单片机高考倒计时.doc

学 号 1407080125 单片机原理及应用A 课程设计 课程设计说明书数码管显示的高考倒计时装置设计起止日期： 2017 年01 月 03日 至 2017 年01 月06 日学生姓名李腾班级14信科一班成绩指导教师(签字)计算机与信息工程学院2017年01月06日天津城建大学课程设计任务书20162017学年 第1学期计算机与信息工程学院 电子信息科学与技术专业 班级1班 学号1407080125课程设计名称： 单片机原理及应用A 课程设计 设计题目： 数码管显示的高考倒计时装置设计 完成期限：自 2017 年 01月 03 日至 2017 年 01月 06日共 1 周设计依据、要求及主要内容：一设计的目的1.进一步熟悉和掌握单片机系统设计和编程原理。2.掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性、控制方法。3.通过设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。4.通过实际程序设计和调试，掌握模块化程序设计方法和调试技术。5.通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相应开发打下基础。二设计的基本要求1.认真认识设计的意义，掌握设计工作程序，学会使用工具书和技术参考资料，并培养科学的设计思想和良好的设计作风。2.提高模型建立和设计能力，学会应用相关设计资料进行设计计算的方法。3.提高独立分析、解决问题的能力，逐步增强实际应用训练。4.设计的说明书要求简洁、通顺，电路图内容完整、清楚、规范。三设计主要内容a) 设计实现功能STC12C5A60S2（引脚排序及基本功能同AT89S51）作为主控芯片，设计利用LCD1602进行时间和温度显示、数码管显示倒计时时间。一是扩展DS12C887外围电路；二是实时计算高考倒计时时间，并用数码管实现显示；三是设计DS18B20传感器电路实现温度信息显示。b) 原理图设计1.原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确。2.图中所使用的元器件要合理选用，电阻、电容等器件的参数要正确标明。3.原理图要完整，CPU、外围器件、外扩接口、输入/输出装置要一应俱全。c) 程序调计1.根据要求，将总体功能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能。2.根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设计出完整的程序流程图。d) 程序调试1.编写相关程序，并进行仿真。2.将程序下载到单片机，进行运行调试。e) 设计说明书1.原理图设计说明简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件的工作过程及顺序。2.程序设计说明对程序设计总体功能及结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。3.画出工作原理图，程序流程图并给出相应的程序清单。指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期： 2017 年 01 月 03 日目 录第一章 设计原理11.1 STC12C5A60S2以及最小系统介绍11.2 DS12C887时钟芯片31.2.1 DS12C887概述31.2.2 DS12C887引脚介绍31.2.3 DS12C887内部地址空间51.3 LCD1602液晶以显示模块51.3.1 1602液晶概述51.3.2 1602引脚介绍51.3.3 1602字符液晶使用方法6第二章 硬件设计82.1 系统硬件概述82.2 硬件复位电路82.3时间获取电路92.4 18B20测温电路92.5数码管显示电路102.5.1 数码管管段码表102.5.2 电路设计102.6 LCD液晶数据显示电路112.7结果调试11第三章 总结12参考文献13附录14第一章 设计原理1.1 STC12C5A60S2以及最小系统介绍 STC12C5A60S2是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图1.1 STC12C5A60S2引脚图管教说明：VCC：供电电压。GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输2出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表2.2所示：表1.1 P3口第二功能表P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 1.2 DS12C887时钟芯片 1.2.1 DS12C887概述DS12C887实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替IBM PC上的时钟日历芯片DS12887，同时，它的管脚也和MC146818B、DS12887相兼容。 由于DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决子“千年”问题； DS12C887中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年之久；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。在12小时制模式中，用AM和PM区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种是用BCD码表示；DS12C887中带有128字节 RAM，其中有11字节RAM用来存储时间信息，4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息，称为控制寄存器，113字节通用RAM使用户使用；此外用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。1.2.2 DS12C887引脚介绍图1.2.2 DS12887引脚图管脚说明：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。