课程设计（论文）-基于ATMEGA16单片机的可调日历.doc

信息工程学院课程设计（论文）信息工程学院课程设计报告书题目: 基于atmega16单片机的可调日历 专 业： 电子信息科学与技术 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2010年 9月 25日 信息工程学院课程设计任务书学 号学生姓名专业（班级）设计题目基于atmega16单片机的可调日历设计技术参数 1. 一片avr系列的atmega16单片机做主控制器； 2. 一片时钟芯片ds1302可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能； 3. 一块lcd显示屏可以显示中文、数字； 4. 5个静态扫描的按键组成调节键盘。设计要求1. 基于avr系列的单片机进行的电子日历的设计；2. 可以显示年月日时分秒及周信息，以及闰年补偿；3. 具有可调整日期和时间功能；工作量 1. 绘出硬件电路图； 2. 编写控制程序； 3. 给出系统仿真； 4. 完成课程设计报告。工作计划 1. 9月1日、2日查找资料给出设计题目； 2. 9月3日9月9日作出设计方案； 3. 9月10日9月16日初步完成电路设计； 4. 9月17日9月20日完成软件及系统设计； 5. 9月21日9月25日完成设计报告。参考资料1康华光，陈大钦. 电子技术基础模拟部分（第五版）m. 北京：高等教育出版社，20052刘勇. 数字电路 m.北京：电子工业出版社，20043陈正振. 电子电路设计与制作 m.广西：广西交通职业技术学院信息工程系出版， 20074王法能. 单片机原理及应用 m. 北京：科学出版社， 2004指导教师签字教研室主任签字 2010年9月25日 学生姓名： 学号： 专业（班级）： 课程设计题目： 基于atmega16单片机的可调日历 指导教师评语： 成绩： 指导教师： 2010年 9月 25日27 摘要 随着科技的快速发展，时间的流逝,从观察太阳、摆钟到现在的电子钟，人类不断研究，不断创新纪录。美国dallas公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟电路ds1302。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，而且ds1302时钟的使用寿命长，误差小。对于数字电子万年历采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、周日、时、分、秒和温度等信息，还具有时间校准等功能。该电路采用atmega16单片机作为核心，功耗小，能在3v的低压工作，电压可选用35v电压供电。 综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。本设计是基于avr系列的单片机进行的电子万年历设计，可以显示年月日时分秒及周信息，具有可调整日期和时间功能。在设计的同时对单片机的理论基础和外围扩展知识进行了比较全面准备。在硬件与软件设计时，没有良好的基础知识和实践经验会受到很大限制，每项功能实现时需要那种硬件，程序该如何编写，算法如何实现等，没有一定的基础就不可能很好的实现。关键词：avr、ds1302时钟、lcd显示、可调节。abstractwith the rapid development of science and technology, the passage of time, from the observation of the sun, the pendulum clock to the present, humans continue to research, innovation record. dallas launched with the united states juan thin current charge to low-power real time clock circuit ds1302. it can be year, month, day, sunday, hours, minutes, seconds for time, but also has leap-year compensation, and other functions, and the ds1302s long life, small error. for digital electronic calendar using an intuitive digital display that can display year, month, day, sunday, hours, minutes, seconds, and temperature and other information, also has the time calibration and other functions. this circuit uses the atmega16 microcontroller as the core, power consumption, low-voltage work in 3v, the voltage can choose 3 5v supply voltage.this calendar has a convenient summary read, intuitive display, versatile, circuit simplicity, low cost and many other advantages, in line with the development trend of electronic instrumentation, and has broad market prospects.the design is based on the avr microcontroller series, the design of electronic calendar, you can display year, month, day, hour and weekly information, date and time with adjustable features. while in the design of the