课程设计（论文）-电子万年历的设计与制作.docx

河北建筑工程学院课程设计书课程名称： 电子万年历的设计与制作 院 系：电气工程学院 专 业：电子信息工程 班 级：电子132 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称：讲 师 2016年7月1日25目录第一章 设计方案 11.1 设计方案1第二章 元器件简介 22.1单片机at89c52介绍 22.2 时钟日历芯片ds12887 42.3 液晶显示器lm016l7第三章 硬件电路设计93.1硬件设计 93.2 时钟芯片电路 103.3液晶显示器lm016l11第四章 软件体统设计124.1程序流程图12第五章 总结13附录一14附录二15附录三16参考文献25单片机原理及应用课程设计报告第一章 设计方案1.1 设计方案1.1.1 设计要求内定时间为2000年1月1日12点00分00秒，提供给新产品或换电池时使用。时间调整：开机时，光标停在“年”，移动光标依次修改年、月、日、时、分、秒。每按p1.0一次，光标依年、月、日、时、分、秒顺序移动。每按p1.1一次，光标所在位置的值加1。每按p1.2一次，光标所在位置的值减1。采用lcd液晶显示器显示。1.1.2设计方案以单片机at89c52为主控芯片，外围采用时钟芯片ds12c887，单片机p0口接ds12c887，p1.0口至p1.3口接按键，p1.4口至p1.7口分别接ds12c887的cs口、as口、rw口、ds口。p2口接液晶显示器lm016l的d0至d7口，p3.3口接ds12c887的irq口，p3.4口、p3.5口分别接lm016l的e口和rs口。1.1.3 方案系统框图 系统总体框图如图1.1图 1.11.1.4 整体功能说明本设计方案基于时钟芯片ds12c887做万年历设计。当程序执行后，lcd显示即时时间、年月日、星期、温度。设置4个按键，s1：设置键s2：上调键；s3：下调键；s4：复位键。操作按键可以重新设置时间、星期、日期。第二章 元器件简介2.1 单片机at89c52介绍at89c52是美国atmel公司生产的低电压,高性能cmos 8位单片机,片内含8k的可反复擦写的只读程序存储器(perom)和256 bytes的随机存取数据存储器(ram),器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准mcs-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（cpu）和flash存储单元，功能强大at89c52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。引脚功能如图2.1所示图 2.12.1.2 at89c52单片机功能特性概述 at89c52提供以下标准功能：8k字节flash闪速存储器，256字节内部ram，32个i/o口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，at89c52了降至0hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止cpu的工作，但允许ram，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存ram中的内容。但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。2.1.3 at89c52单片机主要引脚功能介绍 at89s52单片机共有4个双向的8位并行i/o端口（port），分别记作p0-p3，共有32根口线，各口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器所组成。这四个口除了按字节寻址以外，还可以按位寻址。由于它们在结构上有一些差异，故各口的性质和功能有一些差异。 p0口：p0口是一组8位漏极开路型双向i/o口，也即为地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个ttl逻辑门电路，对端口p0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 p1口：p1是一个带内部上拉电阻的8位双向i/o口，p1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。p1.0和p1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（p1.0/t2）和输入（p1.1/t2ex）。 p2口：p2是一个带有内部上拉电阻的位双向i/o口，p2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 p3口：p3是一个带有内部上拉电阻的位双向i/o口，p3的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对p3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流。