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文檔簡介
1、<p> 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p> 所屬課程名稱 單片機(jī)原理與接口技術(shù) </p><p> 題 目 基于單片機(jī)的數(shù)字時鐘設(shè)計 </p><p> 分 院 機(jī)電學(xué)院 </
2、p><p> 專 業(yè)、班 級 </p><p> 學(xué) 號 </p><p> 學(xué) 生 姓 名 </p><p> 指 導(dǎo) 教 師
3、 </p><p> 2013年 07 月 13 日</p><p><b> 目 錄</b></p><p> 1.課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書1</p><p> 2.總體電路設(shè)計2</p><p> 2.1總體設(shè)計思路2</p&g
4、t;<p> 2.2 設(shè)計方案選擇2</p><p> 2.3 功能介紹3</p><p> 3.幾種典型芯片及LCD的介紹3</p><p> 3.1 AT89C51芯片的簡介3</p><p> 3.2 DS18B20芯片的簡介6</p><p> 3.3 DS1302芯片的簡介
5、3846237137</p><p> 3.4 1602字符型LCD簡介9</p><p> 4. 硬件電路設(shè)計11</p><p> 4.1時鐘電路設(shè)計11</p><p> 4.2溫度傳感器電路設(shè)計12</p><p> 4.3實(shí)時時鐘電路設(shè)計12</p><p>
6、5. 程序設(shè)計13</p><p> 5.1中斷時鐘流程圖13</p><p> 5.2溫度子程序流程圖14</p><p> 5.3萬年歷流程圖15</p><p> 6. 結(jié)果驗(yàn)證16</p><p> 6.1 Proteus簡介16</p><p> 6.2軟件調(diào)試
7、17</p><p> 6.3 Proteus仿真截圖17</p><p><b> 7. 結(jié)論18</b></p><p> 7.1設(shè)計總結(jié)18</p><p> 7.2元件清單及參數(shù)19</p><p> 參 考 文 獻(xiàn)20</p><p> 附
8、錄1 仿真完整電路圖21</p><p> 附錄2 程序22</p><p> 1.課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p> 課程設(shè)計題目: 基于單片機(jī)的數(shù)字時鐘設(shè)計 </p><p> 課程設(shè)計時間:自 2013 年 7 月 1 日起至 2013年 7
9、月 12 日</p><p><b> 課程設(shè)計要求:</b></p><p> 本設(shè)計采用AT89C51單片機(jī)、時鐘芯片DS1302及溫度檢測芯片DS18B20等器件構(gòu)成數(shù)字時鐘電路,實(shí)現(xiàn)精確走時、斷電時間保護(hù)、上電準(zhǔn)確恢復(fù)時間及感受溫度信號等功能,并能夠通過硬件對時鐘進(jìn)行時間調(diào)整。DS1302為SPI接口元件,為單片機(jī)節(jié)省大量的接口資源,同時時鐘芯片DS130
10、2帶有后備電池,具備對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力,保證電路斷電后仍保存時間和數(shù)據(jù)信息,這些優(yōu)點(diǎn)解決了目前常用實(shí)時時鐘占用單片機(jī)資源多以及計時不可靠等缺點(diǎn)。</p><p> 該時鐘可以將年、月、日、星期、時間及溫度同時顯示在LCD顯示屏上,同時可以很方便的對時間進(jìn)行修改,方便使用。</p><p> 整個時鐘系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計開發(fā)基于C語言及Proteus 8.0軟件仿真環(huán)境,節(jié)省了
11、程序編寫時間,簡化了調(diào)試步驟,還可以做到軟件仿真效果最大化接近硬件的實(shí)現(xiàn)效果。</p><p> 學(xué)生簽名: </p><p> 2013 年 07 月12 日</p><p><b> 課程設(shè)計評閱意見</b></p><p> 評閱教師: </p><
12、p> 2013年 月 日</p><p><b> 2.總體電路設(shè)計</b></p><p><b> 2.1總體設(shè)計思路</b></p><p> 本設(shè)計在LCD顯示屏上顯示年、月、日、時、分、秒、星期及溫度,原理框圖如下圖,電路以下幾個部分組成:按鍵調(diào)節(jié)模塊、AT89C51主控制器、LCD
13、動態(tài)顯示模塊、復(fù)位電路及溫度傳感器。</p><p> 圖2.1 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)液晶顯示萬年歷以及溫度總框圖</p><p><b> 對于各部分:</b></p><p> ?。?)為使時鐘走時與標(biāo)準(zhǔn)時間一致,校時電路是必不可少的,鍵盤用來校正液晶上顯示的時間。</p><p> ?。?)單片機(jī)通過輸出各種電脈沖信號來
14、驅(qū)動控制各部分正常工作。</p><p> ?。?)溫度傳感器用來顯示當(dāng)天的確定溫度值。</p><p> ?。?)單片機(jī)發(fā)送的信號經(jīng)過顯示電路通過譯碼最終在液晶上顯示出來。</p><p> 2.2 設(shè)計方案選擇</p><p> 方案一 可以利用單片機(jī)內(nèi)部的定時器作為時間的計算,再用不同的地址單元記錄。這種設(shè)計誤差較大,因?yàn)閱纹瑱C(jī)的讀
15、取程序的時候會產(chǎn)生誤差,其二程序編寫起來也比較復(fù)雜。</p><p> 方案二 用C語言編程來控制單片機(jī)讓它在液晶上顯示數(shù)據(jù)及文字。單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價格低,并且液晶屏幕可以完整的同時顯示數(shù)據(jù)及文字。</p><p> 綜合上述方案的選擇與比較,選擇方案二。</p><p><b> 2.3 功能介紹</b>&
16、lt;/p><p> 本次設(shè)計主要用單片機(jī)控制程序讓它在液晶上顯示年、月、日、時、分、秒及星期,同時用DS18B20溫度傳感器來接受外面的信號,讓單片機(jī)來接受它,且也讓它在液晶上顯示測的溫度。設(shè)計的電路主要由四大模塊構(gòu)成:溫度傳感器電路,單片機(jī)控制電路,顯示電路以及復(fù)位電路。</p><p> 當(dāng)溫度傳感器接受到外面的信號,送入單片機(jī),單片機(jī)將接受到的信號輸出,讓它在液晶上顯示。同時由單片