theoretical basis of the mcu and peripheral expansion of a more comprehensive knowledge of preparation. hardware and software design, without good basic knowledge and practical experience will be very limited, each feature is required to achieve the kind of hardware, procedures, how to write, how to implement such algorithms, there can not be a good basis implementation.keywords: avr microcontroller, ds1302 clock, lcd display, adjustable.目录摘要i1引言12 方案论证22.1 单片机芯片的选择方案和论证22.2 显示模块选择方案和论证22.3 时钟芯片的选择方案和论证22.4 电路设计最终方案决定33 系统的硬件设计与实现43.1 电路设计框图43.2 系统硬件概述43.3 主要单元电路的设计43.3.1 单片机主控制模块的设计43.3.2 时钟电路模块的设计53.3.3 电路原理及说明54 系统的软件设计84.1 程序流程框图85 proteus软件仿真95.1proteus isis简介95.2proteus运行流程95.3proteus功能仿真106课程设计总结与体会12参考文献13附录一：系统电路图14附录二：系统程序141引言 随着科技的快速发展，时间的流逝,从观察太阳、摆钟到现在的电子钟，人类不断研究，不断创新纪录。美国dallas公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟电路ds1302。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，而且ds1302时钟的使用寿命长，误差小。对于数字电子万年历采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、周日、时、分、秒和温度等信息，还具有时间校准等功能。该电路采用atmega16单片机作为核心，功耗小，能在3v的低压工作，电压可选用35v电压供电。 综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。本设计是基于avr系列的单片机进行的电子万年历设计，可以显示年月日时分秒及周信息，具有可调整日期和时间功能。在设计的同时对单片机的理论基础和外围扩展知识进行了比较全面准备。在硬件与软件设计时，没有良好的基础知识和实践经验会受到很大限制，每项功能实现时需要那种硬件，程序该如何编写，算法如何实现等，没有一定的基础就不可能很好的实现。2 方案论证2.1 单片机芯片的选择方案和论证方案一: 采用89c51芯片作为硬件核心，采用flash rom，内部具有4kb rom 存储空间,能于3v的超低压工作,而且与mcs-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备isp在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二:采用atmega16, 16k字节的系统内可编程flash(具有同时读写的能力，即rww)，能以3v的超底压工作，同样具有89c51的功能，且具有在线编程可擦除技术，512 字节eeprom，1k 字节sram，32 个通用i/o 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的jtag 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(t/c),片内/外中断，可编程串行usart，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(tqfp 封装) 的adc ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个spi 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。所以选择采用atmega16作为主控制系统。2.2 显示模块选择方案和论证方案一： 采用led数码管动态扫描,led数码管价格适中,对于显示数字合适,采用动态扫描法与单片机连接时,虽然占用的单片机口线少，但连线还需要花费一点时间，所以也不用此种作为显示。方案二： 采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示。方案三： 采用lcd液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见，所以在此设计中采用lcd液晶显示屏。2.3 时钟芯片的选择方案和论证方案一： 直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大,所以不采用此方案。方案二： 采用ds1302时钟芯片实现时钟，ds1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年进行计数，而且精度高,位的ram做为数据暂存区，工作电压2.5v5.5v范围内，2.5v时耗电小于300na。2.4 电路设计最终方案决定综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用atmega16作为主控制系统; ds1302提供时钟;lcd液晶显示屏作为显示。3 系统的硬件设计与实现3.1 电路设计框图atmega16主控器时钟模块显示模块调节键盘图1系统原理图3.2 系统硬件概述本电路是由atmega16单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3v超低压工作；时钟电路由ds1302提供，它是一种高性能、低功耗、带ram的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5v5.5v。