（1）MOT：模式选择脚，DS12C887有两种工作模式，即Motorola模式和Intel模式，当MOT接VCC时，选用的工作模式是Motorola模式，当MOT接GND时，选用的是Intel模式。本文主要讨论Intel模式。（23）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，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。AD0AD7：复用地址数据总线，该总线采用时分复用技术，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。（14）AS：地址选通输入脚，在进行读写操作时，AS的上升沿将AD0AD7上出现的地址信息锁存到DS12C887上，而下一个下降沿清除AD0AD7上的地址信息，不论是否有效，DS12C887都将执行该操作。（17）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，被称为数据选通。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，即Read Enable。（15）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。此时，该引脚的作用是区分进行的是读操作还是写操作，当R/W为高电平时为读操作，R/W为低电平时为写操作；当MOT接GND时，该脚工作在Intel模式，此时该作为写允许输入，即Write Enable。（13）：片选输入，低电平有效。（19）：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，仅对内部的控制寄存器有影响，在典型的应用中，RESET可以直接接VCC，这样可以保证DS12C887在掉电时，其内部控制寄存器不受影响。1.2.3 DS12C887内部地址空间1.3 LCD1602液晶以显示模块1.3.1 1602液晶概述工业字符型液晶，1602是指显示的内容为16*2，即能够同时显示两行，每行16个字符。常见的1602字符液晶有两种，一种显示的是绿色背光黑色字体，另一种显示蓝色背光白色字体，目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的。本课题所用1602液晶模块，显示屏是蓝色背光白色字体。1.3.2 1602引脚介绍图1.3.2 1602引脚图编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极3VEE液晶显示对比度调节端4RS数据/命令选择端5R/W读写选择6E使能信号7D0数据口8D1数据口9D2数据口10D3数据口11D4数据口12D5数据口13D6数据口14D7数据口各个引脚具体功能说明：第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VEE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重影，使用一个1K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。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：DB0DB7为8位双向数据线。1.3.3 1602字符液晶使用方法（1）基本操作时序操作输入输出读状态RSL，RWH，EHD0D7状态字写指令RSL，RWL，D0D7指令码，E高脉冲无读数据RSH，RWH，EHD0D7数据写数据RSH，RWL，D0D7数据，E高脉冲无（2）RAM1602液晶控制器芯片内部带有80个8位的RAM缓冲区，其地址和屏幕的对应关系（3）1602字符液晶字库 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，如下表所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A” 。 高位低位0000001000110100010101100111101010111100110111101111XXXX00000Pp-PXXXX0001!1AQaqqXXXX0010“2BRbrXXXX0011#3CScsXXXX0100$4DTdtXXXX0101%5EUeuoXXXX0110&6FVfvXXXX01117GWgwXXXX1000(8HXhxfXXXXX1001)9IYiy-1yXXXX1010*：JZjz千XXXX1011+；Kk万XXXX1100,NnXXXX1111/?O-o第二章 硬件设计2.1 系统硬件概述STC12C5A60S2作为主控芯片，时钟电路由高精度低功耗的DS12C887提供，本设计硬件构造主要由三部分构成：复位电路、时钟获取电路和显示驱动电路。DS12C887 1602 液晶显示时钟芯片间取时获STC12C5A60S2复位及震荡数据显示复位电路单片机动驱八位共阳数码管 图2.1.1 硬件构造流程图2.2 硬件复位电路Vcc的+5V电平就会直接加到RST端，晶振为单片机提供稳定的振荡频率。图3.2 单片机复位电路图2.3时间获取电路单片机通过P0口与DS12C887时钟芯片的AD0.7管脚相连接，用来获取时间信息。DS12C887芯片的MOT端接地，使其为Intel模式。图2.3 DS12887时间电路2.4 18B20测温电路图2.4 18B20测温电路2.5数码管显示电路2.5.1 数码管管段码表2.5.2 电路设计数码管数据显示的硬件电路由单片机、4 位共阳极数码管、位驱动电路、限流电阻等组成。实验板中将跳线J7 与J2（A8A11 脚）相连，即单片机P1.0-P1.3控制数码管4 位位选。用跳线将J14 与J15 相连，P0 口送出数码管段选码。2.6 LCD液晶数据显示电路图2.4 1602显示电路2.7结果调试图2.5 实物图第三章 总结 通过本次课程设计，使我加深了对单片机的认识，并且熟悉了单片机系统的设计流程，受益匪浅。在功能上基本达标：时钟的日期显示，温度显示，数码管显示倒计时功能。时钟显示功能能精确度完全可以满足日常生活显示时间的需要，以及实时温度的读取，数码管可以精确的显示距高考还剩的天数。