单片机_数字钟课程设计

1、 课 程 设 计 报 告课程设计名称： 系 ： 学生姓名： 班 级： 学 号： 成 绩： 指导教师： 开课时间： 学年 学期一设计题目数字时钟二主要内容利用定时器设计一个电子钟，并定义一个启动键。当按下该键时电子时钟从当前设定值开始走时。按秒刷新，要求在LCD屏上显示。三具体要求在课程设计时，1人一组，设计报告由学生独立完成，不得互相抄袭。教师的主导作用主要在于指明设计思路，启发学生独立设计的思路，解答疑难问题和按设计进度进行阶段审查。学生必须发挥自身学习的主动性和能动性，主动思考问题、分析问题和解决问题，而不应处处被动地依赖指导老师。学生在设计中可以引用所需的参考资料，避免重复工作，加快设计

2、进程，但必须和题目的要求相符合，保证设计的正确。学生学会掌握和使用各种已有的技术资料，不能盲目地、机械地抄袭资料，必须具体分析，使设计质量和设计能力都获得提高。学生要在老师的指导下制定好自己各环节的详细设计进程计划，按给定的时间计划保质保量的完成个阶段的设计任务。设计中可边设计，边修改，软件设计与硬件设计可交替进行，问题答疑与调试和方案修改相结合，提高设计的效率，保证按时完成设计工作并交出合格的设计报告。周一周二周三周四周五讲课设内容，安排任务查资料，确定硬件电路方案画出程序流程图，写出程序清单画出程序流程图，写出程序清单写总结报告四进度安排五成绩评定考核方法：现场验收（占50%），课程设计报

3、告（占50%）。考核内容：学习态度（出勤情况，平时表现等）、方案合理性、程序编制质量、演示效果、设计报告质量。成绩评定：优，良，中，及格，不及格。特别说明：如发现抄袭，按照不及格处理。目录第一章 系统概要1.1 系统背景 11.2 系统功能 1第二章 系统硬件设计2.1 系统原理图 22.2 单片机（MCU）模块 MC9S08AW60单片机功能概述 2 内部结构简图 32.3 串行通信模块 MAX232引图 3 串行通信的电路原理 42.4 液晶显示模块 5第三章 系统软件设计3.1 MCU方（C）程序串行通信子程序 7 LCD子程序 11第四章 系统测试 14第五章 总结展望5.1 总结 1

4、65.2 展望 16参考文献 16第一章 系统概要1.1 系统背景单片机技术自发展以来已走过了近20年的发展路程 。单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。小到遥控电子玩具，大到航空航天技术等电子行业都有单片机应用的影子。1946年第一台电子计算机诞生至今，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管晶体管集成电路大规模集成电路，使得计算机体积更小，功能更强。特别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在工农业，科研，教育，国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是一个国家现代科技水

5、平的重要标志。单片机诞生于20世纪70年代，所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用广泛。20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯

6、片上，像Fairchild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。九十年代以后，单片机获得了飞速的发展，世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来。PIC单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。21世纪新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口，除了支持TCPIP协议，还有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口中的一

7、种或者几种，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。1.2 系统功能本次课程设计的主要任务是设计一个时钟计数器，也就是要做一个秒表，能够计数，并且按照我们平时的时间计数格式显示，当我们按下某个计数按键时候，这个计数系统就一秒一秒的计数，当计数到59秒就进位，显示分钟的部分加1，当计数分钟的数字显示到59，同样要进位，这时候时钟部分加1，如此循环下去。当我们再次按下此按键时候，计数器暂停计数，此时显示器也就暂停在那个时候不在计数了，并且显示当前计数时间。LCD 显示器要求每显示一次就刷新一次，或者刷新频率更高些。第二章 系统硬件设计2.1 系统原理图上图中AW60是主要模块，所有的

8、信号都是经过AW60模块进行处理，各个功能模块在AW60模块的连接下才能够协调运行起来。图中，左边一块是各异晶振和两个电容连接，用来产生标准的时钟脉冲，在AW60上面连接的是LCD液晶显示器，用来动态显示当前所计数的秒数，右边一个模块是接地使用，最下面的是一个开关模块，用来在程序加载后由此开关控制何时开始计数，何时暂停计数，以及一些复位等操作。2.2 单片机（MCU）模块2.2.1 MC9S08AW60单片机性能概述S80是单芯片8位微控制器解决法案。MC9S08AW60/AW60/AW48/AW32/AW16是低成本高性能的8位饿、微处理器单元（MCU）S08家族中的成员。家族中有的MCU使

