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    单片机课程设计实验报告(时钟、日历)...docx

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    单片机课程设计实验报告(时钟、日历)...docx

    单片机课程设计实验报告(时钟、日历). 基于单片机的电子钟设计 目录 第一章电子时钟设计-2 1.1 设计原理简介-2 1.2 设计功能-3第二章主要电路元器件介绍-3 2.1 STC89C52 单片机简介-3 2.1.1 单片机简介-3 2.1.2 主要特性-3 2.1.3 管脚功能说明-4 2.1.4 LCD1602-5第三章单元电路的硬件设计-6 3.1 硬件原理框图-6 3.2 单片机 STC89C52 系统的设计-6 3.3 时钟电路-7 3.4 复位电路-7 3.5 键盘接口电路-8 3.6 LCD1602显示-8 第四章设计总原理图-9 第五章心得体会-9 第六章源程序-10 前言: 课程设计题目电子时钟、日历 任务下达日期2022年6月17 日 设计提交期限2022 年7 月5日 设计主要 内容使用89C51、LCD1602,设计一个能同时显示“年月日”“时分秒”和“星期”的电子作品 主要技术要求及参数基本要求: 1时钟走一天的误差小于1秒钟 2时间、星期、日历均可以通过按键调节设置 成果提交 形式 技术报告一份,制作实物一件。 设计进度安 排第1周查资料,研究设计题目、内容及要求并进行初步设计。第2周设计、安装及调试,并撰写设计报告。 第2周周五上午提交设计报告并现场答辩。 摘要 数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品,广泛用于个人家庭以及办公室等公共场所,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术,使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点,它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售,价格便宜、使用也方便,但鉴于单片机的定时器功能也可以完成数字钟电路的设计,因此进行数字钟的设计是必要的。在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系来用于实际,来培养我们的综合分析和设计电路,写程序、调试电路的能力。单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点,不仅已成为工业控领域普遍采用的智能化控制工具,而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落,有力地推动了各行的技术改造和产品的更新换代,应用前景广阔。 一、作品介绍 该电子钟使用AT89S51为核心,采用LCD1602液晶屏显示,动态显示技术。产用外部接5V电源供电,内部添加了一个4.8V左右的电池以防突然断电后还能保持原先数据不变。该产品简单易于操作,可以实现以下功能: 1、显示年份,格式“年、月、日” 2、时间显示为24小时制,格式“时时”“分分”“妙妙” 3、显示星期,用英文字符表示如星期一“MON” 二、设计目的 1、巩固、加深和扩大51系列单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力; 2、学会怎么使用LCM602,并且要知道它的组成与构造。 3、学会查阅书籍,并且要能够熟练编写程序、仿真、绘画流程图、原理图及BCP 图。 4、对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉用51单片机做系统开发、研制的过程,软硬件设计的方法、内容及步骤。 三、设计要求 1上电以后自动进入计时状态。 2、设计键盘调整时间,完成年月日、星期、时间的设计。 3、采用AT89S51为核心控制芯片,用LCD1602作为显示屏。 第一章 1.1 设计原理简介 该设计设计一个电子时钟,我们采用的是STC89C52 单片机用软件实现计数和显示。该单片机是一个微型计算机,包括中央处理器CPU,RAM,ROM、I/O 接口电路、定时计数器、串行通讯等,是时钟计数设计的核心。该时钟原理框图如图1.1,总体原理为:利用STC89C52 单片机构造电子时钟,可显示年、月、日、星期、时、分、秒,通过C 语言对单片机的编程即可产生相应的计时功能,并可以通过键盘进行时间的调整的控制。 图 2.1 信号发生器原理框图 本方案其主要模块包括复位电路、时钟信号、键盘控制、LCD1602 显示。其各个模块的作原理如下: (1)复位电路是为单片机复位使用,使单片机接口初始化;89C52 等CMOS51 系列单片机的复位引脚RET 是施密特触发输入脚,内部有一个上拉低电阻,当振荡器起振以后,在RST 引脚上输出2 个机械周期以上的高电平,器件变进入复位状态开始,此时ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3 输出高电平,RST 上输入返回低电平以后,变退出复位状态开始工作。该方案采用的是人工开关复位,在系统运行时,按一下开关,就在RST 断出现一段高电平,使器件复位。 (2)时钟信号是产生单片机工作的时钟信号,控制着计算机的工作节奏,可以通过提高时钟频率来提高CPU 的速度。89C52 内部有一个可控的反相放大器,引脚XTAL1、XTAL2为反相放大器输入端和输出端,在XTAL1、XTAL2 上外接12MHZ 晶振和30pF 电容便组成振荡器。时钟信号常用于CPU 定时和计数。 (3)键盘模块是是用于控制信号输入的类型,当按键按下时,可以通过单片机编STC89C52单片机数接口电路键盘输入程读取闭合的键号,实现相应的时间调整。其步骤主要是a、断是否有键按下;b、去抖动,延时20ms 左右;c、识别被按下的键号;d、处理,实现功能。 (4)LCD1602显示,通过单片机控制把数据送到LCD1602上显示。 1.2 设计功能 (1)本设计利用3 位(P3.0 、P3.1、P3.2)控制时间的调整,其中当P3.0=0对要调整的年、月、日、星期、时、分、秒的切换;当P3.1=0进行加1设置;当P3.2=0进行减1设置。 (2)本设计利用LCD1602液晶显示进行时间的显示,由单片机的P0端口进行数据的传输;LCD的4(RS)接P2.5,5(RW)接P2.6, 6(E)接P2.7。 第二章主要电路元器件介绍 2.1 STC89C52 单片机简介 2.1.1 单片机简介 AT89C51是一种带4K字节FLASH 存储器的低电压、高性能CMOS 8 位微处理器,俗称单片机。该芯片具 有优异的性价比,集成度高,体积小, 可靠性强,控制功能强等优点。其外 形及引脚排列如图2.1 所示。 