硬件设施基本合乎要求，软件设计可以配合硬件实现其功能。课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。对于我们学习电子信息的学生来说，单片机是我们必须掌握的一种技能，也是我们在今后走向社会的一项优势。在设计的过程中，我也遇到很多问题，由于是第一次用硬件来自行完成一项任务，难免会遇到过各种各样的问题，例如数码管的位置选择问题，倒计时天数的计算问题等等。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机C语言掌握得不好。通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。在老师的指导下也学会了让数码管分别显示高低位的方法，使的能够成功实现课程设计的任务要求。从这次的论文设计中，我真正的体会到，知识的重要性，特别是要理论联系实际，把我们所学的理论知识运用到实际生活当中，要用知识改变一切。参考文献1 刘爱娟，王青.51单片机和MAX7219的接口及编程应用J.电子制作，2007,6：46-48.2 张毅刚，彭喜元，单片机原理及应用（第二版）M.北京：高等教育出版社，2010：5.3 张迎辉，贡雪梅.单片机实训教程M.北京：北京大学出版社4 林国清，李见为，王崇文.一种新型的时钟日历芯片DS12C887D.重庆：重庆大学光电工程学院，2007:1-3.附录程序：#includeabsacc.h#include typedef unsigned char BYTE;typedef unsigned int WORD;typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;uchar set_mon=6;/设定目标月uchar set_day=5;/设定目标日uint tianshu=50;/* LED口地址 */#define led_data XBYTE0x6000 /写命令 /* 液晶1602口地址 */#define wr_com XBYTE0xC000 /写命令 #define wr_data XBYTE0xC100 /写数据 #define rd_com XBYTE0xC200 /读命令 #define rd_data XBYTE0xC300 /读数据 /* DS12887口地址 */ #define DS_A XBYTE0x100A /寄存器 #define DS_B XBYTE0x100B /寄存器 #define DS_C XBYTE0x100C /寄存器 #define Years XBYTE0x1009 /年 #define Month XBYTE0x1008 /月 #define Day XBYTE0x1007 /日 #define Week XBYTE0x1006 /星期 #define Hour XBYTE0x1004 /时 #define Minute XBYTE0x1002 /分 #define Second XBYTE0x1000 /秒 void Delay(uint n);void Delay2(uint n);sbit DS1820_DQ= P17; /单总线引脚 uint sec;float wen_val;char temperature2; /存放温度数据uchar temp=0xfe;uchar ah,al; void DS18B20_Init() ; /DS18B20 初始化 bit DS1820_Reset(); /DS1820 复位 void DS1820_WriteData(BYTE wData); /写数据到DS1820 BYTE DS1820_ReadData(); /读数据 void read_wendu();void DelayXus(WORD n);uchar display_data4;sbit wei1=P30;/4个数码管位选sbit wei2=P31;sbit wei3=P32;sbit wei4=P33;uchar code ledcode10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/0:0xc0,1:0xf9,2:0xa4,3:0xb0,4:0x99,5:0x92,6:0x82,7:0xf8,8:0x80,9:0x90BYTE code disp_num10 = 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,;BYTE ah,al; uchar j;void lcd_init(void); / lcd初始化 void write_cmd(BYTE cmd); / lcd写命令 /void write_string(unsigned char *s); / 写字符串 void write_data(BYTE dat) ; / 写数据 void set_display_place(BYTE line,column);void write_string_lcd(BYTE line,column,unsigned char *string);void write_data_lcd(BYTE line,column,dat);/*Function name: write_cmd Descriptions: 向lcd输入指令 */void write_cmd(BYTE cmd) BYTE dl;do dl=rd_com; while(dl&0x80)!=0);/判忙 wr_com= cmd; Delay(1);/*Function name: write_data Descriptions: 写入数据 */void write_data(BYTE dat)BYTE dl;do dl=rd_com; while(dl&0x80)!