电子万年历课程设计.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date电子万年历课程设计1 绪论 烟 台 南 山 学 院单片机课程设计题目 电子万年历 姓 名: 所在学院: 烟台南山学院 所学专业: 自 动 化 班 级: 学 号: 指导教师: 完成时间: -摘 要单片机作为当今领域应用广泛的电子器件,以其极高的性能价格比,受到人们的重视和关注,应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活
2、性好、开发较为容易。由于具有上述优点,在我国,单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面,而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。以AT89C51芯片为核心,辅以必要的电路,设计了一个简易的电子时钟,它由5V直流电源供电,通过数码管能够准确显示时间,日期,调整时间,日期,从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。 时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用,是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中,时钟有两方面的含义:一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号,主要由晶振和外围电路组成,晶振频率的大小决定了单片机系统
3、工作的快慢;二是指系统的标准定时时钟,即定时时间,它通常有两种实现方法:一是用软件实现,即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现,但误差很大,主要用在对时间精度要求不高的场合;二是用专门的时钟芯片实现,在对时间精度要求很高的情况下,通常采用这种方法,典型的时钟芯片有:DS1302,DS12887,X1203等都可以满足高精度的要求。本设计由单片机AT89C51芯片和LED数码管为核心,运用DS1302时钟芯片,辅以必要的电路,构成了一个单片机电子时钟。目录1 绪论12 总体方案设计与论证22.1数字时钟方案22.2显示方案33 硬件系统的方案设计43.1 系统框图43.2 单片机的选择43.3
4、 时钟电路DS130273.4 时钟电路及复位电路93.5 驱动电路93.6 显示电路103.7 按键接口114 软件系统设计124.1 时间信息获取程序124.2 显示程序125 系统调试135.1 系统调试135.2 时钟显示135.3 DS1302的调试135.4 按键电路调试136 总结14参考文献15 附录:系统程序171 绪论现代数字万年历是根据单片机制作而成的计时工具,是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车站、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。但随着时间的推移,科学技术的不断发展,生活节奏越来越快,竞争日益激烈,人们对时间计量的精度
5、要求越来越高,应用越来越广。可以说时间的准确已成为各行业安全运行的基础,如果时间出现误差而不能及时校正,会造成一系列严重的后果和经济损失。设计一种时钟校时系统显得尤为重要,而且此系统还可以随意的定时报时,及时提醒下一步要发生的事情或要完成的事情,给人们的生活、学习和工作带来更多的方便。高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子钟、石英表、石英钟都采用了石英技术,因此走时精度高、稳定性好、使用方便、不需要经常调校。数字式电子钟用集成电路计时,译码器电路代替机械式传动,用LED 显示器代替指针显示时间,减小了计时误差,这种时钟具有时、分、秒显示时间的功能,还可以进行时、分、秒的校对,片
6、选的灵活性好。专门的时钟芯片还可以提供高精度的准确时间,本设计采用的时钟芯片是DS1302。 该电子时钟主要采用AT89C51单片机作为主控核心,由DS1302时钟芯片提供时钟、LED动态扫描显示屏显示。AT89C51单片机是由Atmel公司推出的,功耗小,电压可选用46V电压供电;DS1302时钟芯片是美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电功能的低功耗实时时钟芯片,它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时,还具有闰年补偿等多种功能,而且DS1302的使用寿命长,误差小;数字显示是采用的LED显示屏来显示,可以同时显示年、月、日、星期、时、分、秒和温度等信息。此外,该电子时钟还具有时间
7、校准等功能。2 总体方案设计与论证2.1数字时钟方案数字时钟是本设计的最主要的部分。根据需要,可利用两种方案实现。方案一 采用专用时钟芯片DS1302 该芯片是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片,附加31字节静态RAM,采用SPI三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小与31天时可以自动调整,且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电(主电源和备用电源),可设置备用电源充电方式,提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 DS1302用于数据记录,特别是对
8、某些具有特殊意义的数据点的记录上,能实现数据与出现该数据的时间同时记录,因此广泛应用于测量系统中。图1 DS1302外部引脚图各引脚的功能为:Vcc1:备用电源;Vcc2:主电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时,由Vcc2向DS1302供电,当Vcc2 Vcc1时,由Vcc1向DS1302供电。SCLK:串行时钟,输入; I/O:三线接口时的双向数据线;CE:输入信号,在读、写数据期间,必须为高。该引脚有两个功能:第一,CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑;其次,CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。 DS1302有关日历、时间的寄存器共有12个,其中有7个寄存器(读时81h8Dh,写时
9、80h8Ch),存放的数据格式为BCD码形式。方案二 完全用软件实现数字时钟原理为:在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断,每产生一次中断,存储器内相应的秒值加1;若秒值达到60,则将其清零,并将相应的分字节值加1;若分值达到60,则清零分字节,并将时字节值加1;若时值达到24,则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时,定时器都要重新赋初值,所以该时钟精度不高。而且,由于是软件实现,当单片机不上电,程序不执行时,时钟将不工作。基于硬件电路的考虑,本设计采用方案一完成数字时钟的功能。2.2显示方案方案一 LCD液晶
