单片机课程设计（论文）-基于DS12C887时钟芯片的多功能万年历设计.doc

单片机课程论文基于ds12c887时钟芯片的多功能万年历设计 学生姓名 学 号 院 系 电子与信息工程学院专 业 电子信息工程指导教师 二一一年 六 月 十三 日基于ds12c887时钟芯片的多功能万年历设计 1、 设计目的（1）巩固单片机课程学习知识，熟悉单片机的开发流程。 （2）掌握硬件电路的设计、焊接以及调试的基本能力。（3）掌握单片机编程语言，学会运用模块化的设计思想。（4）培养动手实践能力， 具备设计、开发、应用单片机系统的能力。2、 系统功能（1）自动计时，显示年、月、日、时、分、秒、星期。（2）测试环境温度并显示（3）具备闰年闰月自动补偿功能（4）可设定每日的某一时刻闹钟（5）时间显示可调整3、 系统的结构和工作原理3.1 系统结构 此次课程设计的万年历，以at89s52单片机为主控核心，由lcd显示屏、ds12c887时钟芯片、温度传感器ds18b20、蜂鸣器、功能键盘、复位电路、晶振、电源模块等组成，系统结构框图如图1所示。图1 系统结构框图3.2 工作原理 主控制器每隔一段时间（小于一秒钟）读一次时钟芯片的内部寄存器的值，将读出的时间、星期、温度等值实时显示在lcd液晶屏上。同时，主控制器不断的扫描按键电路和温度测量电路，当有按键按下时，识别出按键的值并调整相应的时间、星期值再写入时钟芯片内部。温度数据由测量电路获得的环境温度值送人显示电路。4、 硬件设计4.1 主控核心at89s52单片机at89s52是一个低功耗，高性能cmos8位单片机，具有8k 在系统可编程flash 存储器。采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准mcs-51指令系统及80c51引脚结构。4.2 ds12c887时钟电路ds12c887是美国dallas半导体公司推出的并行接口实时时钟日历芯片，采用cmos技术制成，具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池，同时它与计算机常用的时钟芯片mc146818和ds12887管脚兼容，可直接替换。采用ds12c887芯片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件，并且有良好的微机接口。ds12c887芯片内有微功耗，外围接口简单，精度高，工作稳定可靠等优点，广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统中。ds12c887主要功能如下：（1）内含一个锂电池，断电后运行十年以上不丢失数据；（2）计秒、分、时、天、星期、日、月、年、并有闰年补偿功能；（3）二进制数码或bcd码表示时间，日历和定闹；（4）12小时或24小时制，12小时时钟模式带有pm和am指示，有夏令时功能；（5）motorola和intel总线时序选择；（6）有128个字节ram单元与软件接口，其中14个字节作为时钟和控制寄存器，114 字节为通用ram，所有ram单元数据都具有掉电保护功能；（7）可编程方波信号输出；（8）中断信号输出（irq）和总线兼容、定闹中断、周期性中断、时钟更新周期、结束 中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行测试；ds12c887时钟芯片和单片机的硬件连接如下图2 ：图2 ds12c887与单片机的连接4.3 ds18b20温度传感器采用数字式温度传感器ds18b20，其仅需一条数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以去除a/d模块，降低硬件成本，简化系统电路。另外，数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。ds18b20特性如下：（1） 独特的单线接口方式：ds18b20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处 理器与ds18b20的双向通讯。（2）在使用中不需要任何外围元件。（3）可用数据线供电，电压范围：+3.0+5.5v。（4）测温范围：-55+125。固有测温分辨率为0.5。（5）通过编程可实现912位的数字读数方式。（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。（7）支持多点组网功能，多个ds18b20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。（8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 ds18b20芯片的连接如下图3所示：图3 ds18b20连接电路4.4 lcd1602显示屏本设计采用1602字符型lcd，可显示两行，每行16个字符，不能显示汉字，内置含128个字符的ascii字符集字库，只有并行接口，无串行接口。 单片机的p2口与lcd的数据端口连接，用于数字信号的读取，控制端rs 、r/w分别与单片机的p3.3和p3.1相连。电路连接如图4所示。图4 1602lcd硬件电路4.5 其它硬件电路蜂鸣器电路：为了实现闹钟功能，选择蜂鸣器作为闹铃。采用pnp型9015三极管，发射极e脚连接+5v，基极b脚连接10k电阻后接到单片机p1.6口上，c脚连接蜂鸣器。