电子万年历课程设计报告.doc

机电信息工程学院单片机系统课程设计报告系 别：专 业：班 级：设计题目：学生姓名：指导教师：完成日期： 一、设计任务与性能指标1.1设计任务设计一个带有年月日、时分秒及星期显示的电子日历。要求用Altium 6.0 画出系统的电路原理图，印刷电路板，绘出程序流程图，并给出程序清单。1.2性能指标 电子日历的主要功能是给人们提供时间和日期信息，无论其形式如何，从外部都可分为显示和校准两部分。为使电子日历协调工作，整个系统从功能上可分为实时时钟、显示和键盘三个模块，分别完成时间和日期的计算以及人机交互的管理。带有时钟（时分秒）和日期（年月日）和星期的显示。可进行时间及日期的校正及报时点设置。1.3系统要求带有时钟（时分秒）和日期（年月日）和星期的显示。可进行时间及日期的校正及报时点设置。二、方案选择2.1硬件方案2.1.1实时时钟方案选择实时时钟（RTC：Real Time Clock）是系统的核心，其运行精度直接影响产品质量。实时时钟的实现有两种方案可选，一是利用单片机系统时钟和中断完成时间和日期的计算；二是利用专用时钟芯片。前者不用附加芯片，系统简单，但是累计误差较大，只有短时计时才可使用。长时间计时一般都采用后者。后者采用32.768KHz晶体振荡器振作为脉冲源，内部的15位计数器刚好产生标准秒脉冲。该类芯片除时钟计时外，还有年月日和星期的计算功能，并且还可计算闰年。芯片初始化后可脱离CPU自动运行，有些芯片内部带有电池，出厂时芯片即开始运行。专用时钟芯片的种类很多，与CPU的通信方式有并行，也有串行。常见的芯片有DALLAS 公司生产的DS1302和DS12887，前者为串行，需要外加后备电池；后者为并行，芯片内置锂电池和晶体振荡器，无外加电源的情况下可运行10年。本实验采用的是第二种方案，而且用的是DS1302。2.1.2显示方案选择简单的数据显示常采用液晶显示或数码管显示。液晶显示有耗电低、外形美观的优点，并且，点阵液晶可显示较复杂的字符或图案。其缺点是通用液晶显示器的显示方案构建不够灵活，在较暗的环境下液晶需要背光，而且，液晶显示成本较高。相对液晶显示器来讲，由于数码管种类繁多，其显示方案构建灵活，成本较低。由于本身即是发光体，所以，数码管显示无需额外光源。数码管的缺点是功耗较大，字符较多时，必须交流供电，而且，数码管不能显示复杂字型。考虑到本实验的设计要求，选择的则是液晶显示。系统框图如图1所示：单片机显示系统RTC键盘 图1电子万年历的系统框图2.2软件方案系统软件可分为键盘管理、显示管理、报时管理和RTC管理三部分。软件可由汇编语言完成，也可由C语言完成。本实验采用的则是C语言。三、硬件电路的设计与分析 图2 单片机模块原理图3.1单片机模块本实验CPU采用的是STC89C52，单片机模块主要包括晶振电路，复位电路，单片机芯片，P0口作为输出连接液晶模块，P1口连接实时时钟部分，P3口用来扫描键盘使用，如图2所示。3.2实时时钟模块实时时钟采用DS1302，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，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。上电运行时，在Vcc2.5V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。I/O为串行数据输入输出端(双向)，SCLK始终是输入端。DS1302与P1口连接。如图3所示： 图3实时时钟模块原理图3.3 按键模块 实时系统的按键共有4个：确定键，加一键，减一键，返回键。与P2口连接。如图4所示： 图4按键模块原理图3.4显示模块 显示模块用的是液晶显示器1602，1602采用标准的16脚接口。第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：V0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1516脚：背光。DS1602的控制端与P3口连接，而数据端与P0口连接。如图5所示： 图5液晶显示模块3.5报时模块报时模块采用的蜂鸣器，具有整点报时的功能。例如：1点钟响1声，12点钟响12声。如图6所示： 图6 报时模块电路图3.6测温模块测温模块主要采用的则是18B20，18B20是一个三脚的温度芯片，一脚接电源，一脚接地，另一个脚是一跟信号线。18B20是一款仅使用一跟信号线与单片机通信的温度测量芯片，这跟信号线既要包含时间信息，又要包含数据信息，因此与单片机的硬件连接（物理层）比较简单。如图7所示： 图7 测温模块电路图四、系统软件设计4.1主程序设计程序软件部分流程图如图8所示：YN内存变量初始化：报时点、显示缓冲区等系统硬件初始化：显示器、RCT芯片等系统硬件初始化：显示器、RCT芯片等扫描键盘键盘分析处理显示管理开始上电复位Y图8 主程序流程图4.2 时钟芯片DS1302子程序设计表1 DS1302的控制字节定义DS1302的控制字节定义如表1所示。控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果为0，则不能把数按位写入DS1302中。位6为0，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，最低有交往位（位0）为0，表示要执行写操作；为1，表示执行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 7 6 5 4 3 2 1 01RAM _ CKA4A3A2A1A0RAM _KDS1302共有12个寄存器，其中有7个与日历、时钟有关，存放的数据为BCD码，其日历、时间寄存器及其控制字如表2所示。