用DS1302与LCD1602设计的可调式电子日历时钟的设计与实现.doc

广东岭南职业技术学院设计报告2014 2015学年第 二 学期题目： DS1302与LCD1602液晶显示电子钟姓名： 学号： 指导教师 ： 23第1章 设计要求1.1 设计要求： 具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能； 具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能；1.2 系统基本方案采用STC89C52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。1.2.2 显示模采用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,与普通数码管相比功耗较小，硬件连接简单。所以显示部分采用1602液晶显示。1.2.3 时钟芯片采用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、周、月、年一级闰年补偿的年进行计数，而且精度高，RAM作为数据暂存区，工作电压2.5V5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA.第2章 系统的硬件设计与实现2.1 电路设计框图图1电路设计框图2.2 系统硬件概述本电路是由STC89C52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,本电路采用DS1302单字节传送方式实现与主控机之间数据的传送；显示部分由1602构成。2.3 主要单元电路的设计2.3.1 单片机主控制模块的设计STC89C52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, 如图-2图2主控制系统2.3.2 时钟电路DS13021. DS1302的性能特性图3示出DS1302的引脚排列图，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32.768KHz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2. DS1302数据操作原理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。DS1302的控制字，此控制字的位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。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。2.3.3 显示模块的设计1. 1602介绍字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物如图- 4：图4 1602字符型液晶显示器实物图2. 1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD分为背光和不带背光两种，基控制大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表1所示：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背光源负极表1：引脚接口说明表第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。1602LCD的一般初始化（复位）过程延时15mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置3.LCD1602液晶显示 如图5所示：图5 LCD液晶显示2.3.4 按键模块的设计根据设计要求需要选择四个独立按键分别为选择、加、减、确定，按键模块如图6所示：图6按键模块设计第3章 系统的软件设计3.1 主程序流程图 图-A 主程序流程图主程序：void main() init(); write_setds(0x80,0x50); write_setds(0x82,0x59); write_setds(0x84,0x10); write_setds(0x86,0x17); write_setds(0x88,0x03);write_setds(0x8a,0x03); write_setds(0x8c,0x10);write_setds(0x90,0xa4);while(1) keyscan(); display(); 3.2 按键扫描子程序调整时间用4个调整按钮，1个作为选择控制用，另外3个分别作为加调整，减调整和确定用。时间调整程序流程图如图-B所示：图-B 时间调整程序流程图void SET_DS1302()uchar i;Write_DS1302(0x8e,0x00);for(i=0;i7;i+)Write_DS1302(0x80+2*i,(DateTimei/104|(DateTimei%10);Write_DS1302(0x8e,0x80);/*-读取当前时期时间-*/void GetTime()uchar i;for(i=0;i7;i+)DateTimei=Read_Data(0x81+2*i); /*- 时间和日期转换成数字字符-*/void Format_DateTime(uchar d,uchar *a)a0=d/10+0;a1=d%10+0;/*- 判断是否为闰年-*/uchar isLeapYear(uint y)return (y%4=0&y%100!=0)|(y%400=0);/*- 星期转换-*/void RefreshWeekDay()uint i,d,w=5;for(i=2000;i2000+DateTime6;i+)d=isLeapYear(i) ? 