电路如图5所示。图5 蜂鸣器电路功能键盘：本设计采用了4个键盘，分别实现万年历时间日期的调整键、闹钟设置键、增加键（也为闹钟开启键）、减小键组成，分别连接p1.0p1.3口。复位电路：89s52的复位输入引脚rst为其提供了初始化的手段,可以使程序从指定处开始执行,在mcs-52的时钟电路工作后,只要rst引脚上出现超过两个机器周期以上的高电平时,即可产生复位的操作.只要rst保持高电平,则mcs-52循环复位.只有当rst由高电平变低电平以后,mcs-52才从0000h地址开始执行程序.本系统采用按键复位方式的复位电路。电源电路：电路采用5v电源进行供电，为了得到稳定的直流电源，通过电源处理电路进行调理，得到稳定电压。5、 软件设计本次系统设计软件部分采用模块化结构，由主程序ds12c887子程序、ds18b20子程序、lcd1602子程序构成。模块程序设计法的主要优点是：单个模块比起一个完整的程序易编写及调试；模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用；模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。5.1 主程序说明及流程图主程序主要实现了从ds12c887各时间单元中读出数据和ds18b20传感器中读取数据，并送到lcd1602中显示的功能，同时检测有没有按键按下，如果有键被按下，则执行按键处理子程序。首先进行ds12c887时钟芯片、ds18b20芯片和lcd1602的初始化函数，然后进行按键扫描，不断地检测按键是否按下，读取ds12c887时钟芯片、ds18b20检测环境温度的数据，并且送到液晶显示器显示；当数据发生变化时候，重新进行扫描写入。主程序流程图如图6。图6 主程序流程图5.2 ds12c887流程图及初始化程序进入主程序后，ds12c887首先进行初始化设置，若串行口有数据，最后则调用函数从日历时钟芯片获取日历时钟信息，调用显示函数显示日历时钟信息显示出来，重复进行。这部分包括ds12c887某个单元写、读ds12c887某个单元的内容和ds12c887设定时间。ds12c887的流程图如图7所示。开始 ds12c887初始化 调用函数获取时钟信息 送数据显示 图7 ds12c887的流程图ds12c887的子程序：#ifndef ds12c887_h #define ds12c887_h #include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit fm=p14;sbit ds_as=p35;sbit ds_wr=p36;sbit ds_ds=p37;sbit ds_cs=p20;sbit ds_irq=p32;char second,minute,hour,asecond,aminute,ahour,day,week,month,year;void ds_write(uchar add,uchar date) /向ds12c887写数据的函数ds_cs=0;ds_as=1;ds_ds=1;ds_wr=1;p0=add;ds_as=0;ds_wr=0;p0=date;ds_wr=1;ds_as=1;ds_cs=1;uchar ds_read(uchar add) /从ds12c887读数据的函数uchar ds_date;ds_as=1;ds_ds=1;ds_wr=1;ds_cs=0;p0=add;ds_as=0;ds_ds=0;p0=0xff;ds_date=p0;ds_ds=1;ds_as=1;ds_cs=1;return ds_date;void settime() /设定时间初始值的函数第一次上电使用，之后可以屏蔽ds_write(0x0b,0x26); /设置24小时模式，数据二进制格式ds_write(0x0a,0x20); /打开振荡器ds_write(0,55);ds_write(1,0);ds_write(2,59);ds_write(3,0);ds_write(4,23);ds_write(5,0);ds_write(6,5);ds_write(7,1);ds_write(8,1);ds_write(9,9);void setalarm() /将设定的闹钟时间写进ds12c887的函数ds_write(1,asecond);ds_write(3,aminute);ds_write(5,ahour); void beep() /闹钟的声音函数 fm=0;delay(100);fm=1;delay(20);fm=0;delay(100);fm=1;#endif5.3 ds18b20流程图及初始化程序 进入主程序后，ds18b20首先进行初始化设置，然后通过对环境温度的检测，调用显示函数显示温度信息，重复进行。ds18b20的流程图如图8所示。