倒计时单片机课设

1、学 号 10700230天津城建大学单片机原理及接口技术课程设计设计说明书LCD1602显示的倒计时装置设计 起止日期： 2014 年 1 月 6 日 至 2014 年 1 月 17 日学生姓名彭建超班级10电信2班成绩指导教师(签字)计算机与信息工程学院2014年 1月 17日天津城建大学课程设计任务书20132014学年 第1学期计算机与信息工程学院 电子信息工程专业 班级 10电信2 学号 10700230 课程设计名称： 单片机原理及接口技术 设计题目： LCD1602显示的倒计时装置设计 完成期限：自 2014 年 1 月 6 日至 2014 年 1 月 17 日共 2 周设计依据、

2、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

3、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显示时间和倒计时时间（最大99:59:59）的装置。一是扩展DS12C887时钟电路设计；二是利用LCD1602显示时间和倒计时剩余时间；三是在倒计时时间减为零以后，进行加1时间显示；四是设计启动、暂停、停止按键。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/

4、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

5、日期： 2014 年 1 月 2 日目 录第一章 设计原理11.1 设计内容11.2 设计思路说明11.3 设计原理框图1第二章 硬件的选择22.1 主控制芯片AT89S5122.1.1 主要性能特点22.1.2 管脚说明22.2 DS12C887时钟芯片42.2.1 器件特性42.2.2 引脚功能52.3 LCD1602液晶显示屏62.3.1 性能说明62.3.2 管脚功能及特性7第三章 软件程序设计83.1 主程序模块83.3 1602显示模块83.4 键盘输入模块103.2 DS12C887时钟模块10第四章 心得总结12第五章 参考文献13附录一（电路原理图）14附录二（C程序）15第

6、一章 设计原理1.1 设计内容STC12C5A60S2（引脚排序及基本功能同AT89S51）作为主控芯片，设计利用LCD1602显示时间和倒计时时间（最大99:59:59）的装置。一是扩展DS12C887时钟电路设计；二是利用LCD1602显示时间和倒计时剩余时间；三是在倒计时时间减为零以后，进行加1时间显示；四是设计启动、暂停、停止按键。1.2 设计思路说明本文主要对使用单片机设计电子时钟进行了分析，并介绍了基于单片机电子时钟硬件组成。利用单片机为控制核心，以液晶屏LCD1602显示器为显示模块，依靠DS12C887芯片高精度计时的特点，可以设计出一个具有显示年月日，星期，时分秒，以及定时闹

7、钟功能为一体的高精度电子时钟。并且本文分别从原理图，主要芯片，以及程序的调试来详细阐述。如果直接使用单片机进行定时、计时，那么单片机运行代码时，难免会因环境、人为操作等因素导致时间不能准确，产生一定的误差等，如果没有特殊的方法，系统意外掉电时，时间数据会丢失，重启系统时还需重设时间，所以本设计采取使用高精度计时芯片DS12C887方案。1.3 设计原理框图 LCD液晶显示倒计时器以AT89C52单片机为核心，起着控制作用，系统包括液晶显示电路，按键电路，复位电路，DS12C887时钟模块和矩阵键盘电路。倒计时的总体框图如下图1.1所示： 图1.1系统原理框图第2章 硬件的选择2.1 主控制芯片

8、AT89S51单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用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，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元

9、，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。2.1.1 主要性能特点1、4k Bytes Flash片内程序存储器；2、128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）；3、32个外部双向输入/输出（I/O）口；4、2个中断优先级、2层中断嵌套中断；5、5个中断源；6、2个16位可编程定时器/计数器；7、2个全双工串行通信口；8、看门狗（WDT）电路；9、片内振荡器和时钟电路；10、与MCS-51兼容；11、全静态工作：0Hz-33MHz；12、三级程序存储器保密锁定；13、可编程串行通道；14、低功耗的闲置和掉电模式。2.1.2 管脚说明VCC：电源电压输入端。GND：电源地。P

10、0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P1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外部必须被拉高。 图2.1 PDIP封装的AT89S51管脚图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：

11、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

12、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口除了作为普通I/O口，还有第二功能：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（T0定时器的外部计数输入）P3.5 T1（T1定时器的外部计数输入）P3.6 /WR（外部数据存储器的写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器的读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的

13、内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。89C51的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。RST：复位输入端，高电平有效。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：地址锁存允许/编程脉冲信号端。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

14、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指令时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，低电平有效。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：外部程序存储器访问允许。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

15、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：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。2.2 DS12C887时钟芯片2.2.1 器件特性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

16、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。2.2.2 引脚功能 DS12C887 的引脚

17、排列如图 1 所示，各管脚的功能说明如下：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

18、，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

19、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，（15） 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

20、，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

21、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。在 DS12C887 内有 11 字节 RAM 用来存储时间信息，4 字节用来存储控制信息，其具体垢 地址及取值如表 1 所列。2.3 LCD1602液晶显示屏2.3.1 性能说明 工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行）1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的

