基于单片机的实时显示系统.doc

装订线连云港职业技术学院 毕业设计(论文) 题目名称： 基于单片机的实时显示系统 学生姓名： 朱慧敏 学 号: 090104109 专 业： 电子信息工程技术 班 级： 电子091 指导教师： 李红军 2012年5月目 录绪论11 实时显示系统的设计方案2 1.1实时显示系统的设计意义2 1.2实时显示的工作原理22主要芯片介绍 4 2.1实时时钟芯片的介绍与比较4 2.2 STC89C51RC单片机介绍5 2.3 1602液晶模块介绍63系统硬件设计10 3. 1主控制器电路设计10 3. 2其余各电路设计11 4系统软件设计16 4.1显示时、分、秒子程序流程图16 4.2显示年、月、日子程序流程图17总结18致谢19参考文献20附录21摘 要 本文介绍了以STC89C51RC单片机，DS1302实时时钟芯片为基础的实时显示系统的设计。主要介绍了实时显示的意义及其工作原理，系统设计所用到的主要芯片的介绍，以及设计的系统的软件和硬件的组成。其中DS1302是实时显示的主体。它是美国DALLAS公司推出的一种高性能、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。本设计可以由上位机通过串口给其提供数据，当独立于上位机存在时，可由8位按键控制年、月、日、周日、时、分、秒的显示。这样本设计既能满足人们对实时控制的需求，又能独立的进行时间的显示，满足人们对计时的需求。关键词：单片机 DS1302 LCD1602AbstractThis system is divided into seven parts, the microcontroller is the core of the whole system.When the system after power, 220V of electricity through transformer, rectifier, filter and regulator and converted into 5V DC voltage to the MCU, RTC and LCD1602 power, the power light indicates normal power supply at this time.Another indicator is set in the program flashes once every two seconds, if the flicker frequency normal, then the system is working.DS1302 at 5V, this time to work from time, MCU followed by self-inspection, self-correct in the circumstances, the loop reads the data in the DS1302, and constantly refresh the LCD1602 time data.In the first, when the system power, DS1302 will register all of its initialization, for which we set the seven keys to facilitate the calibration of the RTC for time. There are two ways we can make the system for timing the time, one is through the PCs serial port to send regular time data, the other is through the system to set their own button, make sure not to communicate with the host computer is alsothecaseworkproperly.Keyword:MCU DS1302 LCD1602装订线连云港职业技术学院毕业设计绪 论现在的实时控制系统已经由原来的是由模拟电路组成的闭环控制的系统和是由数字逻辑电路组成的顺序控制的系统，发展到现在的是由计算机系统控制的输出机实时控制的系统。实时计算机控制的系统是指在一定的时间内，对外来事件的作出正确的、快速的反应的系统。这类系统不仅与逻辑计算有关，还和时序的控制有关。显然，此类系统区别于其它普通计算机系统的关键特点是系统的实时性。此外，环境信号的输入与输出的控制能力也是非常重要的。因为在实时控制计算机系统中，系统会直接从现场环境中采集各种需要的信号，然后对这些信号的变量进行处理，最后再把结果输出到执行的功能部件进行直接的控制或直接的显示。实时计算机控制系统总是直接控制着工业过程或其它重要过程中的操作，这就对可靠性提出了较高的要求。实时系统当然还具有诸如可扩展性、可维护性以及抗恶劣环境的能力。计算机实时控制系统现已在各行各业得到了广泛地应用，因此对它加以研究具有十分重要的意义。实时计算机控制系统应用广泛，形式多种多样。本文就对实时控制中的，实时显示这一功能进行进一步的研究。实时控制系统，相对于其他的控制系统，最重要的一点就是实时。文中的实时，指的是对时间的显示。时间的显示包括对年月日，时分秒的显示。这些时间的显示，可以按照自己的需求进行进一步的设定。这个实时系统，可以是通过串口接收的上位机，接收上位机中的信号，根据需求来进行时间的显示，帮助系统实现实时的效果。同时，它可进行时间的独立显示。1实时显示系统的设计方案1.1实时显示的意义 20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在这一技术的推动下，代表着新时代的电子产品几乎存在于社会的各个领域，这不仅有力的推动了生产力的发展，提高了社会信息化的程度，同时也使电子产品的性能得到了进一步的提高。 