表2 DS1302 各寄存器及控制字寄存器名命令字取值范围各位内容写操作读操作76543210秒寄存器80H81H0059CH10SECSEC分寄存器82H83H0059010MINMIN时寄存器84H85H0012或002312/24010/APHRHR日寄存器86H87H0128,29,30,310010DATEDATE月寄存器88H89H011200010MMONTH周寄存器8AH8BH010700000DAY年寄存器8CH8DH009910YEARYEAR图9 DS1302流程图 4.3 液晶显示芯片1602子程序设计 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，如表3所示 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，表4是DM-162的内部显示地址.表3 CGROM和CGRAM中字符代码与字符图形对应关系高位低位 00000010001101000101011001111010101111001101111011110000CGRAM（1）0Pp p0001（2）！1AQaq。 aq0010（3）“2BRbr 0011（4）#3CScs 0100（5）$4DTds、0101（6）%5EUeu0110（7）&6FVfv 0111（8）7GWgw g 1000（1）(8HXhx _1001（2）)9IYiy y1010（3）“JZgz j 千1011（4）+Kk 万1100（5）L￥l| 1101（6）一Mm %1110（7）Nn n1111（8）Oo 表4 DM-162的内部显示地址1234567891011121314151600 0102030405060708090A0B0C0D0E0F第一行404142434445464748494A4B4C4D4E4F第二行 图10 1602液晶显示子程序流程图4.4 温度传感芯片18B20子程序设计18B20可以测量-55度到125度之间的温度，测量精度为0.5度。在DS1820 中温度是以1/2 度LSB （最低有效位）形式表示时产生以下9位格式MSB(最高位) (最低有效位) LSB1.11001110最高有效（符号）位被复制到存储器内两字节的温度寄存器中较高MSB 的所有位这种符号扩展产生了如表5 所示的16 位温度读数。 表5 温度 / 数据关系温度数字输出/（二进制）安息字输出（十六进制）+12500000000 1111101000FAh+2500000000 001100100032h+1/200000000 00000001 0001h00000000 00000000 0000h11111111 11111111 FFFFh11111111 11001110 FFCEh11111111 10010010 FF92h 图11 18B20温度传感子程序流程图五、调试及性能分析5.1调试步骤1)硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。具体步骤及测试结果如下所示：由于在PCB图设计中按键封装选择有误，导致起初电路无任何反应，后经万用表测试，发现了错误原因，通过割线、飞线加以改正了电路的错误连接，实现了预期功能。2)软件调试因为网上相似的万年历案例很多，基本相似的也不少，我们小组参照相关程序进行调试，基本没遇到很困难的问题。5.2性能分析单片机上电复位后，我们已经给1302赋了初值，按下控制键进入时间调整状态，此时在我们调整哪一位时哪一位就会处于闪烁状态，按下加1键被调整的那一位就会加1，按减一也会减1，然后我们把时间调到当时的时间，屏幕也很稳定，温度也自动的显示出来，但经过我们仔细的观察之后，时钟走的好像不是很稳定，可能会有一定的误差，所以我们的日历在性能上还有不完善的地方，在以后的学习当中，我们将尽力把这些功能也完善好。六、心得体会经过这次的课程设计，我们对单片机、PCB其相关芯片的资料和运用有了深刻的了解。同时，理论同实践相联系，使我们对这些知识的应用更加清楚。我们此次的设计产品为电子万年历，基本功能包括时间，日期，星期和温度已经实现，报时功能因软件问题，未能实现。在调试过程中，起初无论如何复位，烧录的程序都未见任何现象，后来，在用万用表测试串口模块硬件的过程中，发现按键全都短路了，经查看PCB图才发现按键的封装反了，应该是横向短路、纵向开关，我们误把横向设计成开关、纵向短路了。经过仔细校对、割线、飞线，才开始出现预定的现象。本次课程设计时间不算长，但是收获很大，包括对单片机的认识，对Altium Designer 6软件使用的巩固和加深，对DS1302的工作原理的了解等。同时也培养了我们面对问题，要耐心冷静处理的态度。这次课程设计对我们今后的影响会非常大。当然，非常感谢老师和同学们在我们遇到问题时的热情帮助。 课程设计是一次很好的理论联系实践的动手机会，增了我们的动手能力，使我们的理论知识得以应用，今后我们会注重实践能力的锻炼，注重动手能力的培养。参考文献1 徐维祥、刘旭敏。 单片微型机原理及应用。 大连理工大学出版社，19962杨将新、李华军、刘东骏。 单片机程序设计及应用。 电子工业出版社，20063刘文涛。 单片机语言C51典型应用设计。 人民邮电出版社，20054 楼然苗、李光飞. 51系列单片机设计实例. 北京航空航天大学出版社，2003附录1系统硬件电路图附录2程序清单#include #include /#include LCD1602.h/#include DS1302.h#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit DS1302_CLK = P14; /实时时钟时钟线引脚 sbit DS1302_IO = P13; /实时时钟数据线引脚 sbit DS1302_RST = P12; /实时时钟复位线引脚sbit wireless_1 = P30;sbit wireless_2 = P31;sbit wireless_3 = P32;sbit wireless_4 = P33;sbit ACC0 = ACC0;sbit ACC7 = ACC7;char