366 : 365;w=(w+d)%7;d=0;for(i=1;iDateTime4;i+) d+=MonthsDaysi;d+=DateTime3;DateTime5=(w+d)%7+1;/*- 年月日时分秒+/-*/void DateTime_Adjust(char x)switch (Adjust_Index)case 6: /年if(x= 1&DateTime60) DateTime6-;MonthsDays2=isLeapYear(2000+DateTime6)? 29:28;if(DateTime3MonthsDaysDateTime4) DateTime3=MonthsDaysDateTime4;RefreshWeekDay();break;case 4: /月if(x= 1&DateTime41) DateTime4-;MonthsDays2=isLeapYear(2000+DateTime6)? 29:28;if(DateTime3MonthsDaysDateTime4)DateTime3=MonthsDaysDateTime4;RefreshWeekDay();break;case 3:/日MonthsDays2=isLeapYear(2000+DateTime6)? 29:28;if(x= 1&DateTime30) DateTime3-;RefreshWeekDay();break;case 2: /时if(x= 1&DateTime20) DateTime2-;break;case 1: /秒if(x= 1&DateTime10) DateTime1-;break; 3.3 液晶初始化子程序 /*初始化*/ void T0_INT() interrupt 1TH0=-50000/256;TL0=-50000%256;if(+tCount!=2) return;tCount=0;Format_DateTime(DateTime6,LCD_DSY_BUFFER1+5);Format_DateTime(DateTime4,LCD_DSY_BUFFER1+8);Format_DateTime(DateTime3,LCD_DSY_BUFFER1+11);strcpy(LCD_DSY_BUFFER1+13,WEEKDateTime5-1);Format_DateTime(DateTime2,LCD_DSY_BUFFER2+5);Format_DateTime(DateTime1,LCD_DSY_BUFFER2+8);Format_DateTime(DateTime0,LCD_DSY_BUFFER2+11);Display_LCD_String(0x00,LCD_DSY_BUFFER1);Display_LCD_String(0x40,LCD_DSY_BUFFER2);第4章 指标测试4.1 测试仪器测试如表2 所示。序号名称型号1PC机2单片机仿真软件Proteus、keil C3数字万用表DT9205B4ISP在线下载线表2 测试仪器4.2 硬件测试可调电子日历的电路，焊接不可轻视，只要出于一处的错误，则会对检测造成很大的不便，对于各种锋利的引脚要注意处理，否则会刺被带有包皮的导线，则会对电路造成短路现象。在可调电子日历的设计调试中遇到了很多的问题。回想这些问题只要认真多思考都是可以避免的，以下为主要的问题：（1）单片机晶振不起振（2）对可调电子日历修改时间或日期时，有时时间改变2次。解决：根据仪器的测试，发现电路引脚有接错的现象，重新焊接后晶振，复位正常，程序能够下载。4.3 软件测试可调电子日历是多功能的数字型，可以看当前日期,时间。在编写程序和调试时出现了较多的问题。最后经过多次的模块子程序的修改，一步一步的完成，最终解决了软件。4.4 测试结果分析与结论4.4.1 测试结果分析（1）在测试中遇到单片机晶振不起振,首先使用试测仪对电路进行测试,观察是否存在漏焊,虚焊,或者元件损坏.（2）LCD1602液晶不显示时间和日期，首先使用试测仪对电路进行测试,观察电路是否存在短路现象。然后查看程序是否正确无误，对程序进行认真修改。4.4.2 测试结论经过多次的反复测试与分析，可以对电路的原理及功能更加熟悉，同时提高了设计能力与及对电路的分析能力，同时在软件的编程方面得到更多的提高，对编程能力得到加强，同时对所学的知识得到很大的提高与巩固。附录一 系统电路图附图1系统电路图附录二 Proteus仿真图附图2 Proteus仿真图附录三 系统程序源程序如下：#include #include #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit SDA=P10;/ DS1302数据线sbit CLK=P11;/DS1302时钟线sbit RST=P12; /DS1302复位线sbit RS=P20;sbit RW=P21;sbit EN=P22;sbit K1=P34; / 选择sbit K2=P35; / 加sbit K3=P36; / 减sbit K4=P37; / 确定void Display_LCD_String(uchar p,uchar *s);uchar tCount=0;/一年中每个月的天数，2月的天数由年份决定uchar MonthsDays=0,31,0,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31;uchar *WEEK=SUN,MON,TUS,WEN,THU,FRI,SAT;/周日，周一到周六uchar LCD_DSY_BUFFER1=Date 00-00-00 ; /LCD显示缓冲uchar LCD_DSY_BUFFER2=Time 00-00-00 ;uchar DateTime7; /所读取的日期时间char Adjust_Index=-1; /当前调节的时间：秒，分，时，日，uchar Change_Flag=-MHDM-Y; uchar Read_LCD_State(); void LCD_Busy_Wait(); void Write_LCD_Data(uchar dat); void Write_LCD_Command(uchar cmd); void Init_LCD(); void Set_LCD_POS(uchar p); void