2.1.2 主要特性图 2.1 (1)兼容性能强 (2)4K 字节可编程FLASH 存储器 (3)全静态工作:0Hz-24MHz (4)128×8 位内部RAM (5)32 可编程I/O 线 (6)两个16 位定时器/计数器 (7)5 个中断源 (8)可编程串行通道 (9)低功耗的闲置和掉电模式 (10)片内振荡器和时钟电路 2.1.3 管脚功能说明 VCC:供电电压。 GND:接地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8个TTL门电流。当P0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/地址的第八位。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。 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4个TTL 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口作为第八位地址接收。 P2口: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口作为AT89C51的一些特殊功能口,管脚备选功能 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(计时器0外部输入) P3.5 T1(计时器1外部输入) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) P3.7 /RD(外部数据存储器读选通) RST:复位输入。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: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地位字节。 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指令是ALE才起用。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。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两/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: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:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2:来自反向振荡器的输出。 2.1.4 LCD1602 这里介绍的字符型液晶模块是一种用 5x7 点阵图形来显示字符的液晶显示器,根据显示的容量可以分为 1 行 16 个字、2 行 16 个字、2 行 20个字等等,这里以常用的 2 行 16 个字的 1602 液晶模块来介绍它的编程方法。1602 采用标准的 16 脚接口,其中: 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15脚:背光电源正极 第16脚:背光电源负极 第三章单元电路的硬件设计 硬件原理硬件电路的设计决定一个系统的的功能,是设计的基础所在,而一般设计的标:可靠,简洁,高效,优化,好的硬件电路可以给程序的编写带来极大的优势,同时使可以很好的提高该信号设计的精度和灵敏度,使整个系统工作协调有序。 3.1 硬件原理框图 对于该电子时钟的设计,我们采用了以 STC89C52单片机芯片作为核心处理器,编程实 现时间的计时,最后通过 LCD1602的显示。结 构简单,思路仅仅有条,而根据设计的基本要 求,我们又把其细分为不同的功能模块,各个 功能模块相互联系,相互协调,通过单片机程 序构成一个统一的整体,其整体电路原理框 如图3.1 所示:图3.1 3.2 单片机 STC89C52 系统的设计 89C52 单片机是该信号发生器的核心,具有2 个定时器,32 个并行I/O 口,1 个串行I/O 口,5 个中断源。由于本设计功能简单,数据处理容易,数据存储空间也足够,因为我们采用了片选法选择芯片,进行芯片的选择和地址的译码。 单片机引脚分配如下: XTAL1,XTAL2:外接晶振,产生时钟信号; RES:复位电路; P0口:接LCD1602的第714脚进行数据的传输; P2口:LCD的4(RS)接P2.5,5(RW)接P2.6, 6(E)接P2.7; P3口:接按键开关,对时间进行设置。 3.3 时钟电路 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡方式。在引脚XTAL1 和XTAL2 外接晶体振荡器,构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益的反相放器,当外接晶振后,就构成了自激振荡,并产生振动时钟脉冲。晶振通常选用6MHZ、12MHZ、24MHZ。本设计中时钟电路图如图3.2,我们选择了12MHZ和晶振分别接引脚XTAL1和XTAL2,电容C1,C2 均选择为30pF,对振荡器的频率有稳 定作用。 图3.2 3.4 复位电路 复位引脚RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连,斯 密特触发器用来抑制噪声,在每个机器周期的S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次,然后才能得到内部复位操作所需要的信号。复位电路通常采用上 电自动复位和按钮复位两种方式。本设计选择了按键复位如图4.3,在系统运 行时,按一下开关,就在RST 断出现一段高电平,使器件复位。此时ALE、 PSEN、P0、P1、P2、P4 输出高电平,RST 上输入返回低电平以后,变退出 复位状态开始工作。 3.5 键盘接口电路 P3.0 、P3.1、P3.2控制时间的调整,其中当P3.0=0对要调整的年、月、 日、星期、时、分、秒的切换;当P3.1=0进行加1设置;当P3.2=0进行减 1设置。 图3.4 3.6 LCD1602显示 对于1602与单片机的连接方法如图3.5所示: 图3.5 第四章设计总原理图 五、实验心得体会 该电子时钟在调试时,总是出现许多的错误,软件上出了许多的问题,之后纠正,和组员慢慢调试修改了好多次。可是在仿真时依然存在很多的问题,开始的时候是仿真没有时间显示,之后改了改电路的P0数据传输线后时间就显示出来了。在时间的调整上问题更多,刚开始时按键没有反应,然后加上了消抖延时后才有反应,但是设的延时时间太长就出现按键不灵,再改后就正常了。 在开发板上调试时,背光是亮着,但是没有数字出现,经过查看1602的资料才发现仿真 不需要调节3脚的变位器,而在电路板上时就需要调节变位器才能使它正常显示。

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