其最重要的用途是它的第二功能。其主要第二功能如表格2.1所示。表格2.1端口引脚功能p3.0rxd 串行输入口p3.1txd串行输出口p3.2/int0外中断0p3.3/int1外中断1p3.4t0定时器/计时器0p3.5t1定时器/计时器1p3.6/wr外部数据存储器写选通p3.7/rd外部数据存储器读选通/ea/vpp：外部访问允许。欲使cpu仅访问外部程序存储器，/ea端必须保持低电平（接地）。 xtal1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 xtal2：振荡器反相放大器的输出端。2.1.4单片机应用单片机的应用范围很广，在以下各个领域有广泛的应用：1、工业自动化。主要是过程控制技术、数据采集、测控技术和机电一体化技术（机器人）2、智能仪器仪表。用于提高仪器的精度和准确度。3、消费类电子产品。主要是家电领域。像洗衣机、电冰箱、空调、电视、微波炉、手机、ic卡、汽车电子设备等。4、通信方面。用于调制解调器、程控交换技术以及各种通信设备。5、武器装备。飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷制导、智能武器装备、航天飞机导航系统等都有单片机深入其中。6、终端机外部设备控制。计算机网络终端设备如银行终端以及计算机外部设备，如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等，在这些设备中都使用了单片机。7、多机分布式系统。可用单片机构成分布式测控系统，它使单片机进入了一个新的水平。2.2时钟日历芯片ds12887能够自动产生年、月、日、时、分、秒等时间信息，芯片内部带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息能够保持10年之久；有12小时制和24小时制两种工作模式；时间的表示方法有两种：二进制数表示和bcd码表示。用户可对ds12887进行编程以实现多种方波输出，用户可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。 2.2.1 引脚说明ds12c887引脚图如图2.2图2.21、vcc：直流电源+5v输入 当vcc输入为+5v时，用户可以访问ds12887内ram中的数据，并可对其进行读、写操作；当vcc的输入小于+4.25v时，禁止用户对内部ram进行读、写操作，此时用户不能正确获取芯片内的时间信息；当vcc的输入小于+3v时，ds12887会自动将电源切换到内部自带的锂电池上，以保证内部的电路能够正常工作2、 gnd：地3、mot：总线模式选择.当mot接vcc时选用motorola总线模式，当mot接gnd时选用intel总线模式。4、sqw：方波输出。当供电电压vcc大于4.25v时，sqw脚可进行方波输出，此时用户可以通过对控制寄存器编程来得到13种方波信号的输出。5、 ad0ad7：双向地址/数据总线。6、 as：地址有效输入。7、ds/rd：数据选通/读允许。当mot接vcc时作为数据选通；当mot接gnd时，作为读允许输入。8、r/w：读/写允许输入。若mot接vcc，该引脚为高电平时读操作，为低电平时写操作；若mot接gnd，该引脚作为写允许输入。9、 cs：片选输入。低电平有效。10、irq：中断请求输出。低电平有效。11、reset：复位端。低电平有效，复位操作不影响时钟日历工作。12、nc：空引脚。2.2.2 存储器分配与设置ds12887片内ram与寄存器地址分配见图2.3。图2.3 ds12887带有128字节片内ram：1、10字节的时标寄存器：用来存储时间信息，地址00h09h。cpu可以通过读取时标寄存器获得时间与日历值，也可以编程设置其初值，时标寄存器的值可以用二进制或bcd码表示。4字节的控制寄存器：用来存储控制信息，地址0ah0dh。用户可通过对控制寄存器编程实现从sqw引脚输出多种不同频率的方波，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。114字节作为通用ram供用户使用，地址为0eh7fh2、uip：更新周期标志。当uip=1时，表示芯片正处于或即将开始更新周期，在此期间不允许读写时标寄存器；当uip=0时，表示没有更新周期，此时可读时标寄存器。3、dv2dv0：芯片内部振荡器rtc控制位。当芯片复位后500ms开始第一个更新周期。将这3位设置成010，可使芯片以内置的32.768khz的振荡频率工作。3、 rs3rs0：周期中断可编程方波输出速率选择位。5、set：允许更新周期位。可读/写，不受信号的影响。当set=0时，芯片处于正常更新状态；当set=1时，芯片正常更新被禁止。6、pie、aie、uie：分别为周期中断、闹钟中断、更新周期结束中断允许位。各位分别为“1”时允许发出相应的中断，由端输出。