17、機(jī)控制的萬年歷以及時間顯示,當(dāng)時間及秒計數(shù)計滿60時就向分進(jìn)位,分計數(shù)器計滿60分后向時計數(shù)器進(jìn)位,小時計數(shù)器按“24翻1”規(guī)律計數(shù)。時、分、秒的計數(shù)結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可直接送顯示器顯示。當(dāng)計時發(fā)生誤差的時候可以用校時電路進(jìn)行校正。時計數(shù)器計滿24小時后自動向日計數(shù)器進(jìn)一,日計數(shù)器由平年、閏年的28/30/31對大、小月和二月的判斷應(yīng)與當(dāng)月相應(yīng)的日期相一致,當(dāng)日計數(shù)器計滿時,向月計數(shù)器進(jìn)位,月計數(shù)器計滿12月向年計數(shù)器進(jìn)位,當(dāng)年計數(shù)器計滿
18、100時所以計數(shù)器清零。設(shè)計采用的是年、月、日和時、分、秒、星期顯示。</p><p> 3.幾種典型芯片及LCD的介紹</p><p> 3.1 AT89C51芯片的簡介</p><p> AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、
19、高性能CMOS 8位微處理器,俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器,AT89C2051是它的一種精簡版本。</p><p>
20、 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能:4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器,128字節(jié)內(nèi)部RAM,32 個I/O 口線,兩個16位定時/計數(shù)器,一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu),一個全雙工串行通信口,片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時,AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式??臻e方式停止CPU的工作,但允許RAM,定時/計數(shù)器,串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容,但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直
21、到下一個硬件復(fù)位。下圖為AT89C51的芯片圖: </p><p> 圖3.1 AT89C51芯片圖</p><p> AT89C51芯片各引腳功能:</p><p> VCC:供電電壓。 </p><p><b> GND:接地。 </b></p><p> P0口:P0口為一個8位漏
22、級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時,P0 口作為原碼輸入口,當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時,P0輸出原碼,此時P0外部必須接上拉電阻。 </p><p> P1口:P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉
23、為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時,P1口作為低八位地址接收。 </p><p> P2口:P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當(dāng)P2口被寫“1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器
24、或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。 </p><p> P3口:P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部
25、下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口: </p><p> P3.0 RXD(串行輸入口) </p><p> P3.1 TXD(串行輸出口) </p><p> P3.2 /INT0(外部中斷0) </p><p> P3.3 /INT1(外部中斷1) </
26、p><p> P3.4 T0(記時器0外部輸入) </p><p> P3.5 T1(記時器1外部輸入) </p><p> P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) </p><p> P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) </p><p> P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 </p&
27、gt;<p> RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時,要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 </p><p> ALE/PROG:當(dāng)訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)
28、存儲器時,將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時, ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效。 </p><p> /PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 </p&
29、gt;<p> /EA/VPP:當(dāng)/EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時,/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當(dāng)/EA端保持高電平時,此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。 </p><p> XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 </p>&l
30、t;p> XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。 </p><p> 3.2 DS18B20芯片的簡介</p><p> DS18B20的主要特征: </p><p> (1)全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。 </p><p> (2)先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。 </p><p> (3)最高12位分辨率,精度可達(dá)土0