22、作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。2.3.2 管脚功能及特性 管脚功能1602采用标准的16脚接口，其中： 第1脚：VSS为电源地 图2.3 LCD1602引脚图 第2脚：VCC接5V电源正极第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”，

23、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1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。 特性3.3V或5V工作电压，对比度可调内含复位电路提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能有80字节显示数据存储器DDRAM内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM8个

24、可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM第3章 软件程序设计3.1 主程序模块 程序设计思想是采用自顶向下、逐步求精的方法，将一个复杂的问题分解成若干独立的子问题，每个子问题对应一个功能独立的程序模块，将这些模块有机的连接在一起，构成完整的程序。先进行主程序模块的设计，描述程序的总体框架，在进行子模块的设计，完成相应的子功能。 首先，程序启动应先对单片机资源进行初始化操作，其过程包括：打开中断，向ds12c887芯片写入控制字，读取芯片內相应寄存器的时间数据，并将lcd1602进行初始化，写入控制字，写入数据，完成时间日期的显示，然后进入循环中不断重复以下过程：扫描键盘，有键盘按下则执行相

25、应的操作，进行ds12c887芯片的寄存器数据读取，向lcd1602发送相应数据并显示。（1）显示时间程序 用软件调节时间，通过程序的调节，最后用LCD现实时钟 （2）调节时间程序 按键调节时间，能实现启动，暂停，停止的调节倒计时。 3.3 1602显示模块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，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”。在单片机编程中还可以用

26、字符型常量或变量赋值，如'A。因为CGROM储存的字符代码与我们PC中的字符代码是基本一致的，因此我们在向DDRAM写C51字符代码程序时甚至可以直接用P1=A这样的方法。PC在编译时就把'A'先转换为41H代码了。字符代码0x000x0F为用户自定义的字符图形RAM(对于5X8点阵的字符，可以存放8组，5X10点阵的字符，存放4组)，就是CGRAM了。0x200x7F为标准的ASCII码，0xA00xFF为日文字符和希腊文字符，其余字符码(0x100x1F及0x800x9F)没有定义。以下是1602的16进制ASCII码表地址：读的时候，先读左边那列，再读上面那行，如

27、：感叹号！的ASCII为0x21，字母B的ASCII为0x42（前面加0x表示十六进制）。控制指令集如下：指令码 功 能 指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除显示0000000001将DDRAM填满"20H",并且设定DDRAM的地址计数器(AC)到"00H"地址归位000000001X设定DDRAM的地址计数器(AC)到"00H",并且将游标移到开头原点位置;这个指令不改变DDRAM 的内容显示状态开/关0000001DCBD=1: 整体显示 ONC=1: 游标ONB=1:游标位置反白允许进入点设定00000001I/

28、DS指定在数据的读取与写入时,设定游标的移动方向及指定显示的移位游标或显示移位控制000001S/CR/LXX设定游标的移动与显示的移位控制位;这个指令不改变DDRAM 的内容功能设定00001DLXREXXDL=0/1：4/8位数据RE=0/1： 基本指令操作 / 扩充指令操作设定CGRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定CGRAM 地址设定DDRAM地址0010AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定DDRAM 地址（显示位址）第一行：80HA7H第二行：C0HE7H读取忙标志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0读取忙标志(BF)可以确认内部动作是否

29、完成,同时可以读出地址计数器(AC)的值写数据到RAM10数据将数据D7D0写入到内部的RAM (DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)读RAM11数据从内部RAM读取数据D7D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)3.4 键盘输入模块在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图1所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出

30、一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，下图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。具体的识别及编程方法如下所述。 1、判断键盘中有无键按下 将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个

31、按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。2、判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。检测到按键之后，再执行相应的程序即可实现时间的启动，暂停，停止功能了。3.2 DS12C887时钟模块 DSl2C887引脚排列见图1组件中包含有石英晶体、锂电池、实时时钟、日历时钟、报警时钟、方波发生器、方波输出电路、计数器、四个功能寄存器AB，CD和128字节的不掉电RAM

32、等。由于DSl2C887内部带有锂电池可保证其正常工作达十年之久。所以不管外部供电电压如何一旦启动了DSl2C887的计时功能，它将自动地进行年、月、日、星期、时、分、秒的计时。DSl2C887芯片可提供三种不同的中断源：警报中断、周期中断和时钟更新结束中断。警报中断：可通过编程实现几时几分几秒申请一次中断。或每天或每小时或每分钟发生一发中断。周期中断：可编程选样一固定时间周期向外提出一次中断请求。时钟更新结束中断：为保证计时的准确，DSl2C887在对内部时间寄存器参数进行更新时不希望外界对这些寄存器进行读写操作。因此需用此中断来允许对时问寄存器参数进行读取。以上三种中断请求配合单片机的中断功能可以方便地进行实时控制