其中，uie位在复位或设置set为1时清零。7、sqwe：方波输出允许位。当sqwe=1，按寄存器a输出速率选择位所确定的频率输出方波；当sqwe=0，sqw脚保持低电平。8、dm：时标寄存器格式选择位。dm=0，为bcd码；dm=1，为二进制码。9、24/12：24小时或12小时模式设置位。24/12=1，选择24小时工作模式；24/12=0，选择12小时工作模式。10、dse：夏令时允许标志位。当dse=1时，夏时制设置有效。在四月的第一个星期日的1:59:59 am，调到3:00:00 am；在十月的最后一个星期日的1:59:59 am，调到1:00:00 am；当dse=0无效。寄存器c 为中断标志位寄存器。11、irqf：中断申请标志位。该位逻辑表达式为：irqf = pf pie+af aie+uf uie。当irqf=1时，irq引脚将输出低电平。pf、af、uf：这三位分别为周期中断、闹钟中断、更新周期结束中断标志位。只要满足各中断的条件，相应的中断标志位将置“1”。10、 vrt：芯片内部ram与寄存器内容有效标志位。该位为“1”时，表示芯片内部ram和寄存器内容有效。读该寄存器后，该位将自动置“1”。2.2.3 应用 在各种设备、家电、仪器、工业控制系统中，可以很容易地用ds12c887来组成时间获取单元，以实现各种时间的获取是用89c52单片机和 ds12c887构成的时间获取电路图，其中ds12c887的基地址为7f00h，相应的程序采用c51语言编写（以intel工作模式为例）2.3 液晶显示器lm016l2.3.1 lm016l引脚第1脚：vss为地电源。第2脚：vdd接5v正电源。 第3脚：vl为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度。 第4脚：rs为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：r/w为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当rs和r/w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r/w为高电平时可以读忙信号，当rs为高电平r/w为低电平时可以写入数据。 第6脚：e端为使能端，当e端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第714脚：d0d7为8位双向数据线。 第15脚：背光源正极。 第16脚：背光源负极引脚图如图2.4 图2.42.3.2控制命令如表格2.2表格2.2序号指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d0功能1复位显示器0000000001清屏，光标归位2光标返回000000001*设置地址计数器清零，ddram数据不变，光标到左上角3字符进入模式00000001i/ds设置字符肌肉是的屏幕移位方式4显示开关控制0000001dcb设置显示、光标、闪烁开关5光标或字符移位000001s/cr/l*设置字符与光标移动6功能设置00001dlnf*设置dl，显示行数，字体7设置字符发生存储发生存储器地址0001字符发生存储器地址设置6位cgram地址以读/写数据8设置数据存储器地址001显示数据存储器地址设置7位cgram地址以读/写数据9读忙标标志或地址01bf计数器地址读忙标志及地址计数器10写数据到cgam或ddram10写入一字符数据，需要先设置ram地址向cgram/ddram写入一字节的数据11从cgram或ddram读数据11读器入一字符数据，需要先设置ram地址向cgram/ddram读取一字节的数据i/d=1递增，i/d=0递减。s=0时显示屏不移动，s1=1时，如果i/d=1且有字符写入时显示屏左移，否则右移。d=1显示屏展开，d=0显示屏关。c=1时光标出现在地址计数器所指的位置，c=0时光标不出现。b=1时光标闪烁，b=0时光标不闪烁。s/c=0时，rl=0则光标左移，否则右移。s/c=1时，rl=0则字符和光标左移，否则右移。dl=1时数据长度为8位，dl=0时为使用d7-d4共4位，分两次送一字节。n=0为单行显示，n=1是为双行显示。f=1时为510点阵字体，f=0时为57点阵字体。bf=1时lcd忙，bf=0时lcd就绪。第三章 硬件电路设计3.1硬件设计3.1.1整体电路图本系统整体电路图见附录二。3.1.2单片机最小系统 本系统以at89c52单片机为核心，本系统选用12mhz的晶振，使得单片机有合理的运行速度。起振电容30pf对振荡器的频率高低、振荡器的稳定性和起振的快速性影响较合适，复位电路为按键高电平复位。at89c52单片机最小系统电路设计如图3.1所示:图 3.1图3.23.1.3 复位电路单片机复位的条件是当单片机振荡器工作时，rst引脚上出现持续两个机器周期的高电平，从而实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，rst引脚上高电平必须持续10ms以上才能保证有效复位。 