9、用增强型S08S核，且使用不同的模块，存储空间，存储器类型与封装类型。AW60系列主要常规模块和特点：（1）最高达40MHz的CPU工作频率和20MHz的内部总线工作频率；时钟源选项包括晶振，谐振器，外部时钟或，内部产生的时钟。（2）相比HC08CPU指令集，S08CPU增加了BGND指令。（3）单线后台调试模式接口：增强的断点能力，允许单一的断点设置在线调试（在片内调试模块增加了多于两个的断点）。（4）内含32个中断/复位源；内含2KB的片内RAM；内含60KB的片内在线可编程的Flash存储器，带有 块保护和安全选项。（5）可选的计算机正常操作（COP）复位；低电压检测与复位或中断；非法操

10、作码检测与复位；非法地址检测与复位。（6）ADC：多达16个通道，10个A/D转换器与动动比较功能；两个串行通信接口SCI模块与可选的13位中断；一个串行外设接口SPI模块；集成电路互联总线IIC模块运行高达100kbps的最高总线负载；8引脚键盘中断KBI模块。（7）Timers：1个2 通道和一个6通道16位定时器/脉冲宽度调制器模块。既有输入捕获，输出比较，脉宽调制功能。AW子系列MCU的4种封装形式只是引脚数量和形式有所区别，其他方面是一致的。2.2.2 内部结构简图1. 内部结构简图存储器2KB RAM64KB FlashPLLGPIOJTAGSPIIIC SCII6通道定时器/PW

11、M2通道定时器/PWM SCI2A/D KBI DBGBDM HCS08内核CPURT1 COP IRQ LVDBDC 图2-1 AW60 MCU内部结构框图图2-1给出了SW60内部结构框图，它对于我们理解和应用AW60 MCU有重要作用，在学习了基本方法后，应再反过来熟悉这个内部结构图，以便好好地理解AW60 MCU的基本原理。从内部结构框图可以看出，AW60主要有以下部件：S08 CPU,存储器，定时器接口模块，定时器模块，看门狗模块，通用I/O模块，串行通信模块(SCI)，串行外设接口模块(SPI)，I2C(IIC)模块，A/D转换模块，键盘中断模块，时钟发生器模块，复位与中断模块等。

12、2.3 串行通信模块2.3.1 MAX232引脚图在MCU中，若用RS-232总线进行串行通信，则需外界电路实现电平转换，在发送端需要用驱动电平将TTL电平转换成RS-232电平；在接收端，需要用接收电路将RS-232电平转换为TTL电平。电平转换器不仅可以由晶振管分立元件构成，也可以直接使用集成电路。目前使用MAX232芯片比较多，该芯片使用单一+5V电源供电实现电平转换，上图的引脚说明：（1）VCC（16脚）：正电源端，一般为+5V；（2）GND（15脚）：接地；（3）Vs+(2j脚)：vs+=2vcc-1.5v=8.5v；（4）V；（5）C2+,C2-(4,5脚)：一般接1uF的电解电容

13、；（6）C1+,C2-(1,3脚)：一般接1uF的电解电容。 2.3.2 串行通信的电路原理 图2-2 MAX232引脚1、焊接到PCB板上的MSX232芯片检测方法正常情况下，（1）T1IN=5V，则T1OUT=-9V；T1IN=0V；则T1OUT=9V。（2）将R1IN与T1OUT相连，令T1IN=5V，则R1OUT=5V；令T1IN=0V，则T1OUT=0V。具有串行通信接口的MCU，一般具有发送引脚（TxD）与接受引脚（RxD），不同公司或不同系列的MCU，使用的引脚缩写名可能不一致，但含义相同。串行通信接口的外围硬件电路，主要目的是：将MCU的发送引脚TxD与接收端引脚RxD的TTL