hide_sec,hide_min,hide_hour,hide_day,hide_week,hide_month,hide_year; /秒,分,时到日,月,年位闪的计数sbit Set = P20; /模式切换键sbit Up = P21; /加法按钮sbit Down = P22; /减法按钮sbit out = P23; /立刻跳出调整模式按钮sbit DQ = P10; /温度传送数据IO口char done,count,temp,flag,up_flag,down_flag;uchar temp_value; /温度值uchar TempBuffer5,week_value2;void show_time(); /液晶显示程序/*1602液晶显示部分子程序*/Port Definitions*sbit LcdRs= P25;sbit LcdRw= P26;sbit LcdEn = P27;sfr DBPort = 0x80;/P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.数据端口/内部等待函数*unsigned char LCD_Wait(void)LcdRs=0;LcdRw=1;_nop_();LcdEn=1;_nop_(); LcdEn=0;return DBPort;/向LCD写入命令或数据*#define LCD_COMMAND0 / Command#define LCD_DATA1 / Data#define LCD_CLEAR_SCREEN0x01 / 清屏#define LCD_HOMING 0x02 / 光标返回原点void LCD_Write(bit style, unsigned char input)LcdEn=0;LcdRs=style;LcdRw=0;_nop_();DBPort=input;_nop_();/注意顺序LcdEn=1;_nop_();/注意顺序LcdEn=0;_nop_();LCD_Wait();/设置显示模式*#define LCD_SHOW0x04 /显示开#define LCD_HIDE0x00 /显示关 #define LCD_CURSOR0x02 /显示光标#define LCD_NO_CURSOR0x00 /无光标 #define LCD_FLASH0x01 /光标闪动#define LCD_NO_FLASH0x00 /光标不闪动void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x08|DisplayMode);/设置输入模式*#define LCD_AC_UP0x02#define LCD_AC_DOWN0x00 / default#define LCD_MOVE0x01 / 画面可平移#define LCD_NO_MOVE0x00 /defaultvoid LCD_SetInput(unsigned char InputMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x04|InputMode);/初始化LCD*void LCD_Initial()LcdEn=0;LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38); /8位数据端口,2行显示,5*7点阵LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR); /开启显示, 无光标LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN); /清屏LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE); /AC递增, 画面不动/液晶字符输入的位置*void GotoXY(unsigned char x, unsigned char y)if(y=0)LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|x);if(y=1)LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|(x-0x40);/将字符输出到液晶显示void Print(unsigned char *str)while(*str!=0)LCD_Write(LCD_DATA,*str);str+;/*DS1302时钟部分子程序*/typedef struct _SYSTEMTIME_unsigned char Second;unsigned char Minute;unsigned char Hour;unsigned char Week;unsigned char Day;unsigned char Month;unsigned char Year;unsigned char DateString11;unsigned char TimeString9;SYSTEMTIME;/定义的时间类型SYSTEMTIME CurrentTime;#define AM(X)X#define PM(X)(X+12) / 转成24小时制#define DS1302_SECOND0x80 /时钟芯片的寄存器位置,存放时间#define DS1302_MINUTE0x82#define DS1302_HOUR0x84 #define DS1302_WEEK0x8A#define DS1302_DAY0x86#define DS1302_MONTH0x88#define DS1302_YEAR0x8C void DS1302InputByte(unsigned char d) /实时时钟写入一字节(内部函数) unsigned char i; ACC = d; for(i=8; i0; 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 ucData = DS1302OutputByte(); / 读1Byte数据 