stc89c52的复位是由外部的复位电路来实现的。电路图如图3.2。3.1.4晶振电路晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。晶振电路中接在晶振旁的两个电容，叫负载电容。一般单片机的晶振工作于并联谐振状态，也可以理解为谐振电容的一部分。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，c2、c3可在30pf时振荡器有较高的频率稳定性电路图如图3.3。图3.33.2 时钟芯片电路 本系统采用ds12c887时钟芯片定时及计时功能，ds12c887时钟芯片共需要13条信号线。gnd、 vcc：直流电源，其中vcc接+5v输入，gnd接地，当vcc输入为+5v时，用户可以访问ds12c887内ram中的数据，并可对其进行读、写操作；当vcc的输入小于+4.25v时，禁止用户对内部ram进行读、写操作，此时用户不能正确获取芯片内的时间信息；当vcc的输入小于+3v时，ds12c887会自动将电源发换到内部自带的锂电池上，以保证内部的电路能够正常工作 mot：模式选择脚。sqw：方波输出脚，当供电电压vcc大于4.25v时，sqw脚可进行方波输出。ad0ad7：复用地址数据总线，该总线采用分时复用技术，在总线周期的前半部分，出现在ad0ad7上的是地址信息，可用以选通ds12c887内的ram，总线周期的后半部分出现在ad0ad7上的数据信息 as：地址选通输入脚。ds/rd：数据选择或读输入脚，该引脚有两种工作模式，当mot接vcc时，选用motorola工作模式，在这种工作模式中，每个总线周期的后一部分的ds为高电平。在读操作中，ds的上升沿使ds12c887将内部数据送往总线ad0ad7上，以供外部读取在写操作中，ds的下降沿将使总线 ad0ad7上的数据锁存在ds12c887中。当mot接gnd时，选用intel工作模式，在该模式中，该引脚是读允许输入脚 r/w：读/写输入端，该管脚也有2种工作模式，当mot接vcc时，r/w工作在motorola模式cs：片选输入，低电平有效 irq：中断请求输入，低电平有效，该脚有效对ds12c887内的时钟、日历和ram中的内容没有任何影响，仅内部的控制寄存器有影响，在典型的应用中，reset可以接vcc，这样可以保证ds12c887在掉电时，其内部控制寄存器不受影响。ds12c887电路如图3.4所示：图3.4 图3.53.3液晶显示器lm016l液晶显示器lm016l的vss脚接地，vdd脚接电源，vee脚接一可变电阻接地，rs脚接单片机p3.5脚，e脚接单片机p3.4脚，d0至d7脚接单片机的p2.0至p2.7脚。液晶显示器lm016l电路图如图3.5。第四章 软件体统设计4.1程序流程图4.1.1主程序流程图如图4.1图4.1 图4.24.1.2 ds12c887程序流程图如图4.2。4.1.3lm016l程序流程图如图4.3。图4.3 图4.44.1.4键盘流程图如图4.4。完整源程序见附录三。第五章 总结本次课程设计使用ds12c887时钟芯片设计制作万年历，在此过程中使用了protuse和keil软件，对电路的仿真和程序编程有了更深的理解。使用到了单片机st89c52、时钟芯片ds12c887和液晶显示器lm016l,对这些元器件的引脚功能和原理有了更深的学习。在设计电路图时查阅了大量的资料，找到了设计的基本思路，随后画出电路图。在写编程程序时遇到了问题，当下载程序后出现了液晶显示器闪烁的现象还有时间不走的问题，由于时间有限，经查阅和请教并没有找到解决方法，但是在过程中也是学到很多东西。感觉收获很多，感触也很多。随着单片机性能的不断提高、不断克服和弥补自身不足。在各种控制领域，单片机将拥有更加广阔的使用天地。在很长的一段时间内，它将是工程设计人员首选控制芯片之一。所以我们这个专业的学生必须要学好单片机，掌握设计电路，编写程序的技能。附录一元器件清单如表格附录一。表格附录一原件名称个数ad89c521ds12c8871lm016l1按键开关512m晶振110k电阻410k可变电阻110uf电解电容130pf瓷片电容2pnp管1阻排1附录二整体电路图如图附录二。图附录二附录三完整程序如下#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit rs=p35;sbit lcden=p34;sbit s1=p10;sbit s2=p11;sbit s3=p12;sbit dscs=p14;sbit dsas=p15;sbit dsrw=p16;sbit dsds=p17;sbit dsirq=p33;bit flag1,flag_ri;uchar count,s1num,flag,t0_num,key;char miao,fen,shi,year,month,day,week,amiao,ashi,afen;uchar code table=2000-01-01 sta;uchar code