31、.5攝氏度。 </p><p> ?。?)12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。 </p><p> (5)可選擇寄生工作方式。 </p><p> ?。?)檢測溫度范圍為–55°C ~+125°C (–67°F ~+257°F) </p><p> ?。?)內(nèi)置EEPROM,限溫報警功能。 &l
32、t;/p><p> ?。?)64位光刻ROM,內(nèi)置產(chǎn)品序列號,方便多機(jī)掛接。 </p><p> ?。?)多樣封裝形式,適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。 </p><p> DS18B20工作原理及應(yīng)用:</p><p> DS18B20的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上,從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個工作周期可分為兩個部分,即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。DS
33、18B20共有三種形態(tài)的存儲器資源,它們分別是: </p><p> ROM 只讀存儲器:用于存放DS18B20ID編碼,其前8位是單線系列編碼(DS18B20的編碼是19H),后面48位是芯片唯一的序列號,最后8位是以上56的位的CRC碼(冗余校驗(yàn))。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。 </p><p> RAM 數(shù)據(jù)暫存器:用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取,數(shù)據(jù)在掉
34、電后丟失,DS18B20共9個字節(jié)RAM,每個字節(jié)為8位。第1、2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息,第3、4個字節(jié)是用戶EEPROM(常用于溫度報警值儲存)的鏡像。在上電復(fù)位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個EEPROM的鏡像。第6、7、8個字節(jié)為計數(shù)寄存器,是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的,同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體,用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù),上下
35、限溫度報警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù),DS18B20共3位EEPROM,并在RAM都存在鏡像,以方便用戶操作。</p><p> DS18B20芯片與單片機(jī)的接口: DS18B20只需要接到單片機(jī)的一個I/O口上,由于單總線為開漏,所以需要外接一個4.7K的上拉電阻。如要采用寄生工作方式,只要將VDD電源引腳與單總線并聯(lián)即可。下圖為DS18B20的芯片圖:</p><p> 圖3.2 DS18B20
36、芯片圖</p><p> DS18B20芯片各引腳功能: </p><p><b> GND:電壓地 </b></p><p> DQ: 單數(shù)據(jù)總線 </p><p><b> VDD:電源電壓 </b></p><p><b> NC: 空引腳 <
37、/b></p><p> 3.3 DS1302芯片的簡介384623713</p><p> DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時時鐘芯片,附加31字節(jié)靜態(tài)RAM,采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信,并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。</p><p> DS1302工作時為了對任何數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化,
38、需要將復(fù)位腳(RST)置為高電平且將8位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時鐘(SCLK)的上升沿串行輸入,前8位指定訪問地址,命令字裝入移位寄存器后,在之后的時鐘周期,讀操作時輸出數(shù)據(jù),寫操作時輸出數(shù)據(jù)。時鐘脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為8+8(8位地址+8位數(shù)據(jù)),在多字節(jié)方式下為8加最多可達(dá)248的數(shù)據(jù)。</p><p> DS1302內(nèi)部的RAM分為兩類,一類是單個RAM單元,共31個,每個單元為一個8位
39、的字節(jié),其命令控制字為COH~FDH,其中奇數(shù)為讀操作,偶數(shù)為寫操作;再一類為突發(fā)方式下的RAM,此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié),命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。下圖為DS1302的芯片圖:</p><p> 圖3.3 DS1302芯片圖</p><p> DS1302芯片各引腳功能:</p><p> 表3.1 DS1302引腳功能&l
40、t;/p><p> DS1302的寄存器和控制命令:</p><p> DS1302有關(guān)日歷、時間的寄存器共有12個,其中有7個寄存器(讀時81h~8Dh,寫時80h~8Ch),存放的數(shù)據(jù)格式為BCD碼形式,如表3.2所示:</p><p> 表3.2 DS1302寄存器</p><p> 3.4 1602字符型LCD簡介</p&g
41、t;<p> 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣式LCD,目前常用16*1,16*2,20*2和40*2行等的模塊。</p><p> 1602LCD主要技術(shù)參數(shù):</p><p> 顯示容量:16×2個字符</p><p> 芯片工作電壓:4.5—5.5V</p><p> 工作電流
42、:2.0mA(5.0V)</p><p> 模塊最佳工作電壓:5.0V</p><p> 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm</p><p><b> 引腳功能說明:</b></p><p> 1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳(無背光)或16腳(帶背光)接口,各引腳接口說明如下表所示:&
43、lt;/p><p> 表3.3 1602LCD引腳功能</p><p> 第1引腳:VSS為地電源。</p><p> 第2引腳:VDD接5V正電源。</p><p> 第3引腳:VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱,接地時對比度最高,對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”,使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。</p>