14、电平，通过RS-232电平转换器芯片转换成RS-232电平，上图就是基本串行通信的电平转换电路。2、 MAX232芯片进行电平转换的基本原理发送过程：MCU的TxD（TTL电平）经过MAX232的11脚（T1IN）送到MAX232内部，在内部TTL电平被“提升”为232电平，通过14脚（T1OUT）发送出去。接收过程：外部232电平经过MAX232的13脚（R1IN）送入到MAX232的内部，在内部的电平被“降低”为TTL电平，经过12脚（R1OUT）送到MCU的RxD，进入MCU内部。进行MCU的串行通信接口编程时，只针对MCU的发送与接收引脚，与MAX232无关，MAX232只是起到电平转

15、换作用。表1 MAX232芯片输入输出引脚分类与基本接法组别TTL电平引脚方向典型接口232电平引脚方向典型接口11112输入输出接MCU的TxD接MCU的RxD1314输入输出连接到接口，与其它设备通过232相接2109输入输出接MCU的TxD接MCU的RxD87输入输出连接到接口，与其它设备通过232相接输入输出引脚分两组，基本含义如表1所示。在实际使用时，若只需要一路串行通信接口，可以使用其中任何一组。2.4 液晶显示模块点阵字符型LCD基本特点：LCD作为电子信息产品的主要显示器件，相对于其他类型的显示器件来说有其自身的特点，主要包括：（1）低电压，低功耗；（1）平板型结构；（3）使用

16、寿命长；（4）被动显示；（5）显示信息量大且易于彩色化；（6）无电磁辐射。点阵字符型LCD是专门用于显示数字，字母，图形符号及少量自定义符号的液晶显示器。这类显示器把LCD控制器，点阵驱动器，字符存储器，显示体及少量的阻容元件等集成一个液晶显示模板。鉴于字符型液晶显示模块目前在国际上已经规范化，其电特性及接口特性是统一的，只要设计出一种型号的接口电路，在指令上稍加修改即可使用各种规格的字符型液晶显示器模块。点阵字符型液晶显示器模块的控制器大多数为日立公司生产的HD44780及其兼容的控制电路，如：SED1278(SEIKO EPSON),KS0066(SAMSUNG),NJU6408(NER

17、JAPANRADIO)等。字符型液晶显示器模块的特点如下：（1）液晶显示屏是以若干5*8或5*11点阵块等组成的显示字符群。每个点阵块块为一个字符位，字符间距和行间距都是一个点的宽度。（2）主控制电路为HD44780（HITACHI）及 其他公司的兼容电路。从程序员的角度来看LCD显示接口与编程是面向HD44780的，只要了解HD44780的编程结构即可进行LCD的显示编程。（3）内部具有字符发生器ROM，可显示192种字符。（4）具有64字节的字符发生器RAM，可以定义8个5*8点阵字符或4个5*11的点阵字符。（5）具有64字节的数据显示RAM，供显示器编程使用。（6）标准接口特性，与MC

18、9S08系列的MCU容易接口。（7）模块结构紧凑，轻巧，装配容易。（8）单+5V电源供电（宽温型需要加-7V驱动电源）。（9）低功耗，高可靠性。LCD(YM1602C)16151413121110090807060504030201Core2LCD_D7LCD_D6LCD_D5LCD_D4LCD_D3LCD_D2LCD_D1LCD_D0LCD_ELCD_RWLCD_RSVccGNDPTA7PTA6PTA5PTA4PTA3PTA2PTA1PTA0PTF6PTC6PTC4AW60MCU控制液晶显示接口接线图第三章 系统软件设计3.1 MCU方（C）程序串行通信子程序/-*/说 明: SCI构件函数

19、源文件/-*/头文件#include "SCI.h" /该头文件包含SCI相关寄存器及标志位宏定义/-*/函数名: SCIInit /功 能: 初始化SCIx模块。x代表1，2 /参 数: uint8 SCINo: 第SCINo个SCI模块。其中SCINo取值为1，2 / 如果SCINo大于2，则认为是2 / uint8 sysclk: 系统总线时钟，以MHz为单位 / uint16 baud: 波特率，如 4800，9600，19200，38400 / 一般来说，速度慢一点，通信会更稳定 /返 回: 无 /说 明: SCINo=1表示使用SCI1模块，依此类推。 /-*v