采用三线接口与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或ram数据。ds1302内部有一个31*8的用于临时性存放数据的ram寄存器。可产生年、月、日、周日、时、分、秒，具有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能；温度的采集由ds18b20构成；显示部份由lcd液晶显示屏显示。3.3 主要单元电路的设计3.3.1 单片机主控制模块的设计 atmega16单片机为40引脚双列直插芯片,有四个i/o口p0,p1,p2,p3, mcs-51单片机共有4个8位的i/o口（p0、p1、p2、p3），每一条i/o线都能独立地作输出或输入。单片机的最小系统如下图所示,18引脚和19引脚接时钟电路,xtal1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,xtal2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出。第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端。 如图2 所示：图2 主控制系统 3.3.2 时钟电路模块的设计图.3示出ds1302的引脚排列，其中vcc1为后备电源，vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。ds1302由vcc1或vcc2两者中的较大者供电。当vcc2大于vcc1+0.2v时，vcc2给ds1302供电。当vcc2小于vcc1时，ds1302由vcc1供电。x1和x2是振荡源，外接32.khz晶振。rst是复位/片选线，通过把rst输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。rst输入有两种功能：首先，rst接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当rst为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对ds1302进行操作。如果在传送过程中rsts置为低电平，则会终止此次数据传送，i/o引脚变为高阻态。上电动行时，在vcc大于等于2.5v之前，rst必须保持低电平。中有在sclk 为低电平时，才能将rst置为高电平，i/o为串行数据输入端（双向）。sclk始终是输入端。 图3 ds1302的引脚图3.3.3 电路原理及说明(1) 时钟芯片ds1302的工作原理： ds1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把sclk端置 “0”，接着把rst端置“1”，最后才给予sclk脉冲；读/写时序如下图4所示。ds1302的控制字的位7必须置1，若为0则不能把对ds1302进行读写数据。对于位6，若对程序进行读/写时ram=1，对时间进行读/写时，ck=0，位1至位5指操作单元的地址。位0是读/写操作位，进行读操作时，该位为1；该位为0则表示进行的是写操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。表.2为ds1302的日历、时间寄存器内容：“ch”是时钟暂停标志位，当该位为1时，时钟振荡器停止，ds1302处于低功耗状态；当该位为0时，时钟开始运行。“wp”是写保护位，在任何的对时钟和ram的写操作之前，wp必须为0。当“wp”为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。(2) ds1302的控制字节：ds1302控制字节的高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入ds1302中，位6如果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指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出(3) 数据输入输出（i/o）在控制指令字输入后的下一个sclk时钟的上升沿时，数据被写入ds1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个sclk脉冲的下降沿读出ds1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。(4) ds1302的寄存器ds1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为bcd码形式。此外，ds1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与ram相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 ds1302与ram相关的寄存器分为两类：一类是单个ram单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为c0hfdh，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的ram寄存器，此方式下可一次性读写所有的ram的31个字节，命令控制字为feh(写)、ffh(读)。 3.3.4 显示模块的设计如图.4为lcd显示模块，和最小系统上的连线一样，无需修改。图4 lcd液晶显示屏显示模块3.3.5调节键盘模块的设计 如图5为调节键盘模块，它具有选择调节对象按键、加键、减键、确定键、取消键。图5 调节键盘模块4 系统的软件设计4.1 程序流程框图初始化avr键盘扫描ds1302送值到avr是否按键按下？