44、;<p> 第4引腳:RS為寄存器選擇,高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。</p><p> 第5引腳:R/W為讀寫信號線,高電平時進(jìn)行讀操作,低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址,當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號,當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p> 第6引腳:E端為使能端,當(dāng)E端由
45、高電平跳變成低電平時,液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p> 第7~14引腳:D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p> 第15引腳:背光源正極。</p><p> 第16引腳:背光源負(fù)極。</p><p> 單片機(jī)與LCD的接口電路如圖3.5所示:</p><p> 圖3.5單片機(jī)與LCD的接口電路<
46、;/p><p><b> 4. 硬件電路設(shè)計</b></p><p><b> 4.1時鐘電路設(shè)計</b></p><p> 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號,而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如一個復(fù)雜的同步時序電路,為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn),電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格操作。
47、</p><p><b> 時鐘信號的產(chǎn)生:</b></p><p> 單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器,其輸入端為芯片引腳XTAL1,其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部,XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容,從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。</p><p> 電容器C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振,電容值的范圍在5
48、pF-33pF,典型值為33pF。晶振的頻率通常選擇兩種6MHz和12MHz。只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接晶體振蕩器就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。時鐘振蕩電路如圖4.1所示:</p><p> 圖4.1時鐘振蕩電路</p><p> 4.2溫度傳感器電路設(shè)計</p><p> 溫度傳感器的種類眾多,在應(yīng)用與高精度、高可靠性的
49、場合時DALLAS(達(dá)拉斯)公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積,超低的硬件開消,抗干擾能力強(qiáng),精度高,附加功能強(qiáng),使得DS18B20更受歡迎。DS18B20的優(yōu)勢是我們學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)和開發(fā)與溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的不二選擇。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬對單片機(jī)開發(fā)的思路。溫度傳感器電路如圖4.2所示:</p><p> 圖4.2 溫度傳感器電路</p><p> 4.3實(shí)
50、時時鐘電路設(shè)計</p><p> DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時時鐘芯片,附加31字節(jié)靜態(tài)RAM,采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信,并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時時鐘可顯示秒、分、時、日、星期、月和年,一個月小于31天時可以自動調(diào)整,且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.5~5.5V。采用雙電源供電(主電源和備用電源),可設(shè)置備用電源充電方式,
51、具有對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的功能。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄,特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上,能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄,因此廣泛應(yīng)用于測量系統(tǒng)中。實(shí)時時鐘電路如圖4.3所示:</p><p> 圖4.3 實(shí)時時鐘電路</p><p><b> 5. 程序設(shè)計</b></p><p> 5.1中斷時鐘流程圖</
52、p><p> 中斷服務(wù)程序流程圖如圖5.1所示。</p><p> 流程圖分析:由中斷查詢當(dāng)有中斷請求時,及進(jìn)行現(xiàn)場保護(hù),保護(hù)斷點(diǎn),將定時器賦初值,且開定時器便于計數(shù),且賦值50000,當(dāng)中斷進(jìn)行20次剛好一秒,當(dāng)秒計數(shù)60時便向分進(jìn)位,當(dāng)分計數(shù)60時,向時進(jìn)位,當(dāng)時到24時,清零,及恢復(fù)現(xiàn)場。</p><p><b> 圖5.1中斷流程圖</b&
53、gt;</p><p> 5.2溫度子程序流程圖</p><p> 溫度顯示流程圖如圖5.2所示。</p><p> 流程圖分析:開始進(jìn)入初始化DS18B20,就是通過主機(jī)拉低單線產(chǎn)生復(fù)位脈沖然后釋放該線,如果有應(yīng)答脈沖,及發(fā)起ROM命令當(dāng)成功的執(zhí)行操作命令后,就使用內(nèi)存操作命令,即溫度轉(zhuǎn)換等,當(dāng)轉(zhuǎn)換完后,又初始化DS18B20是否有應(yīng)答脈沖,若有,就發(fā)起讀時