开始 ds18b20初始化 检测环境温度获取信息 送数据显示 图8 ds18b20的流程图 ds18b20的子程序：#ifndef ds18b20_h#define ds18b20_h#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ds18b20=p16;uchar flag2/*零下标志位*/;void delay1(uint z) /ds18b20 延时函数uint i;while(z)i=200;while(i0)i-;z-;void dsreset() /发送复位和初始化uint i;ds18b20=0;i=103;while(i0)i-;ds18b20=1;i=4;while(i0)i-;bit tmpread_bit() /读取数据的一位uint i;bit dat;ds18b20=0;i+;ds18b20=1;i+;i+;dat=ds18b20;i=8;while(i0)i-;return dat;uchar tmpread_byte() /读一个字节uchar i,j,dat;dat=0;for(i=1;i=8;i+)j=tmpread_bit();dat=(j1);return dat;void tmpwrite(uchar dat) /写一个字节uint i;uchar j;bit testb;for(j=1;j1;if(testb) /写“1”ds18b20=0;i+;i+;ds18b20=1;i=8;while(i0)i-;else /写“0”ds18b20=0;i=8;while(i0)i-;ds18b20=1;i+;i+;void tmpchange() /ds18b20开始转换dsreset();delay1(1);tmpwrite(0xcc);tmpwrite(0x44);uint read_tmp() /读取温度uchar a,b;uint t;float tt;dsreset();delay1(1);tmpwrite(0xcc);tmpwrite(0xbe);a=tmpread_byte();b=tmpread_byte();t=b;t=8;t=t|a;if(t0x0fff)flag2=0;elseflag2=1;t=-t;tt=t*0.0625;t=tt*10+0.5;return t;/*void rom() /读取期间序列号子程序/uchar i;uchar sn1,sn2;dsreset();delay1(1);tmpwrite(0x33);sn1=tmpread2();sn2=tmpread2();*/void display_tem() /显示温度的函数uchar a,b,c,flagdate;uint d;tmpchange();delay1(200);d=read_tmp();a=d/100;b=d%100/10;c=d%10;if(flag2=0)flagdate=0x20;elseflagdate=0x2d;write_spe(9,flagdate);write_tem(10,a);write_tem(11,b);write_spe(12,46);write_tem(13,c);write_spe(14,223);write_spe(15,c);#endif5.4 lcd1602流程图及初始化程序进入主函数后，执行完1602lcd的初始化函数，然后用write_com(0x80)指令，命令先将数据指针定位在第一行第一个字处，然后写入第一行要显示的数据，在每个字之间简短的延时；在第二行重新定位数据指针write_com(0x80+0x40)，将数据指针定位在第二行，然后再将第二行所要显示的数据写入，继而显示。1602lcd的写命令操作和读数据操作分别用两个独立的函数来完成，函数内部唯一的区别就是液晶数据命令选择端的电平。1602lcd的流程图如图9所示。1602初始化 读取数据 第一行显示 读取数据 第二行显示 开始 结束 图9 1602lcd的流程图 1602lcd的子程序：#ifndef lcd_1602_h #define lcd_1602_h #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char/port definitions*sbit rs= p33;sbit lcden = p30;/p1=0x80,p1=0x90,p2=0xa0,p3=0xb0.数据端口void delay(uchar z) /时延函数 1msuchar x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar com)/向液晶写指令rs=0;lcden=0;p2=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date) /向液晶写数据rs=1;lcden=0;p2=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_time(uchar address,uchar date)/写时分秒的函数uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+0x40+address);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge);void write_cal(uchar address,uchar date) /写年月日的函数uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+address);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge);void write_week(char we)/写液晶星期显示函数write_com(0x80+11);switch(we)case 1:write_date(m);delay(5);write_date(o);delay(5);write_date(n);write_com(0x80+11);break;case 