lcd显示是否开始图6-a主程序框架流程图开始初始化读日期、时间写日期、时间显示子程序键盘控制子程序日期修改子程序时间修改子程序显示结果返回图6-b主程序具体流程图5 proteus软件仿真5.1proteus isis简介proteus isis是英国labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于windows操作系统上，可以仿真、分析(spice)各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是：（1）全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。（2）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、rs232动态仿真、i2 c调试器、spi调试器、键盘和lcd系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。（3）目前支持的单片机类型有：arm7系列、68000系列、8051系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各种外围芯片。（4）支持大量的存储器和外围芯片。总之，该软件是一款集单片机和spice分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真arm、51、avr、pic。proteus启动画面：图7 proteus启动画面5.2proteus运行流程proteus isis的工作界面是一种标准的windows界面，如图所示。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。运行proteus程序后，进入软件的主界面。通过左侧工具栏中的p(从库中选择元件命令)命令，在pick devices 左侧窗口中选择所需元件的关键字，然后放置元件并调整方向和位置以及参数设置，最后进行连线。proteus isis的工作界面：图8 proteus isis的工作界面5.3proteus功能仿真proteus仿真效果最后载入hex文件后可以进行模拟仿真，可以全速运行也可以单步调试运行。图9运行按键上电后后led显示：图10调节秒钟：图11调节分钟：图12调节时钟：图13调节日期：图15调节月份：图16调节年份：图17点击确定键显示：图18按键功能自上而下依次为：选择修改项键、增大键、减小键、确定键、取消键。图196课程设计总结与体会制作这次课程设计一切都是从零开始，从最简单的画流程图起步，这次课程设计可以圆满完成，跟单片机课程里面的课外作业是离不开的。这次课程设计从开始到制作成功前后超过了一个星期。当电子万年历可以成功实现时，那种激动和喜悦只有自己可以体会。在整个设计过程中，充分发挥人的主观能动性，自主学习，学到了许多没学到的知识。较好的完成了设计，达到了预期的目的，完了最初的设想。对电路的设计、布局要先有一个好的构思，才显得电路板美观、大方。程序编写中，由于思路不清晰，开始时遇到了很多的问题，经过静下心来思考，和同学讨论，理清了思路，反而得心应手。在此次设计中，知道了做凡事要有一颗平常的心，不要想着走捷径，一步一脚印。也练就了我的耐心，做什么事都在有耐心。此次课程设计中学到了很多很多东西，这是最重要的。总之，此次课设使我的能力得到了全方位的提高，使得我的操作能力和专业技能都有了很大的提高。在做课程设计的日子里得到了杨老师的悉心指导和同学的帮助，在此向他们致以诚挚的谢意。感谢提供相关技术帮助的老师和同学，你们的支持和鼓励使我对这次的设计完成有了信心和动力，我在此深表谢意。参考文献1康华光，陈大钦. 电子技术基础模拟部分（第五版）m. 北京：高等教育出版社，20052刘勇. 数字电路 m.北京：电子工业出版社，20043陈正振. 电子电路设计与制作 m.广西：广西交通职业技术学院信息工程系出版， 20074王法能. 单片机原理及应用 m. 北京：科学出版社， 2004附录一：系统电路图附录二：系统程序/-/ 名称: 用ds1302与12864lcd设计的可调式电子日历与时钟/-/ 说明: 本例运行时会以pc时间为默认时间开始显示,运行过程中可以通过/ k1选择调节对象,所选中的调节对象反相显示,k2,k3进行加减,/ k4保存,k5则用于取消保存./ 本例自动将日期时间调节控制在合法范围内,星期调节会在调整/ 年月日时自动完成,闰年问题也能自动处理. / /-#include #include #include #include #define int8u unsigned char#define int16u unsigned int/按键定义/当前调节的时间对象:秒,分,时,日,月,年(0,1,2,3,4,6)/5对应星期,星期调节由年月日调节自动完成char adjust_index = -1;/一年中每个月的天数,2月的天数由年份决定int8u monthsdays = 0,31,0,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31;/所读取的日期时间(分别是秒,分,时,日,月,周,年)extern int8u datetime7;/在调节日期时间时,用该位决定是否反相显示extern int8u reverse_display ;/12864lcd及ds1302相关函数/以下点阵均用zimo软件提取/年月日,星期,时分秒汉字点阵(16x16)-prog_uchar date_time_words = /*-年-*/0x40,0x20,0x10,0x0c,0xe3,0x22,0x22,0x22,0xfe,0x22,0x22,0x22,0x22,0x02,0x00,0x00,0x04,0x04,0x04,0x04,0x07,0x04,0x04,0x04,0xff,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x00,/*-月-*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xff,0x11,0x11,0x11,0x11,0x11,0xff,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x40,0x20,0x10,0x0c,0x03,0x01,0x01,0x01,0x21,0x41,0x3f,0x00,0x00,0x00,0x00,/*-日-*/0x00,0x00,0x00,0xfe,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