20、oid SCIInit(uint8 SCINo, uint8 sysclk, uint16 baud) uint16 ubgs; ubgs=0; if(SCINo > 2) SCINo = 2; /若传进的通道号大于2，则按照2来接收 /1.计算波特率并设置:ubgs = fsys/(波特率*16)(其中fsys=sysclk*1000000) ubgs = sysclk*(10000/(baud/100)/16; /理解参考上一行，此处便于CPU运算 SCI_BDH(SCINo) = (uint8)(ubgs & 0xFF00) >> 8); SCI_BDL(SCI

21、No) = (uint8)(ubgs & 0x00FF); /无校验,正常模式(开始信号 + 8位数据(先发最低位) + 停止信号) SCI_C1(SCINo) = 0b00000000; /SCI控制寄存器1 / | / |+-PT -奇偶校验类型，在PE=1时游泳 / |+-PE -奇偶校验使能， / |+-ILT -闲置线路类型选择 / |+-WAKEI-接受长期唤醒方式选择 / |+-M -9位或8位数据选择 / |+-RSRC -接收器源选择 / |+-SCISWAI 等待模式中SCI停止 / +-LOOPS-循环模式选择 /允许发送,允许接收,中断方式收发 SCI_C2(S

22、CINo) = 0b00001100; /SCI控制寄存器2 / | / |+-SBK -发送中止字符 / |+-RWU -接收器唤醒控制 / |+-RE -接收器使能 / |+-TE -发送器使能 / |+-ILIE -闲置线路中断使能 / |+-RIE -接收器中断使能 / |+-TCIE -发送完成中断使能 / +-TIE -发送中断使能 /-*/函数名: SCISend1 /功 能: 串行发送1个字节 /参 数: uint8 SCINo: 第SCINo个SCI模块，其中SCINo取值为1，2 / uint8 ch: 要发送的字节 /返 回: 无 /说 明: SCINo=1表示使用SCI

23、1模块，依此类推 /-*void SCISend1(uint8 SCINo, uint8 ch) if(SCINo > 2) SCINo = 2; /若传进的通道号大于2，则按照2来接收 while(!(SCI_S1(SCINo) & 0b1000000);/判断发送缓冲区是否为空 SCI_D(SCINo) = ch;/-*/函数名: SCISendN /功 能: 串行发送N个字节 /参 数: uint8 SCINo: 第SCINo个SCI模块，其中SCINo取值为1，2 / uint16 n: 发送的字节数 / uint8 ch: 待发送的数据 /返 回: 无 /说 明: SC

24、INo=1表示使用SCI1模块，依此类推 / 调用了SCISend1函数 /-*void SCISendN(uint8 SCINo, uint16 n, uint8 ch) uint16 i; if(SCINo > 2) SCINo = 2; /若传进的通道号大于2，则按照2来接收 for (i = 0; i < n; i+) SCISend1(SCINo,chi);/-*/函数名: SCIRe1 /功 能: 从串口接收1个字节的数据 /参 数: uint8 SCINo: 第SCINo个SCI模块，其中SCINo取值为1，2 /返 回: 接收到的数(若接收失败，返回0xff) /

25、uint8 *p: 接收成功标志的指针(0表示成功，1表示不成功) /说 明: 参数*p带回接收标志，*p = 0，收到数据；*p = 1，未收到数据 */说 明: SCINo=1表示使用SCI1模块，依此类推 /-*uint8 SCIRe1(uint8 SCINo, uint8 *p) uint16 k; uint8 i; if(SCINo > 2) SCINo = 2; /若传进的通道号大于2，则按照2来接收 for (k = 0; k < 0xfbbb; k+)/有时间限制 if(SCI_S1(SCINo) & 0b00100000) != 0)/判断接收缓冲区是否满

26、 i = SCI_D(SCINo); *p = 0x00; break; if (k >= 0xfbbb) /接受失败 i = 0xff; *p = 0x01; return i;/-*/函数名: SCIReN /功 能: 从串口接收N个字节的数据 /参 数: uint8 SCINo: 第SCINo个SCI模块，其中SCINo取值为1，2 / uint16 n: 要接收的字节数 / uint8 ch: 存放接收数据的数组 /返 回: 接收标志= 0 接收成功，= 1 接收失败 /说 明: SCINo=1表示使用SCI1模块，依此类推 / 调用了SCIRe1函数 /-*uint8 SCIR