在日常环境中，带有实时显示系统的装置，不仅广泛的应用于个人家庭，还在车站、办公室等公共场合得到了广泛的应用。它会出现在家里的冰箱上，车站的时间提示上等人们很常见的地方，它已经成为人们日常生活中的必需品。在工业环境中，因为产品要求的提高，实时控制越来越被大部分的公司所使用。而在实时控制中，实时显示又是尤为重要的一点。实时控制指的是在系统规定的时间间隔内，调节或强制被控制对象完成预定动作或响应的过程控制。而这个一定的时间则是由实时显示控制的。实时显示不仅对时间进行了显示，更是很好的帮助了人们进行了实时控制。1.2实时显示的工作原理控制部分单片机（STC89C51RC）复位电路串口接收上位机的时间命令按键k1、k2、k3K4、k5、k6、k7、k8电源部分,交流220VLCD1602显示秒、分钟、小时日、月、年RTC模块时间计数DS1302图1.1 方案设计如图1.1所示，系统分为七个部分,单片机是整个系统的核心。当系统通电以后，220V的市电经变压、整流、滤波和稳压后转换成5V直流电压，给MCU、RTC和LCD1602供电，电源指示灯指示此时供电正常。在程序中设置另一个指示灯每隔两秒闪烁一次，如果闪烁频率正常，则表明系统工作正常。此时DS1302在5V电压下正常工作起计时，MCU紧接着进行自检，在自检正确的情况下，循环读取DS1302中的数据，并在LCD1602中不断刷新时间数据。在首次给系统上电的时候，DS1302会将自身的寄存器全部初始化，为此我们设置了七个按键以方便对RTC进行时间的校准。我们可以有两种方式使系统获取定时的时间，一种是通过上位机的串口发送定时时间数据，另一种是通过系统自身的按键进行设置，确保在不与上位机进行通信的情况下也能正常工作。2主要芯片介绍2.1实时时钟芯片的介绍与比较 DS1302的结构及工作原理DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、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318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚。DS1302的引脚排列中, Vcc2为主电源， Vcc1为后备电源。这样即使在主电源关闭的情况下，芯片也能保持时钟的连续运行。正常情况下DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc10.2V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32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，把RST输入驱动，置高电平来启动所有的数据传送。RST输入的功能有： RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器； 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RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。DS1302控制字节的最高有效位(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。 DS1307的结构及工作原理DS1307是一款低功耗,具有56字节非失性RAM的全BCD码时钟日历实时时钟芯片.地址和数据通过两线双向的串行总线传输.芯片可提供秒,分,小时,天数,日期,月份,年份等信息.每一个月的天数能自动调整,并具有闰年补偿功能. AM/PM 标志位决定时钟工作于24小时或12小时模式.芯片有一个内置的电源感应电路，具有掉电检测和电池切换功能. 通过读取相应的寄存器字节,可以获取时钟和日历信息.RTC寄存器如下图所示：时间和日历信息以BCD码形式存放.寄存器0的bit7为时钟停止位,当设为1时,振荡器停止工作.请注意在DS1307初次上电时,所有的寄存器的状态是不确定的,所以一定要把寄存器0的bit7在初始化时设为0.芯片可以工作于24小时模式或12小时模式.这取决于小时寄存器的bit6为1还是0.置为1时,工作于12小时模式,这时小时寄存器的bit5为AM/PM标志.bit5为1,则为PM.在24小时模式中, 小时寄存器的bit5和bit4一起组成小时的十位.以上是DS1302和DS1307的部分功能的比较，相比较而言，DS1307的功能更高于DS1302，而两者都能很好的满足设计的需求。但是，就实用性而言DS1302更高于DS1307，因为前者的价格低于后者的价格。2.2 STC89C51RC单片机介绍STC89C51RC是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和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，兼容标准MCS-51指令系统，内置功能强大的微型计算机的STC89C51RC提供了高性价比的解决方案。STC89C51RC单片机的基本性能介绍如下：STC89C51RC本身内含44个引脚，35个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中端口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，STC89C51RC可以按照常规方法进行编程，但不可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。STC89C51RC的主要特性如表2.1所示：兼容MCS51指令系统32个可编程I/O线4k字节可编程闪烁存储器可编程UARL通道三个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个外部中断源，共8个中断源2568bit内部RAM2个读写中断口线可直接驱动LED软件设置睡眠和唤醒功能低功耗空闲和掉电模式表2.1 STC89C51RC的主要特性STC89C51RC控制器控制器是单片机的指挥控制部件，由程序计数器 PC、指令寄存器 IR、指令译码器ID、定时控制电路等组成。