=0);/判忙 wr_data= dat; Delay(1); /*Function name: write_string Descriptions: 写入字符串 */void write_string(BYTE *s) while(*s != 0) /0为字符串结束标志 write_data(*s); s+; /*Function name: set_display_placeDescriptions: 设置字符的显示位置 */void set_display_place(BYTE line,column) BYTE address; if(line = 1) address = 0x80 + column; else if(line = 2) address = 0xc0 + column; write_cmd(address); /*Function name: 将字符串写到指定的位置 Descriptions: 将字符串显示在lcd的特定位置 */void write_string_lcd(BYTE line,column,unsigned char *string) set_display_place(line,column); write_string(string); Delay(1);/*Function name: 将字符写到指定的位置 Descriptions: 将字符串显示在lcd的特定位置 */void write_data_lcd(BYTE line,column,dat) set_display_place(line,column); write_data(dat); Delay(1);/*液晶模块初始化*/void lcd_init(void) write_cmd(0x38);/ write_cmd(0x38);/ write_cmd(0x06);/ write_cmd(0x0c);/ write_cmd(0x01);/ /*DS12887初始化程序*/void DS_init() DS_A=0x20; DS_B=0x12; /* 显示时间 */void crt_time(BYTE line) BYTE dhi,dli;BYTE temp;set_display_place(line,1);temp=Month;write_data(temp/16+0x30);write_data(temp%16+0x30);write_data(-);temp=Day;write_data(temp/16+0x30);write_data(temp%16+0x30);write_data( );write_data( );dli=Hour;dhi=dli & 0xf0; dhi=4;dhi+=0x30;dli &=0x0f;dli +=0x30;write_data(dhi);write_data(dli);dli=0x3a;write_data(dli);dli=Minute;dhi=dli & 0xf0; dhi=4;dhi+=0x30;dli &=0x0f;dli +=0x30;write_data(dhi);write_data(dli);dli=0x3a;write_data(dli);dli=Second;dhi=dli & 0xf0; dhi=4;dhi+=0x30;dli &=0x0f;dli +=0x30;write_data(dhi);write_data(dli);void Delay(WORD n) WORD x;while(n-) x=500;while(x-);void Delay2(WORD n) WORD x;while(n-) x=5000;while(x-);void write_time() DS_A=0x2f; /寄存器 DS_B|=0x80; Years=0x13; /年 Month=0x09; /月 Day=0x13; /日 Week=0x05; /星期 Hour=0x17; /时 Minute=0x12; /分 Second=0x00; /秒 DS_B &=0x7f; /寄存器 /*DS1820 复位及存在检测(通过存在脉冲可以判断DS1820 是否损坏) *函数名称:DS1820_Reset() *说明:函数返回一个位标量(0 或1)flag=0 存在,反之flag=1 不存在 */bit DS1820_Reset()bit flag;DS1820_DQ = 0; /拉低总线 DelayXus(480); /延时480 微秒,产生复位脉冲 DS1820_DQ = 1; /释放总线 DelayXus(80); /延时80 微秒对总线采样 flag = DS1820_DQ; /对数据脚采样 DelayXus(400); /延时400 微秒等待总线恢复 return (flag); /根据flag 的值可知DS1820 是否存在或损坏 ，可加声音告警提示DS1820 故障 /*写数据到DS1820*函数名称:DS1820_WriteData()*/void DS1820_WriteData(BYTE wData)BYTE i;for (i=8;i0;i-)DS1820_DQ = 0; /拉低总线,产生写信号 DelayXus(4); /延时4us DS1820_DQ = wData&0x01; /发送1 位 DelayXus(60); /延时60us,写时序至少要60us DS1820_DQ = 1; /释放总线,等待总线恢复 wData=1; /准备下一位数据的传送 /*从DS1820 中读出数据*函数名称:DS1820_ReadData()*/BYTE DS1820_ReadData()BYTE i,TmepData;for (i=8;i0;i-)TmepData=1;DS1820_DQ = 0; /拉低总线,产生读信号 DelayXus(4); /延时4us DS1820_DQ = 1; /释放总线,准备读数据 DelayXus(8); /延时8 微秒读数据 if (DS1820_DQ = 1)TmepData |= 0x80;DelayXus(60); /延时60us DS1820_DQ = 1; /拉高总线,准备下一位数据的读取. return (TmepData);/返回读到的数据 /*延时n微秒程序*/void DelayXus(WORD n) while(-n);/*读取温度程序*/void read_wendu() BYTE i;DS1820_Reset(); /复位DS1820_WriteData(0xcc); /跳过ROM 命令DS1820_WriteData(0x44); /温度转换命令DS1820_Reset(); /复位DS1820_WriteData(0xcc); /跳过ROM 命令DS1820_WriteData(0xbe); /读DS1820 温度暂存器命令for (i=0;i2;i+)temperaturei=DS1820_ReadData(); /采集温度DS1820_Reset();