54、隙命令,既同時讀出第1,2個字節(jié),既為溫度的數(shù)據(jù)。</p><p> 圖5.2 溫度顯示流程圖</p><p><b> 5.3萬年歷流程圖</b></p><p> 萬年歷流程如圖5.3所示。</p><p> 流程圖分析:開始既當(dāng)日加一天,同時星期也就相應(yīng)的加1,看星期是否加到7,若加到了7,就返回到1,若沒
55、有就返回到時鐘狀態(tài),當(dāng)日加到相應(yīng)的最大數(shù)時,月分就相應(yīng)的加1,看月份是否加到了13, 若沒有到13,就一直等待,若到了13就返回1,且年份就加1,當(dāng)年份到2099時就清到2005年,若沒有,就一直等待,直到2099為止。</p><p> 圖5.3 萬年歷流程圖</p><p><b> 6. 結(jié)果驗(yàn)證</b></p><p> 6.1
56、Proteus簡介</p><p> Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上,可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路,該軟件的特點(diǎn)是:</p><p> (1)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)
57、試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能;有各種虛擬儀器,如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。</p><p> ?。?)支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有:68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。</p><p> (3)提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置
58、斷點(diǎn)等調(diào)試功能,同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài),因此在該軟件仿真系統(tǒng)中,也必須具有這些功能;同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境,如Keil C51 uVision3等軟件。</p><p> ?。?)具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能??傊?,該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件,功能極其強(qiáng)大。</p><p><b> 6.2軟件調(diào)試</b><
59、/p><p> 軟件調(diào)試的任務(wù)是利用ISIS開發(fā)工具進(jìn)行仿真調(diào)試,發(fā)現(xiàn)和糾正程序錯誤,同時也能發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果故障。</p><p> 試運(yùn)行后,檢查是否能開始正確顯示時間、溫度。比如說,時鐘顯示不穩(wěn)定,易亂跳,顯示亂碼,是由于單片機(jī)的運(yùn)行與程序的執(zhí)行不能同步進(jìn)行造成的,應(yīng)該盡量減少跳轉(zhuǎn)指令的使用。修改萬年歷顯示緩沖區(qū)內(nèi)容,運(yùn)行進(jìn)位鍵,檢驗(yàn)?zāi)芊裾_進(jìn)位,以及試調(diào)時間看能否正確的進(jìn)位,以及調(diào)溫度
60、是否能顯示。</p><p> 6.3 Proteus仿真截圖</p><p> 在工作模式下,時鐘的顯示裝置LCD液晶顯示屏上將顯示出年、月、日、星期、時、分、秒,以及溫度,所顯示的內(nèi)容可以通過按鍵進(jìn)行調(diào)整。</p><p> ?。?)當(dāng)按下設(shè)置鍵時,LCD顯示屏將進(jìn)入時間調(diào)整狀態(tài),此時可通過上調(diào)鍵和下調(diào)鍵對時鐘進(jìn)行時間的調(diào)整:</p><
61、p> ?。?)繼續(xù)按設(shè)置鍵,光標(biāo)將按照從右到左的順序依次移動到分、時、星期、日、月、年,設(shè)置鍵每按下一次,光標(biāo)移動一位,當(dāng)按下第七次時,光標(biāo)將移動到年份調(diào)整位置:</p><p> ?。?)此時,若繼續(xù)按設(shè)置鍵,將退出時間調(diào)整狀態(tài),時鐘進(jìn)入正常工作狀態(tài):</p><p> ?。?)在對時鐘的時間進(jìn)行調(diào)整的過程中,若按下復(fù)位鍵,則時鐘將退出調(diào)整狀態(tài):</p><p&
62、gt; ?。?)通過調(diào)節(jié)滑動變阻器旋鈕,可以調(diào)節(jié)LCD顯示屏的背光亮度。</p><p><b> 7. 結(jié)論</b></p><p><b> 7.1設(shè)計總結(jié)</b></p><p> 本設(shè)計采用AT89C51單片機(jī)、時鐘芯片DS1302及溫度檢測芯片DS18B20等器件構(gòu)成數(shù)字時鐘電路,實(shí)現(xiàn)精確走時、斷電時間保護(hù)
63、、上電準(zhǔn)確恢復(fù)時間及感受溫度信號等功能,并能夠通過硬件對時鐘進(jìn)行時間調(diào)整。DS1302為SPI接口元件,為單片機(jī)節(jié)省大量的接口資源,同時時鐘芯片DS1302帶有后備電池,具備對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力,保證電路斷電后仍保存時間和數(shù)據(jù)信息,這些優(yōu)點(diǎn)解決了目前常用實(shí)時時鐘占用單片機(jī)資源多以及計時不可靠等缺點(diǎn)。</p><p> 該時鐘可以將年、月、日、星期、時間及溫度同時顯示在LCD液晶顯示屏上,同時可以很方
64、便的對時間進(jìn)行修改,方便使用。</p><p> 整個時鐘系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計開發(fā)基于C語言及Proteus 8.0軟件仿真環(huán)境,節(jié)省了程序編寫時間,簡化了調(diào)試步驟,還可以做到軟件仿真效果最大化接近硬件的實(shí)現(xiàn)效果。</p><p> 經(jīng)過軟件的最終仿真結(jié)果,本設(shè)計實(shí)現(xiàn)了上述功能,系統(tǒng)可以連續(xù)穩(wěn)定可靠運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能,完成設(shè)計目標(biāo)。</p><p> 7.2元件