DelayMS(uint x) uchar i;while(x-) for(i=0;i120;i+); uchar Read_LCD_State() uchar state;RS=0;RW=1;EN=1;DelayMS(1);state=P0;EN=0;DelayMS(1);return state; void LCD_Busy_Wait()while(Read_LCD_State()&0x08)=0x80);DelayMS(5);void Write_LCD_Data(uchar dat) /写数据LCD_Busy_Wait();RS=1;RW=0;EN=0;P0=dat;EN=1;DelayMS(1);EN=0;void Write_LCD_Command(uchar cmd)/写命令LCD_Busy_Wait();RS=0;RW=0;EN=0;P0=cmd;EN=1;DelayMS(1);EN=0;void Init_LCD()/LCD初始化Write_LCD_Command(0x38); DelayMS(1);Write_LCD_Command(0x01); DelayMS(1);Write_LCD_Command(0x06); DelayMS(1);Write_LCD_Command(0x0C); DelayMS(1);Display_LCD_String(0x00,zhongzhoudaxue);/DelayMS(1000);Display_LCD_String(0x40,dian zi ri li);DelayMS(2000);void Set_LCD_POS(uchar p)Write_LCD_Command(p|0x80);void Display_LCD_String(uchar p,uchar *s)uchar i;Set_LCD_POS(p);for(i=0;i16;i+)Write_LCD_Data(si);DelayMS(1);/*-向DS1302写入一字节-*/void DS1302_Write_Byte(uchar x) uchar i; for(i=0;i=1; /*-从DS1302读取一字节-*/uchar DS1302_Read_Byte()uchar i,b,t;for(i=0;i=1;t=SDA;b|=t7;CLK=1;CLK=0; return b/16*10+b%16;/*-从DS1302指定位置数据-*/uchar Read_Data(uchar addr)uchar dat;RST=0;CLK=0;RST=1;DS1302_Write_Byte(addr);dat=DS1302_Read_Byte();CLK=1;RST=0;return dat;/*-向DS1302某地址写入数据-*/void Write_DS1302(uchar addr,uchar dat)CLK=0;RST=1;DS1302_Write_Byte(addr);DS1302_Write_Byte(dat);CLK=0;RST=0;/*- 设置时间-*/void SET_DS1302()uchar i;Write_DS1302(0x8e,0x00);for(i=0;i7;i+)Write_DS1302(0x80+2*i,(DateTimei/104|(DateTimei%10);Write_DS1302(0x8e,0x80);/*-读取当前时期时间-*/void GetTime()uchar i;for(i=0;i7;i+)DateTimei=Read_Data(0x81+2*i); /*- 时间和日期转换成数字字符-*/void Format_DateTime(uchar d,uchar *a)a0=d/10+0;a1=d%10+0;/*- 判断是否为闰年-*/uchar isLeapYear(uint y)return (y%4=0&y%100!=0)|(y%400=0);/*- 星期转换-*/void RefreshWeekDay()uint i,d,w=5;for(i=2000;i2000+DateTime6;i+)d=isLeapYear(i) ? 366 : 365;w=(w+d)%7;d=0;for(i=1;iDateTime4;i+) d+=MonthsDaysi;d+=DateTime3;DateTime5=(w+d)%7+1;/*- 年月日时分秒+/-*/void DateTime_Adjust(char x)switch (Adjust_Index)case 6: /年if(x= 1&DateTime60) DateTime6-;MonthsDays2=isLeapYear(2000+DateTime6)? 29:28;if(DateTime3MonthsDaysDateTime4) DateTime3=MonthsDaysDateTime4;RefreshWeekDay();break;case 4: /月if(x= 1&DateTime41) DateTime4-;MonthsDays2=isLeapYear(2000+DateTime6)? 29:28;if(DateTime3MonthsDaysDateTime4)DateTime3=MonthsDaysDateTime4;RefreshWeekDay();break;case 3:/日MonthsDays2=isLeapYear(2000+DateTime6)? 29:28;if(x= 1&DateTime30) DateTime3-;RefreshWeekDay();break;case 2: /时if(x= 1&DateTime20) DateTime2-;break;case 1: /秒if(x= 1&DateTime10) DateTime1-;break; /*- 定时器每秒刷新LCD显示-*/void T0_INT() interrupt 1TH0=-50000/256;TL0=-50000%256;if(+tCount!=2) return;tCount=0;Format_DateTime(DateTime6,LCD_DSY_