课程设计（论文）-基于单片机的电子万年历.doc

目 录1方案论证.11.1单片机芯片的选择方案和论证.11.2显示模块选择方案和论证.11.3时钟芯片的选择方案和论证.11.4电路设计最终方案决定.22系统的硬件设计与实现.32.1电路设计框图.32.2系统硬件概述.32.3主要单元电路的设计.32.3.1单片机主控制模块的设计.32.3.2时钟电路模块的设计. 42.3.3电路原理及说明.42.3.4显示模块的设计.53系统的软件设计.63.1程序流程框图.64测试与结果分析.74.1硬件测试.74.2软件测试.75 prodeus软件仿真. .8 5.1Proteus ISIS简介.85.2Proteus运行流程.95.3Proteus仿真结果.106课程设计总结与体会. .11 参考文献.12 附录一：系统电路图.13附录二：系统程序.14 1 方案论证1.1 单片机芯片的选择方案和论证方案一: 采用AT89C51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:AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k 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，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合,所以该实验选用AT89C52单片机。1.2 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。1.3 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。1.4 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AT89C52作为主控制系统; DS1302提供时钟;LCD液晶显示屏作为显示。2 系统的硬件设计与实现2.1 电路设计框图图1系统原理图2.2 系统硬件概述本设计利用AT89C52的特点及DS1302的特点，提出一种基DS1302单片机控制，再利用数码管显示的数字钟。本系统硬件利用AT89S52作为CPU进行总体控制，通过DS1302时钟芯片获取准确详细的时间（年、月、日、周、日、时、分、秒准确时间），对时钟信号进行控制，同时利用液晶显示芯片LCD1602对时间进行准确显示年、月、日、周、日、时、分、秒。该数字钟硬件电路简单，使用灵活，功能稳定，显示准确且无论对于社会或者科研也有一定的研究价值。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 AT89C52单片机为39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 2.3.2 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。 图3 DS1302的引脚图2.3.3 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)。 2.3.4 显示模块的设计如图.4为LCD显示模块。图4 LCD液晶显示屏显示模块3 系统的软件设计3.1 程序流程框图图5主程序流程图4 测试与结果分析4.1 硬件测试该次实验全部为仿真，但是对于硬件电路出现的一些问题从网络上找到一些注意事项电子万年历的电路系统较大，对于焊接方面更是不可轻视，庞大的电路系统中只要出于一处的错误，则会对检测造成很大的不便，而且电路的交线较多，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。在本成电子万年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）LCD液晶显示屏显示部分已经连在最小系统上，节省了不少时间和精力。（2）对万年历修改时间或日期时，有时LCD液晶显示屏被屏蔽掉，造成不亮现象。4.2 软件测试电子成年历是多功能的数字型，可以看当前日期,时间。电子成年历功能很多，所以对于它的程序也较为复杂,所以在编写程序和调试时出现了相对较多的问题。最后经过多次的模块子程序的修改，一步一步的完成，最终解决了软件测试的问题。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通过修改程序可以更换显示时间：6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。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参考文献1刘勇 编 数字电路 电子工业出版社 20042马淑华 编 单片机原理与接口技术 北京邮电大学出版社 20073杨子文 编 单片机原理及应用 西安电子科技大学出版社 20064王法能 编 单片机原理及应用 科学出版社 2004附录一：系统电路图附录二：系统程序#include /包含单片机寄存器的头文件#include /包含_nop_()函数定义的头文件#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*以下是DS1302芯片的操作程序*/uchar code digit10=0123456789; /定义字符数组显示数字sbit DATA=P11; /位定义1302芯片的接口，数据输出端定义在P1.1引脚sbit RST=P12; /位定义1302芯片的接口，复位端口定义在P1.1引脚sbit SCLK=P10; /位定义1302芯片的接口，时钟输出端口定义在P1.1引脚/*函数功能：延时若干微秒入口参数：n*/ void delaynus(uchar n) uchar i; for(i=0;in;i+) ;/*函数功能：向1302写一个字节数据入口参数：x*/ void Write1302(uchar dat) uchar i; SCLK=0; /拉低SCLK，为脉冲上升沿写入数据做好准备 delaynus(2); /稍微等待，使硬件做好准备 for(i=0;i=1; /将dat的各数据位右移1位，准备写入下一个数据位 /*函数功能：根据命令字，向1302写一个字节数据入口参数：Cmd，储存命令字；dat，储存待写的数据*/ void WriteSet1302(uchar Cmd,uchar dat) RST=0; /禁止数据传递 SCLK=0; /确保写数居前SCLK被拉低RST=1; /启动数据传输delaynus(2); /稍微等待，使硬件做好准备Write1302(Cmd); /写入命令字Write1302(dat); /写数据SCLK=1; /将时钟电平置于已知状态RST=0; /禁止数据传递 /*函数功能：从1302读一个字节数据入口参数：x*/ uchar Read1302(void) uchar i,dat;delaynus(2); /稍微等待，使硬件做好准备for(i=0;i=1; /将dat的各数据位右移1位，因为先读出的是字节的最低位if(DATA=1) /如果读出的数据是1 dat|=0x80; /将1取出，写在dat的最高位 SCLK=1; /将SCLK置于高电平，为下降沿读出 delaynus(2); /稍微等待 SCLK=0; /拉低SCLK，形成脉冲下降沿 delaynus(2); /稍微等待 return dat; /将读出的数据返回 /*函数功能：根据命令字，从1302读取一个字节数据入口参数：Cmd*/ uchar ReadSet1302(uchar Cmd) uchar dat; RST=0; /拉低RST SCLK=0; /确保写数居前SCLK被拉低 RST=1; /启动数据传输 Write1302(Cmd); /写入命令字 dat=Read1302(); /读出数据 SCLK=1; /将时钟电平置于已知状态 RST=0; /禁止数据传递 return dat; /将读出的数据返回/*函数功能： 1302进行初始化设置*/ void Init_DS1302(void)WriteSet1302(0x8E,0x00); /根据写状态寄存器命令字，写入不保护指令 WriteSet1302(0x80,(0/10)4|(0%10); /根据写秒寄存器命令字，写入秒的初始值/除法运算，取整；%取模运算，取余/数据前四位为十位，后四位为个位，详见寄存器表 WriteSet1302(0x82,(0/10)4|(0%10); /根据写分寄存器命令字，写入分的初始值WriteSet1302(0x84,(12/10)4|(12%10); /根据写小时寄存器命令字，写入小时的初始值WriteSet1302(0x86,(28/10)4|(19%10); /根据写日寄存器命令字，写入日的初始值WriteSet1302(0x88,(06/10)4|(06%10); /根据写月寄存器命令字，写入月的初始值WriteSet1302(0x8c,(11/10)4|(11%10);/根据写小时寄存器命令字，写入小时的初始值/*以下是对液晶模块的操作程序*/sbit RS=P20; /寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚sbit RW=P21; /读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚sbit E=P22; /使能信号位，将E位定义为P2.2引脚sbit BF=P07; /忙碌标志位，将BF位定义为P0.7引脚/*函数功能：延时1ms(3j+2)*i=(333+2)10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒*/void delay1ms() unsigned char i,j; for(i=0;i10;i+) for(j=0;j33;j+) ; /*函数功能：延时若干毫秒入口参数：n*/ void delaynms(unsigned char n) unsigned char i;for(i=0;i4)*1