65、清單及參數(shù)</p><p><b> 參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p> [1] 余錫存,曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2004年</p><p> [2] 張志良, 主編 :《單片機(jī)原理及控制技術(shù)》(第2版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005</p><p> [3] 余永權(quán),
66、 MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版,1993</p><p> [4] 余西存, 曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版,2000年</p><p> [5] 求是科技,單片機(jī)典型模塊設(shè)計實(shí)例導(dǎo)航[M].北京:人民郵電出版社,2004年5月</p><p> [6] 張振榮, 晉明武.MSC-51系列
67、單片機(jī)原理及實(shí)用技術(shù). 人民郵電出版社,2000年</p><p> [7] 吉雷,主編 :《Protel99從入門到精通》.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004 </p><p> [8]徐愛鈞,彭秀華.Keil Cx51 V7.0 單片機(jī)高級語言編程與uVision2應(yīng)用實(shí)踐.北京:電子工業(yè)出版社.2004.6</p><p> [9] 何立民.MCS-
68、51系列單片機(jī)應(yīng)用系列設(shè)計[M].北京:航空航天大學(xué)出版社</p><p> 附錄1 仿真完整電路圖</p><p><b> 附錄2 程序</b></p><p> #include<reg51.h></p><p> #include"DS18B20_3.H"</p&
69、gt;<p> #define uint unsigned int</p><p> #define uchar unsigned char</p><p> uchar a,miao,shi,fen,ri,yue,nian,week,flag,key1n,temp;</p><p> //flag用于讀取頭文件中的溫度值,和顯示溫度值<
70、/p><p> #define yh 0x80 //LCD第一行的初始位置,因?yàn)長CD1602字符地址首位D7恒定為1(100000000=80)</p><p> #define er 0x80+0x40 //LCD第二行初始位置(因?yàn)榈诙械谝粋€字符位置地址是0x40)</p><p> //液晶屏的與C51之間的引腳連接定義(顯示數(shù)據(jù)線接C51的P0口)&l
71、t;/p><p> sbit rs=P2^0;</p><p> sbit en=P2^2;</p><p> sbit rw=P2^1; //如果硬件上rw接地,就不用寫這句和后面的rw=0了</p><p> sbit led=P2^6; //LCD背光開關(guān)</p><p> //DS1302時鐘芯片與C51
72、之間的引腳連接定義</p><p> sbit IO=P1^1;</p><p> sbit SCLK=P1^0;</p><p> sbit RST=P1^2;</p><p> sbit ACC0=ACC^0;</p><p> sbit ACC7=ACC^7;</p><p>
73、 /************************************************************</p><p><b> ACC累加器=A</b></p><p> ACC.0=E0H </p><p> ACC.0就是ACC的第0位。Acc可以位尋址。</p><p> 累加器AC
74、C是一個8位的存儲單元,是用來放數(shù)據(jù)的。但是,這個存儲單元有其特殊的地位,</p><p> 是單片機(jī)中一個非常關(guān)鍵的單元,很多運(yùn)算都要通過ACC來進(jìn)行。 </p><p> ***************************************************************/</p><p> //校時按鍵與C51的引腳連接定義&l
75、t;/p><p> sbit key1=P1^5; //設(shè)置鍵</p><p> sbit key2=P1^6; //加鍵</p><p> sbit key3=P1^7; //減鍵</p><p> /**************************************************************/&l
76、t;/p><p> uchar code tab1[]={"20 - - "}; //年顯示的固定字符</p><p> uchar code tab2[]={" : : "};//時間顯示的固定字符</p><p> //延時函數(shù),后面經(jīng)常調(diào)用</p><p> void delay
77、(uint xms)//延時函數(shù),有參函數(shù)</p><p><b> {</b></p><p><b> uint x,y;</b></p><p> for(x=xms;x>0;x--)</p><p> for(y=110;y>0;y--);</p><
78、p><b> }</b></p><p> /********液晶寫入指令函數(shù)與寫入數(shù)據(jù)函數(shù),以后可調(diào)用**************/</p><p> /*在這個程序中,液晶寫入有關(guān)函數(shù)會在DS1302的函數(shù)中調(diào)用,所以液晶程序要放在前面*/</p><p> write_1602com(uchar com)//****液晶寫入
79、指令函數(shù)****</p><p><b> {</b></p><p> rs=0;//數(shù)據(jù)/指令選擇置為指令</p><p> rw=0; //讀寫選擇置為寫</p><p> P0=com;//送入數(shù)據(jù)</p><p><b> delay(1);</b><
80、;/p><p> en=1;//拉高使能端,為制造有效的下降沿做準(zhǔn)備</p><p><b> delay(1);</b></p><p> en=0;//en由高變低,產(chǎn)生下降沿,液晶執(zhí)行命令</p><p><b> }</b></p><p> write_160
81、2dat(uchar dat)//***液晶寫入數(shù)據(jù)函數(shù)****</p><p><b> {</b></p><p> rs=1;//數(shù)據(jù)/指令選擇置為數(shù)據(jù)</p><p> rw=0; //讀寫選擇置為寫</p><p> P0=dat;//送入數(shù)據(jù)</p><p><b>
82、 delay(1);</b></p><p> en=1; //en置高電平,為制造下降沿做準(zhǔn)備</p><p><b> delay(1);</b></p><p> en=0; //en由高變低,產(chǎn)生下降沿,液晶執(zhí)行命令</p><p><b> }</b></p&g