（1）程序计数器 PC 程序计数器 PC 是一个 16位专用寄存器，可对 64KB 程序存储器直接寻址，用来存放将要执行的下一条指令的地址。改变 PC 中的内容便可改变程序的执行方向。PC 是一个独立的寄存器，随时指向将要执行的指令的地址，具有自动加1的功能，但本身无具体的物理地址。（2）指令寄存器 IR 和指令译码器 ID 指令寄存器用来存放指令代码。当 CPU 执行指令时，从程序存储器中读取的指令代码经指令寄存器送入译码器，译码后由定时控制电路发出相应的控制信号，以完成指令所规定的操作。（3）定时控制电路 定时控制电路是控制器的核心，由它产生 CPU 的操作时序。 2.3 1602液晶模块介绍图2.2： 1602液晶模块实物照片字符型型液晶是一种用57点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等，最常用的为2行16个字，即我们马上要学习的1602液晶模块，图2.2就是TC1602液晶模块的正面和反面照片。本设计使用带背光的液晶模块HD44787，HD44787采用标准的16脚接口，其引脚功能如表2.3：表2.3 HD44787引脚功能图编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为电源地，接GND。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，接地电源时对比度最高，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：RW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RW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RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW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：BLA背光电源正极(+5V)输入引脚。第16脚：BLK背光电源负极，接GND。 1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2.4所示：表2.4 1602内部指令序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存储器地址0001字符发生存储器地址8置数据存储器地址001显示数据存储器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。读写时序如图2.5、2.6所示：图2.5读操作时序图2.6写操作时序3系统硬件设计3.1主控制器电路设计图3.1主控制器电路图图3.1中由市电接入，进行变压、整流、滤波和稳压后，转换为5V的电压，给STC89C51RC单片机进行供电。如果单片机工作正常的话，P2.7口接的LED就会一闪一闪的，否则单片机没有正常工作。这是由单片机组成的主要电路。3.2其他电路设计电源部分图3.2 电源电路图3.2的电路是一个很简单很常见的一个电源电路。当系统上电以后，220V的交流电经过变压器的变压，再经过整流桥的整流，最后经过稳压块的稳压后，最终可以输出5V的直流电，给单片机、液晶和RTC等部分供电。LED指示灯可以指示电源部分工作是否正常。复位电路设计图3.3复位电路图3.3由于STC89C51RC这款单片机的内部集成复位电路，所以外部复位电路可以简单到只需一个电容和一个电阻组成，即构成RC积分电路，产生一个下降沿，使单片机复位成功。晶振电路设计图3.4 晶振电路1 图3.5晶振电路2晶振电路分为两个部分，图3.4是单片机的晶振电路，图3.5是RTC模块的晶振电路，自然这两部分的晶振数值是不一样的。单片机部分使用的11.0592MHZ的晶振，RTC模块则使用32.768KHZ晶振。在这部分晶振电路中，电容都起到了帮助晶振起振的作用。按键电路设计图3.6 按键电路图3.6中按键采用独立式按键设计。所谓独立式按键是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。每根I/O口线上按键的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。八个按键占用一个P1口，出去一个按键控制液晶的现实与屏蔽，其余七个按键分别用来调整年、月、日、时、分、秒。RTC模块电路设计图3.7 RTC模块电路 在图3.7中DS1302由5V供电接入Vcc1，而有3V的电源接入Vcc2当Vcc2大于Vcc10.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。在X1和X2处接入32.768KHZ晶振.。 3.2.8 串口电路设计该产品是由美信公司推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口RS232电平是-10V +10V，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0+5V,MAX232包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。图3.8 MAX232电路STC89C51RC芯片内有一个全双工的串行口，该串行口和其他标准串行口芯片一样，输入输出均为TTL电平。这种以TTL电平传输数据的方式，抗干扰性差，传输距离短。为了提高串行通讯的可靠性，增大通讯距离，一般采用标准串行接口，如RS-232C、RS-422A、RS-485等标准串行接口。 