27、eN(uint8 SCINo, uint16 n, uint8 ch) uint16 m; uint8 fp; /接收标志 m = 0; if(SCINo > 2) SCINo = 2; /若传进的通道号大于2，则按照2来接收 while (m < n) chm = SCIRe1(SCINo, &fp); if (fp = 1) return 1; /接收失败 m+; return 0; /接收成功 /-*/函数名: SCISendString /功 能: 串口传输字符串 /参 数: uint8 SCINo: 第SCINo个SCI模块，其中SCINo取值为1，2 / cha

28、r *p: 要传输的字符串的指针 /返 回: 无 /说 明: 字符串以'0'结束 / 调用了SCISend1 函数 /-*void SCISendString(uint8 SCINo,char *p) uint32 k; if(SCINo > 2) SCINo = 2; /若传进的通道号大于2，则按照2来接收 if(p = 0) return; for(k = 0; pk != '0' +k) SCISend1(SCINo,pk); LCD子程序/-*/ 文件名: LCD.c / 说 明: LCD驱动 /-*#include "LCD.h&quo

29、t; /该头文件包含寄存器及相关位定义/-*/函数名: LCDinit /功 能: 初始化LCD(HD44780),设置显示方式,输入方式,并清屏 /参 数: 无 /返 回: 无 /说 明: 调用了LCDcommand函数 /-*void LCDinit(void) uint16 i; /定义数据口(PTA0-7)为输出 LCDdataD = 0b11111111; / | / |+-PTA0 / |+-PTA1 / |+-PTA2 / |+-PTA3 / |+-PTA4 / |+-PTA5 / |+-PTA6 / +-PTA7 /定义控制口(PTC4,PTC6)为输出 LCDctrlD1 |

30、=(1<<LcdRS); LCDctrlD1 |=(1<<LcdRW); LCDctrl1 &=(1<<LcdRS); /RS、R/W=00,写指令 LCDctrl1 &=(1<<LcdRW); /定义控制口(PTF6)为输出 LCDctrlD2 |=(1<<LcdE); LCDctrl2 |=(1<<LcdE); /E=1 /1 功能设置 LCDcommand(0b00111000); /5*7点阵模式, 2行显示,8位数据总线 / | / |+-设置点阵模式，0-5*7点阵，1-5*10点阵 / |+-

31、设置显示行数，1-2行显示，0-1行显示 / +-设置数据接口位数，1-8位数据总线，0-4位数据总线 /2 显示开关控制 LCDcommand(0b00001000); / 不闪烁, 关光标显示,关显示 / | / |+-闪烁控制，0-不闪烁，1-闪烁 / |+-光标控制，0-关光标，1-开光标 / +-显示控制，0-关显示，1-开显示 /3 清屏 /3.1清DD RAM内容,光标回原位,清AC LCDcommand(0b00000001); for(i = 0; i< 4000; i+) asm("NOP"); /4 输入方式设置 LCDcommand(0b000

32、00110); / 显示不移动,光标左移(A = 1), 数据读写操作后,AC自动增1 / | / |+-0-显示不移动,1-显示移动 / +-0-AC自动减1，1-AC自动增1 /5 光标或画面移位设置 LCDcommand(0b00010100);/光标右移一个字符位,AC自动加1 /6 显示开关控制 LCDcommand(0b00001100); /不闪烁, 关光标显示,开显示 / | / |+-闪烁控制，1-闪烁，0-不闪烁 / |+-光标控制，1-开光标，0-关光标 / +-显示控制，1-开显示，0-关显示/-*/函数名: LCDcommand /功 能: 执行给定的LCD命令,并延

33、时 /参 数: cmd:待执行的命令 /返 回: 无 /说 明: 无 /-*void LCDcommand(uint8 cmd) uint16 i; /1 等待 > 40us for(i = 0; i < 1000; i+) asm("NOP"); /2 数据送到LCD的数据线上 LCDdata = cmd; /3 给出E信号的下降沿,使数据写入LCD LCDctrl2 |=(1<<LcdE); asm("NOP"); asm("NOP"); asm("NOP"); LCDctrl2 &=(1<<LcdE); /Lcd结束接收数据 /4 等待 > 40us for(i = 0; i < 1000; i+) asm(