83、t;<p> lcd_init()//***液晶初始化函數(shù)****</p><p><b> {</b></p><p> write_1602com(0x38);//設(shè)置液晶工作模式,意思:16*2行顯示,5*7點(diǎn)陣,8位數(shù)據(jù)</p><p> write_1602com(0x0c);//開顯示不顯示光標(biāo)</p&g
84、t;<p> write_1602com(0x06);//整屏不移動,光標(biāo)自動右移</p><p> write_1602com(0x01);//清顯示</p><p> write_1602com(yh+1);//日歷顯示固定符號從第一行第1個位置之后開始顯示</p><p> for(a=0;a<14;a++)</p>
85、<p><b> {</b></p><p> write_1602dat(tab1[a]);//向液晶屏寫日歷顯示的固定符號部分</p><p> //delay(3);</p><p><b> }</b></p><p> write_1602com(er+2);//時間顯
86、示固定符號寫入位置,從第2個位置后開始顯示</p><p> for(a=0;a<8;a++)</p><p><b> {</b></p><p> write_1602dat(tab2[a]);//寫顯示時間固定符號,兩個冒號</p><p> //delay(3);</p><p&
87、gt;<b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> /*********************over***********************/</p><p> /***************DS1302有關(guān)子函數(shù)********************/</p&g
88、t;<p> void write_byte(uchar dat)//寫一個字節(jié)</p><p><b> {</b></p><p><b> ACC=dat;</b></p><p><b> RST=1;</b></p><p> for(a=8;
89、a>0;a--)</p><p><b> {</b></p><p><b> IO=ACC0;</b></p><p><b> SCLK=0;</b></p><p><b> SCLK=1;</b></p><p&
90、gt; ACC=ACC>>1;</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> uchar read_byte()//讀一個字節(jié)</p><p><b> {</b></p><p>&
91、lt;b> RST=1;</b></p><p> for(a=8;a>0;a--)</p><p><b> {</b></p><p><b> ACC7=IO;</b></p><p><b> SCLK=1;</b></p>
92、<p><b> SCLK=0;</b></p><p> ACC=ACC>>1;</p><p><b> }</b></p><p> return (ACC);</p><p><b> }</b></p><p&g
93、t; //----------------------------------------</p><p> void write_1302(uchar add,uchar dat)//向1302芯片寫函數(shù),指定寫入地址,數(shù)據(jù)</p><p><b> {</b></p><p><b> RST=0;</b>&l
94、t;/p><p><b> SCLK=0;</b></p><p><b> RST=1;</b></p><p> write_byte(add);</p><p> write_byte(dat);</p><p><b> SCLK=1;</b&g
95、t;</p><p><b> RST=0;</b></p><p><b> }</b></p><p> uchar read_1302(uchar add)//從1302讀數(shù)據(jù)函數(shù),指定讀取數(shù)據(jù)來源地址</p><p><b> {</b></p>
96、<p> uchar temp;</p><p><b> RST=0;</b></p><p><b> SCLK=0;</b></p><p><b> RST=1;</b></p><p> write_byte(add);</p>&l
97、t;p> temp=read_byte();</p><p><b> SCLK=1;</b></p><p><b> RST=0;</b></p><p> return(temp);</p><p><b> }</b></p><p&
98、gt; uchar BCD_Decimal(uchar bcd)//BCD碼轉(zhuǎn)十進(jìn)制函數(shù),輸入BCD,返回十進(jìn)制</p><p><b> {</b></p><p> uchar Decimal;</p><p> Decimal=bcd>>4;</p><p> return(Decimal=D
99、ecimal*10+(bcd&=0x0F));</p><p><b> }</b></p><p> //--------------------------------------</p><p> void ds1302_init() //1302芯片初始化子函數(shù)(2010-01-07,12:00:00,week4)<
100、/p><p><b> {</b></p><p><b> RST=0;</b></p><p><b> SCLK=0;</b></p><p> write_1302(0x8e,0x00); //允許寫,禁止寫保護(hù) </p><p> //w
101、rite_1302(0x80,0x00); //向DS1302內(nèi)寫秒寄存器80H寫入初始秒數(shù)據(jù)00</p><p> //write_1302(0x82,0x00);//向DS1302內(nèi)寫分寄存器82H寫入初始分?jǐn)?shù)據(jù)00</p><p> //write_1302(0x84,0x12);//向DS1302內(nèi)寫小時寄存器84H寫入初始小時數(shù)據(jù)12</p><p>
102、 //write_1302(0x8a,0x04);//向DS1302內(nèi)寫周寄存器8aH寫入初始周數(shù)據(jù)4</p><p> //write_1302(0x86,0x07);//向DS1302內(nèi)寫日期寄存器86H寫入初始日期數(shù)據(jù)07</p><p> //write_1302(0x88,0x01);//向DS1302內(nèi)寫月份寄存器88H寫入初始月份數(shù)據(jù)01</p><
103、p> //write_1302(0x8c,0x10);//向DS1302內(nèi)寫年份寄存器8cH寫入初始年份數(shù)據(jù)10</p><p> write_1302(0x8e,0x80); //打開寫保護(hù)</p><p><b> }</b></p><p> //------------------------------------<
104、;/p><p><b> //溫度顯示子函數(shù)</b></p><p> void write_temp(uchar add,uchar dat)//向LCD寫溫度數(shù)據(jù),并指定顯示位置</p><p><b> {</b></p><p> uchar gw,sw;</p><