2:write_date(t);delay(5);write_date(u);delay(5);write_date(e);write_com(0x80+11);break;case 3:write_date(w);delay(5);write_date(e);delay(5);write_date(d);write_com(0x80+11);break;case 4:write_date(t);delay(5);write_date(h);delay(5);write_date(u);write_com(0x80+11);break;case 5:write_date(f);delay(5);write_date(r);delay(5);write_date(i);write_com(0x80+11);break;case 6:write_date(s);delay(5);write_date(a);delay(5);write_date(t);write_com(0x80+11);break;case 7:write_date(s);delay(5);write_date(u);delay(5);write_date(n);write_com(0x80+11);break;void write_tem(uchar address,uchar date)/写温度的值的函数write_com(0x80+0x40+address);write_date(0x30+date);void write_spe(uchar address,uchar date) /写特殊符号的函数 单位write_com(0x80+0x40+address);write_date(date);void write_ala(uchar address,uchar date) /写闹钟的开关write_com(0x80+address);write_date(date);#endif6、 电路调试6.1焊接调试过程 在焊接之前，先要对构成系统的所有元器件总体布局，这方便后面的硬件电路的调试。 首先，按照上课时的要求，焊接单片机的最小系统，包括单片机底座部分、电源部分、下载口部分、晶振、复位部分以及一个发光二极管。电源部分：使用5v直流电源变压器的接口，插孔最后面的一个引脚为电源正极，其他两个引脚为接地。电源要经过一个可以锁定的开关，因为开关是六个引脚的，为了搞清哪两个引脚可以使用，分别在按下和松开的情况下，我用万用表测试了引脚之间的通断情况。后来经过检测找到其中一对引脚在按下通，松开时断，所以使用此两个引脚。因为整个电路图中有较多部分都要用到接地和接电源，所以为了方便焊接，将电源和地线分别连接至万用板的外围上。这样方便检查错误，接线时要规范，黑线表示接地，红线表示接电源。电源焊完之后，按下开关电源指示灯可以正常地发光。 单片机底座部分可以最先焊，把电源、地等连好，如ea要接低电平，否则就用片外存储器了。下载器接口则按照教材p240所画的图来进行连接，需要注意的是用于焊接的为短脚，不能颠倒。时钟部分比较简单，因为瓷片电容和晶振没有正负极，但要注意晶振、电容得靠近单片机底座。发光二极管（需要外加一个1k的电阻限流）接在p1.0口，作为最小系统的显示部分。 最小系统焊接完后，可以插上单片机，这里注意的是不能插反一定要注意方向。另外因为我用的是5v的变压器供电，所以下载时插上下载器时不会出现像usb供电时出现的倒流问题。连到计算机并口检测到器件后，把一个简单程序的hex文件写进单片机，发现可以正常运行，说明可以焊接其他单元了。 接下来焊接剩余的元器件，如ds12c887时钟芯片、ds18b20温度芯片、蜂鸣器、lcd等。主要是针对按照耐热性能的好坏来排列，与电子工艺的焊接要求基本相同。ds12c887时钟芯片是整个万年历的重要芯片模块。在焊接之前，我查阅了该芯片的相关资料，认真阅读了解各引脚的作用。同时看了该芯片引脚在实际应用中的连接情况。ds18b20温度传感器芯片，外形和三极管一样，只有3个引脚。在焊接的时候，尤其要注意1脚接地，三脚接电源。为了能够重复使用该芯片，我先焊了三脚底座，然后可以直接把芯片插上去。蜂鸣器焊接的时候，注意了正负极，通过9015和限流电阻后接到p1.6。四个功能按键是对角线连接，一端接单片机口，一端接地。边焊接边调试，直到所有部分都已经焊接完毕。6.2软件调试 硬件焊接完之后，我开始软件了调试。我运用keil软件进行软件程序的调试。我上网找了些程序，关于ds12c887时钟芯片、ds18b20芯片、lcd液晶的初始化程序，然后根据我硬件电路的实际焊接情况，把相应的定义端口改过来，然后阅读了每一部分的程序，之后一一编译，直至运行成功。我在51单片机论坛网上，找了些主程序，然后根据需要进行调试。由于我的万年历里包含测温，所以我找了关于ds18b20的主程序加进去。在编译过程中，出现了不少错误，我一边读程序，不懂的地方就查阅书本，了解整个主程序的内容，然后慢慢修改。编译成功之后，我把生成的hex文件通过下载器下载进单片机，“跑一跑”程序看看。没想到，液晶屏就没有显示。 出现了这些状况，我思考了下，决定根据硬件电路再检查一下电路板的焊接情况。我耐下心来使用数字万用表进行通过检查。在检查中，发现了一些漏焊、虚焊以及焊接错误短路情况。我一一排查过去，确保硬件部分不再出问题。下了程序进去，硬件不存在问题了，不过程序的运行还是有些偏差。 此后便是对程序进行认真地编写、调试、修改，经过多