0xfe,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3f,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x3f,0x00,0x00,0x00,0x00,/*-星-*/0x00,0x00,0x00,0xbe,0x2a,0x2a,0x2a,0xea,0x2a,0x2a,0x2a,0x2a,0x3e,0x00,0x00,0x00,0x00,0x48,0x46,0x41,0x49,0x49,0x49,0x7f,0x49,0x49,0x49,0x49,0x49,0x41,0x40,0x00,/*-期-*/0x00,0x04,0xff,0x54,0x54,0x54,0xff,0x04,0x00,0xfe,0x22,0x22,0x22,0xfe,0x00,0x00,0x42,0x22,0x1b,0x02,0x02,0x0a,0x33,0x62,0x18,0x07,0x02,0x22,0x42,0x3f,0x00,0x00,/*-时-*/0x00,0xfc,0x44,0x44,0x44,0xfc,0x10,0x90,0x10,0x10,0x10,0xff,0x10,0x10,0x10,0x00,0x00,0x07,0x04,0x04,0x04,0x07,0x00,0x00,0x03,0x40,0x80,0x7f,0x00,0x00,0x00,0x00,/*-分-*/0x80,0x40,0x20,0x98,0x87,0x82,0x80,0x80,0x83,0x84,0x98,0x30,0x60,0xc0,0x40,0x00,0x00,0x80,0x40,0x20,0x10,0x0f,0x00,0x00,0x20,0x40,0x3f,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*-秒-*/0x12,0x12,0xd2,0xfe,0x91,0x11,0xc0,0x38,0x10,0x00,0xff,0x00,0x08,0x10,0x60,0x00,0x04,0x03,0x00,0xff,0x00,0x83,0x80,0x40,0x40,0x20,0x23,0x10,0x08,0x04,0x03,0x00;/星期几的汉字点阵(16x16)-prog_uchar weekday_words = /*-星-*/0x40,0x20,0x10,0x0c,0xe3,0x22,0x22,0x22,0xfe,0x22,0x22,0x22,0x22,0x02,0x00,0x00,0x04,0x04,0x04,0x04,0x07,0x04,0x04,0x04,0xff,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x00,/*-期 -*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xff,0x11,0x11,0x11,0x11,0x11,0xff,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x40,0x20,0x10,0x0c,0x03,0x01,0x01,0x01,0x21,0x41,0x3f,0x00,0x00,0x00,0x00,/*-一 -*/0x80,0x40,0x20,0x98,0x87,0x82,0x80,0x80,0x83,0x84,0x98,0x30,0x60,0xc0,0x40,0x00,0x00,0x80,0x40,0x20,0x10,0x0f,0x00,0x00,0x20,0x40,0x3f,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*-二 -*/0x12,0x12,0xd2,0xfe,0x91,0x11,0xc0,0x38,0x10,0x00,0xff,0x00,0x08,0x10,0x60,0x00,0x04,0x03,0x00,0xff,0x00,0x83,0x80,0x40,0x40,0x20,0x23,0x10,0x08,0x04,0x03,0x00/*-三 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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越出int16u的范围/-void refreshweekday() time-datestring0 = 2; time-datestring1 = 0; time-datestring2 = time-year/10 + 0; time-datestring3 = time-year%10 + 0; else time-datestring0 = ; time-datestring1 = ; time-datestring2 = ; time-datestring3 = ;time-datestring4 = /;if(hide_monthdatestring5 = time-month/10 + 0; time-datestring6 = time-month%10 + 0; else time-datestring5 = ; time-datestring6 = ;time-datestring7 = /;if(hide_daydatestring8 = time-day/10 + 0; time-datestring9 = time-day%10 + 0; elsetime-datestring8 = ;time-datestring9 = ; if(hide_weekweek%10 + 0;/-/ 年月日时分+/-/-void datetime_adjust(char x) time-datestring10 = 0; /字符串末尾加 0 ,判断结束字符void timetostr(systemtime *time) /将时,分,秒数据转换成液晶显示字符放到数组 timestring; if(hide_hourtimestring0 = time-hour/10 + 0; time-timestring1 = t