105、p> gw=dat%10;//取得個位數(shù)字</p><p> sw=dat/10;//取得十位數(shù)字</p><p> write_1602com(er+add);//er是頭文件規(guī)定的值0x80+0x40</p><p> write_1602dat(0x30+sw);//數(shù)字+30得到該數(shù)字的LCD1602顯示碼</p><p&g
106、t; write_1602dat(0x30+gw);//數(shù)字+30得到該數(shù)字的LCD1602顯示碼</p><p> write_1602dat(0xdf);//顯示溫度的小圓圈符號,0xdf是液晶屏字符庫的該符號地址碼</p><p> write_1602dat(0x43);//顯示"C"符號,0x43是液晶屏字符庫里大寫C的地址碼</p>
107、<p><b> }</b></p><p> //------------------------------------</p><p> //時分秒顯示子函數(shù)</p><p> void write_sfm(uchar add,uchar dat)//向LCD寫時分秒,有顯示位置加、現(xiàn)示數(shù)據(jù),兩個參數(shù)</p>
108、;<p><b> {</b></p><p> uchar gw,sw;</p><p> gw=dat%10;//取得個位數(shù)字</p><p> sw=dat/10;//取得十位數(shù)字</p><p> write_1602com(er+add);//er是頭文件規(guī)定的值0x80+0x40<
109、;/p><p> write_1602dat(0x30+sw);//數(shù)字+30得到該數(shù)字的LCD1602顯示碼</p><p> write_1602dat(0x30+gw);//數(shù)字+30得到該數(shù)字的LCD1602顯示碼</p><p><b> }</b></p><p> //-----------------
110、--------------------</p><p> //年月日顯示子函數(shù)</p><p> void write_nyr(uchar add,uchar dat)//向LCD寫年月日,有顯示位置加數(shù)、顯示數(shù)據(jù),兩個參數(shù)</p><p><b> {</b></p><p> uchar gw,sw;<
111、;/p><p> gw=dat%10;//取得個位數(shù)字</p><p> sw=dat/10;//取得十位數(shù)字</p><p> write_1602com(yh+add);//設(shè)定顯示位置為第一個位置+add</p><p> write_1602dat(0x30+sw);//數(shù)字+30得到該數(shù)字的LCD1602顯示碼</p>
112、;<p> write_1602dat(0x30+gw);//數(shù)字+30得到該數(shù)字的LCD1602顯示碼</p><p><b> }</b></p><p> //-------------------------------------------</p><p> void write_week(uchar week
113、)//寫星期函數(shù)</p><p><b> {</b></p><p> write_1602com(yh+0x0c);//星期字符的顯示位置</p><p> switch(week)</p><p><b> {</b></p><p> case 1:writ
114、e_1602dat('M');//星期數(shù)為1時,顯示</p><p> write_1602dat('O');</p><p> write_1602dat('N');</p><p><b> break; </b></p><p> case 2:write_1
115、602dat('T');//星期數(shù)據(jù)為2時顯示</p><p> write_1602dat('U');</p><p> write_1602dat('E');</p><p><b> break;</b></p><p> case 3:write_1602d
116、at('W');//星期數(shù)據(jù)為3時顯示</p><p> write_1602dat('E');</p><p> write_1602dat('D');</p><p><b> break;</b></p><p> case 4:write_1602dat(&
117、#39;T');//星期數(shù)據(jù)為4是顯示</p><p> write_1602dat('H');</p><p> write_1602dat('U');</p><p><b> break;</b></p><p> case 5:write_1602dat('
118、F');//星期數(shù)據(jù)為5時顯示</p><p> write_1602dat('R');</p><p> write_1602dat('I');</p><p><b> break;</b></p><p> case 6:write_1602dat('S
119、9;);//星期數(shù)據(jù)為6時顯示</p><p> write_1602dat('T');</p><p> write_1602dat('A');</p><p><b> break;</b></p><p> case 7:write_1602dat('S');
120、//星期數(shù)據(jù)為7時顯示</p><p> write_1602dat('U');</p><p> write_1602dat('N');</p><p><b> break;</b></p><p><b> }</b></p><p&
121、gt;<b> }</b></p><p> //****************鍵盤掃描有關(guān)函數(shù)**********************</p><p> void keyscan()</p><p><b> {</b></p><p> if(key1==0)//--------
122、-------key1為功能鍵(設(shè)置鍵)--------------------</p><p><b> {</b></p><p> delay(9);//延時,用于消抖動</p><p> if(key1==0)//延時后再次確認(rèn)按鍵按下</p><p><b> {</b></
123、p><p> while(!key1);</p><p><b> key1n++;</b></p><p> if(key1n==9)</p><p> key1n=1;//設(shè)置按鍵共有秒、分、時、星期、日、月、年、返回,8個功能循環(huán)</p><p> switch(key1n)</
124、p><p><b> {</b></p><p> case 1: TR0=0;//關(guān)閉定時器</p><p><b> //TR1=0;</b></p><p> write_1602com(er+0x09);//設(shè)置按鍵按動一次,秒位置顯示光標(biāo)</p><p> w
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