DS1302_CLK = 1; DS1302_RST = 0; return(ucData);void DS1302_GetTime(SYSTEMTIME *Time) /获取时钟芯片的时钟数据到自定义的结构型数组unsigned char ReadValue;ReadValue = Read1302(DS1302_SECOND);Time-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) /将时间年,月,日,星期数据转换成液晶显示字符串,放到数组里DateString if(hide_year2) /这里的if,else语句都是判断位闪烁,2就不显示,输出字符串为 2007/07/22 Time-DateString0 = 2; Time-DateString1 = 0; Time-DateString2 = Time-Year/10 + 0; Time-DateString3 = Time-Year%10 + 0; else Time-DateString0 = ; Time-DateString1 = ; Time-DateString2 = ; Time-DateString3 = ;Time-DateString4 = /;if(hide_monthDateString5 = Time-Month/10 + 0; Time-DateString6 = Time-Month%10 + 0; else Time-DateString5 = ; Time-DateString6 = ; Time-DateString7 = /;if(hide_dayDateString8 = Time-Day/10 + 0; Time-DateString9 = Time-Day%10 + 0; else Time-DateString8 = ; Time-DateString9 = ; if(hide_weekWeek%10 + 0; /星期的数据另外放到 week_value数组里,跟年,月,日的分开存放,因为等一下要在最后显示 else week_value0 = ; week_value1 = 0;Time-DateString10 = 0; /字符串末尾加 0 ,判断结束字符void TimeToStr(SYSTEMTIME *Time) /将时,分,秒数据转换成液晶显示字符放到数组 TimeString; if(hide_hourTimeString0 = Time-Hour/10 + 0; Time-TimeString1 = Time-Hour%10 + 0; else Time-TimeString0 = ; Time-TimeString1 = ;Time-TimeString2 = :; if(hide_minTimeString3 = Time-Minute/10 + 0; Time-TimeString4 = Time-Minute%10 + 0; else Time-TimeString3 = ; Time-TimeString4 = ; Time-TimeString5 = :; if(hide_secTimeString6 = Time-Second/10 + 0; Time-TimeString7 = Time-Second%10 + 0; else Time-TimeString6 = ; Time-TimeString7 = ; Time-DateString8 = 0;void Initial_DS1302(void) /时钟芯片初始化 unsigned char Second=Read1302(DS1302_SECOND);if(Second&0x80) /判断时钟芯片是否关闭 Write1302(0x8e,0x00); /写入允许Write1302(0x8c,0x07); /以下写入初始化时间 日期:07/07/25.星期: 3. 时间: 23:59:55Write1302(0x88,0x07);Write1302(0x86,0x25);Write1302(0x8a,0x07);Write1302(0x84,0x23);Write1302(0x82,0x59);Write1302(0x80,0x55);Write1302(0x8e,0x80); /禁止写入/*ds18b20子程序*/*ds18b20延迟子函数（晶振12MHz ）*/ void delay_18B20(unsigned int i)while(i-);/*ds18b20初始化函数*/void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ复位 delay_18B20(8); /稍做延时 DQ = 0; /单片机将DQ拉低 delay_18B20(80); /精确延时 大于 480us DQ = 1; /拉高总线 delay_18B20(14); x=DQ; /稍做延时后 如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败 delay_18B20(20);/*ds18b20读一个字节*/ unsigned char ReadOneChar(void)uchar i=0;uchar dat = 0;for (i=8;i0;i-) DQ = 0; / 给脉冲信号 dat=1; DQ = 1; / 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(4); return(dat);/*ds18b20写一个字节*/ void WriteOneChar(uchar dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay_18B20(5); DQ = 1; dat=1; /*读取ds18b20当前温度*/void ReadTemp(void)unsigned char a=0;unsigned char b=0;un