table1= 12:00:00 ;void write_ds(uchar,uchar);uchar read_ds(uchar);void set_time();void delay(uint z) /延时函数uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar com)/写液晶命令函数rs=0;lcden=0;p2=com;delay(3);lcden=1;delay(3);lcden=0/delay(3);void write_date(uchar date) /写数据函数rs=1;lcden=0;p2=date;delay(3);lcden=1;delay(3);lcden=0;delay(3);void init()uchar num;ea=1; /打开中断ex1=1; /开外部中断it1=1; /设置负跳变沿触发中断flag1=0; /变量初始化t0_num=0;s1num=0;week=1;lcden=0;/首次ds12c887使用时write_ds(0x0a,0x20);write_ds(0x0b,0x26);set_time();write_com(0x38); /lm016l液晶初始化write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);for(num=0;num15;num+) /写液晶固定部分显示write_date(tablenum);delay(1);write_com(0x80+0x40);for(num=0;num11;num+)write_date(table1num);delay(1);void write_sfm(uchar add,uchar date) /lm016l液晶刷新时分秒函数4为时，7为分，10为秒uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+0x40+add);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge);void write_nyr(uchar add,uchar date)/lm016l液晶刷新年月日函数3为年，6为分，9为秒uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+add);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge);void write_week(char we) /写液晶显示函数write_com(0x80+12);switch(we)case 1:write_date(m);delay(5);write_date(o);delay(5);write_date(n);break;case 2:write_date(t);delay(5);write_date(u);delay(5);write_date(s);break;case 3:write_date(w);delay(5);write_date(e);delay(5);write_date(d);break; case 4:write_date(t);delay(5);write_date(h);delay(5);write_date(u);break;case 5:write_date(f);delay(5);write_date(r);delay(5);write_date(i);break;case 6:write_date(s);delay(5);write_date(a);delay(5);write_date(t);break;case 7:write_date(s);delay(5);write_date(u);delay(5);write_date(n);break;void keyscan()if(s1=0) /检测s1delay(5);if(s1=0)s1num+;/记录次数if(flag1=1)if(s1num=4)s1num=1;flag=1;while(!s1);switch(s1num) /闪烁定位点定位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) /当s1按下时，才检测s2和s3if(s2=0)delay(1);if(s2=0)while(!s2);switch(s1num)/根据功能键次数调节相应数值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);switch(s1num) /根据功能键调节相应数值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;void write_ds(uchar add,uchar date)/写12c887函数dscs=0;dsas=1;dsds=1;dsrw=1;p0=add; /先写地址dsas=0;dsrw=0;p0=da