RS-232C的机械指标规定：RS-232C接口通向外部的连接器（插针插座）是一种“D”型25针插座。在微机通讯中，通常被使用的RS-232C接口只有九根引脚，见表3.9。 表3.9常用RS-232引脚功能引脚号符号方向功能2TXD输出发送数据3RXD输入接收数据4RTS输出请求发送5CTS输入清除发送6DSR输入数据通讯设备准备好7GND信号地8DCD输入数据载体检测20DTR输出数据终端准备好22RI输出振铃提示表3.10 MAX232芯片电气特性电气特性参数范围带37K负载时驱动器输出电平逻辑1：-3V-15V逻辑0：+3V+15V不带负载时驱动器的输出电平-25V+25V驱动器通断时的输出阻抗300输出短路电流0.5A驱动器转换速率0; i-) DS1302_IO = ACC0; /相当于汇编中的 RRC DS1302_CLK = 1; DS1302_CLK = 0; ACC = ACC 1; unsigned char DS1302OutputByte(void) /实时时钟读取一字节(内部函数) unsigned char i; for(i=8; i0; i-) ACC = ACC 1; /相当于汇编中的 RRC ACC7 = DS1302_IO; DS1302_CLK = 1; DS1302_CLK = 0; return(ACC); void Write1302(unsigned char ucAddr, unsigned char ucDa)/ucAddr: DS1302地址, ucData: 要写的数据 DS1302_RST = 0; DS1302_CLK = 0; DS1302_RST = 1; DS1302InputByte(ucAddr); / 地址，命令 DS1302InputByte(ucDa); / 写1Byte数据 DS1302_CLK = 1; DS1302_RST = 0; unsigned char Read1302(unsigned char ucAddr)/读取DS1302某地址的数据 unsigned char ucData; DS1302_RST = 0; DS1302_CLK = 0; DS1302_RST = 1; DS1302InputByte(ucAddr|0x01); / 地址，命令;最低位要为1 ucData = DS1302OutputByte(); / 读1Byte数据 DS1302_CLK = 1; DS1302_RST = 0; return(ucData);void DS1302_SetProtect(bit flag) /是否写保护if(flag)Write1302(0x8E,0x80);elseWrite1302(0x8E,0x00);void DS1302_SetTime(unsigned char Address, unsigned char Value) / 设置时间函数DS1302_SetProtect(0);Write1302(Address, (Value/10)Second = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_MINUTE);Time-Minute = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_HOUR);Time-Hour = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_DAY);Time-Day = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_WEEK);Time-Week = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_MONTH);Time-Month = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_YEAR);Time-Year = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);void DateToStr(SYSTEMTIME *Time)Time-DateString0 = Time-Year/10 + 0;Time-DateString1 = Time-Year%10 + 0;Time-DateString2 = -;Time-DateString3 = Time-Month/10 + 0;Time-DateString4 = Time-Month%10 + 0;Time-DateString5 = -;Time-DateString6 = Time-Day/10 + 0;Time-DateString7 = Time-Day%10 + 0;Time-DateString8 = 0;void TimeToStr(SYSTEMTIME *Time)Time-TimeString0 = Time-Hour/10 + 0;Time-TimeString1 = Time-Hour%10 + 0;Time-TimeString2 = :;Time-TimeString3 = Time-Minute/10 + 0;Time-TimeString4 = Time-Minute%10 + 0;Time-TimeString5 = :;Time-TimeString6 = Time-Second/10 + 0;Time-TimeString7 = Time-Second%10 + 0;Time-DateString8 = 0;if(Time-TimeString1=8)&(Time-TimeString3=0)&(Time-TimeString3=0)LED1 = 0;void Initial_DS1302(void) unsigned char Second;DS1302_RST = 0; 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