10、显示采用LCD1602液晶显示器。在我们的日常生活中,我们对LCD1602液晶显示器并不陌生,在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以用到它显示的主要是数字、专用符号和图形。特别是在单片机的人机交流界面中用它作为输出器件有显示质量高、采用数字式接口、体积小、重量轻。功耗低等优点。通常按显示方式咳咳分为段式、字符式、点阵式等。但是在用它做显示器的时候,我们要对它进行编程,比如我们要显示一个字符,那么这个时候就复杂了,因为一个字符由6x8或8x8点阵组成,我们这时候既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区8字节,还要使每个字节的不同位为“1”,其他的为“0”,为“1”的点亮,为“
11、0”的不亮。这样一来在显示简单的数字上就大大的加大了我们设计的难度,所以,对于一些简单的数字,我们不应采用LCD1602液晶显示来显示。方案二 数码管显示 使用多个LED数码管显示。LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的,加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后,这些特定的段就会发亮,以形成我们眼睛看到的字样了。 图2 数码管如:显示一个“2”字,那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分,也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成,而大尺寸的
12、数码管由二个或多个发光二极管组成,一般情况下,单个发光二极管的管压降为1.8V左右,电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管,发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。再一个,数码管相对于LCD1602液晶显示器来说具有亮度大、接口设计比较容易,价格相对较便宜等优点。且在本次设计中恰好能把我们要显示的数字显示出来。所以,本次设计采用多个LED数码管显示器来显示数字。3 硬件系统的方案设计3.1 系统框图AT89C51电源按键 数码管 按键 DS1
13、302时钟模块 图3 系统框图 3.2 单片机的选择 根据所学单片机知识,AT89C51采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机,属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征,它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。此外,AT89C51还可工作于低功耗模式,可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下,保存RAM数据,时钟振荡停止,同时停止芯片内其它功能。所以我们选用AT89C51单片机作为主控芯片,其引脚图如下图2所示图4 AT89C5
14、1单片机引脚图AT89C51单片机引脚介绍Vss(20脚):接地VCC(40脚): 主电源+5VXTAL1(19脚):接外部晶体的一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端在采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该端引脚必须接地;对于CHMOS单片机,此引脚作为驱动端。XTAL2(18脚): 接外部晶体的另一端。在片内它是一个振荡电路反相放大器的输出端,振荡电路的频率是晶体振荡频率。若需采用外部时钟电路,对于HMOS单片机,该引脚输入外部时钟脉冲;对于CHMOS单片机,此引脚应悬浮。RST(9脚): 单片机刚接上电源时,其内部各寄存器处于随机状态,在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片
15、机复位(RESET)PSEN(29脚): 在访问片外程序存储器时,此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间,PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过,在访问片外数据存储器时,这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出,可以判别AT89C51是否在工作。ALE/PROG(30脚):在访问片外程序存储器时,此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间,PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过,在访问片外数据存储器时,这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同样
16、可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出,可以判别AT89C51是否在工作。EA/VPP(31脚): 当EA端输入高电平时,CPU从片内程序存储器地址0000H单元开始执行程序。当地址超出4KB时,将自动执行片外程序存储器的程序。当EA输入低电平时,CPU仅访问片外程序存储器。在对AT89C51编程时,此引脚用于施加编程电压VPP。 输入/输出引脚: (1)P0.0P0.7 (39脚32脚)(2)P1.0P1.7 (1脚8脚) (3)P2.0P2.7 (26脚21脚) (4)P3.0P3.7 (10脚17脚)P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口
17、,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
18、,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)
19、这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:表1 P3口特殊功能P3口管脚备选功能P3.0RXD:串行输入口P3.1TXD:串行输出口P3.2:外部中断0P3.3:外部中断1P3.4T0:记时器0外部输入P3.5T1:记时器1外部输入P3.6:外部数据存储器写选通P3.7:外部数据存储器读选通 3.3 时钟电路DS1302 DS1302的性能特性: 实时时钟,可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行比较; 用于高速数据暂存的31*8位RAM; 最少引脚的串行I/O; 2.55.5V电压工作范围; 2.5V时耗小于300nA; 用于时钟或RAM数据读/写
20、的单字节或多字节(脉冲方式)数据传送方式; 简单的三线接口; 可选的慢速充电(至Vcc1)的能力。 图5 DS1302电路图 DS1302在任何数据传送时必须先初始化,把RST脚置为高电平,然后把8位地址和命令字装入移位寄存器,数据在SCLK的上升沿被访问到。在开始8个时钟周期,把命令字节装入移位寄存器后,另外的时钟周期在读操作时输出数据,在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8,在多字节方式下为8+字节数,最大可达248字节数。如果在传送过程中置RST脚为低电平,则会终止本次数据传送,并且I/O引脚变为高阻态。上电运行时,在Vcc2.5V之前,RST脚必须保持低电平。只有在S
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