exter() interrupt 2 uchar c;flag_ri=1;c=read_ds(0x0c);头文件代码：#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dula=p26;sbit wela=p27;sbit rs=p35;sbit lcden=p34;sbit s1=p30; /功能键sbit s2=p31; /增大键sbit s3=p32; /减小键sbit s4=p36; /闹钟查看键sbit rd=p37;sbit beep=p23; /蜂鸣器sbit dscs=p14;sbit dsas=p15;sbit dsrw=p16;sbit dsds=p17;sbit d