单片机实习报告电子万年历.张.doc
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1、电子设计总结报告-电子万年历班级: 100404: 淇瑞学号: 20101407 29 / 33摘要在当代繁忙的工作与生活中,时间与我们每一个人都有非常亲密的关系,每个人都收到时间的影响,为了更好的利用我们自己的时间,我们必须对时间有一个度量,因此产生了钟表。随着社会、科技的发展,人类得知时间,从观太阳、摆钟到现在电子钟,不断研究、创新。为了在观测时间的同时能够了解其他与人类密切相关的信息,比如温度、星期、日期等,电子万年历诞生了,它集时间、日期、星期和于一身,具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等诸多优点,符合电子仪器仪表的发展趋势,具有广阔的市场前景。随着人们生活水平的提高和生活节奏
2、的加快,对时间的要求越来越高,精准数字计时的消费需求也是越来越多。该电子万年历主要采用AT89S52单片机作为主控核心,由DS1302时钟芯片提供时钟、LCD动态扫描显示屏显示,AT89S52单片机具有功耗小,片ROM全都采用FlashROM:能以3V的超低电压工作,同时也与MCS-51系列单片机完全兼容,该芯片部存储器为8KB ROM存储空间,同时具有89C51的功能,且具有在线编程可擦除技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或程序的新增功能需要烧入程序时,不需要对芯片进行多次插拔,所以不会对芯片造成损坏。DS1302时钟芯片是美国DALLAS公司推出的具有涓流电流充电功能的低功耗实
3、时时钟芯片,它可以对年、月、日等进行计时,还有闰年补偿等功能,而且使用寿命长,误差小,数字显示是采用的LCD液晶显示,可以同时显示各种需要的信息。此外,该电子万年历还具有时间校准等功能。目 录1 绪论11.1选题背景11.2 选题目的11.3设计意义22 设计要求与方案论证32.1 设计要求32.2 系统基本方案选择和论证32.2.1单片机芯片的选择和方案论证32.2.2显示模块选择方案和论证32.2.3时钟芯片的选择方案和论证32.2.4温度传感器的选择方案与论证42.3最终方案确定43 系统的硬件设计与实现53.1 系统硬件概述53.1.1系统设计框图53.1.2系统硬件需求介绍532系统
4、硬件各模块作用63.2.1 控制系统的设计63.2.2时钟电路模块的设计63.2.3 温度采集模块设计83.2.4闹钟(蜂鸣器电路模块)93.2.5 按键部分93.2.6 液晶显示模块概述103.2.7 USB和外部电源供电电路104 系统的软件实现124.1程序流程框图125 设计总结与心得体会156 参考文献167 致词168 附录17附录一:17附录二:171 绪 论1.1 选题背景在社会迅速发展的今天,单片机的的运用已经渗透到我们生活的每个角落,也似乎很难找到哪个领域没有单片机的足迹。智能仪表、医疗器械,导弹的导航装置,智能监控、通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛
5、使用的各种智能 IC 卡,汽车的安全保障系统,动控制领域的机器人,数码像机、电视机、全自动洗衣机的控制,机以与程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。图 1-1 万年历 图1-2 智能手机图1-3数码相机所以,单片机的学习、开发与应用将对于现代社会的发展,经济的繁荣,和提高满足人类日益增长的物质文化需求有着至关重要的作用。也成就了一批又一智能化控制的工程师和科学家。科技越发达,智能化的东西就越多。学习单片机是社会发展的必然需求,也是我们现代高级技工所必须要掌握的技能。1.2 选题目的随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快,对时间的要求越来越高,精准数字计时的消费需求也是越来越多。二十一世纪
6、的今天,最具代表性的计时产品就是电子万年历,它是近代世界钟表界的第三次革命。第一次是摆和摆轮游丝的发明,相对稳定的机械振荡频率使钟表的走时差从分级缩小到秒级,代表性的产品就是带有摆和摆轮游丝的机械表或钟。第二次革命是石英晶体振荡器的应用,发明了走时精度更高的石英电子钟表,使钟表的走时月差从分级缩小到了秒级。第三次革命就是单片机数码计时技术的应用(电子万年历),使计时产品的走时日差从分级缩小到了百万分之一秒,从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示式,直观明了,并增加了全自动日期、星期、温度以与其他日常附属信息的显示功能,他更符合消费者的生活需求,因此,电子万年历的出现带来了
7、钟表计时业跨越性的进步。1.3 设计意义(1)在学习了模拟数字技术和数字电子技术和单片机原理课程后,为了加深对理论知识的理解,学习理论知识在实际中的运用,培养动手能力和解决实际问题的经验并接触专用时钟芯片DS1302,并会用DS1302芯片开发时钟模块,应用到其他系统中去。熟悉protues 和 kiel软件调试程序和仿真。(2)通过实验提高对单片机的认识。(3)通过实验提高焊接、布局、电路检查能力。(4)通过实验提高软件调试能力。(5)进一步熟悉和掌握单片机的结构与工作原理。(6)通过课程设计,掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术,了解表关电路参数的计算方法。(7)通过实际程序设计和调
8、试,逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。(8)通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程,使学生了解开发一单片机应用系统的全过程,为今后从事相应的工作打下坚实的基础。2 设计要求与方案论证2.1 设计要求(1)具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能。(2)时间与阴、阳历能够自动关联。 (3)具有温度显示功能和温度报警功能。(4)具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能。2.2 系统基本方案选择和论证2.2.1 单片机芯片的选择和方案论证方案一:采用89C51芯片作为硬件核心,部具有4KB ROM存储空间,能于3V的超低电压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由
9、于不具备ISP在线编程技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,对芯片的多次查吧会对芯片造成一定的损坏。 方案二: 采用AT89C52片ROM全都采用FlashROM:能以3V的超低电压工作,同时也与MCS-51系列单片机完全兼容,该芯片部存储器为8KB ROM存储空间,同时具有89C51的功能,且具有在线编程可擦除技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或程序的新增功能需要烧入程序时,不需要对芯片进行多次插拔,所以不会对芯片造成损坏。 综上所述,所以采用AT89C52作为主控系统。2.2.2 显示模块选择方案和论证方案一:采用LED数码管动态扫描,
10、LED数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫描法与单片机相连接时,占用的单片机口线少,但所需要的数码管数量太多,焊接困难极易出错,所以不采用LED数码管作为显示。方案二:采用点阵式数码管显示,点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成,对于显示文字比较合适,如果用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示。方案三:采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见。综上所述,我们应该选取LCD液晶显示屏。2.2.3 时钟芯片的选择方案和论证方案一:直接采用单片机定时计数器提供秒信号,使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒技术
11、,采用此种方案虽然减小芯片的使用,节约成本,但是,实现的时间误差较大,所以不采用此方案。方案二:采用DS1302时钟芯片实现时钟,DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片,可自动对秒、分、时、日、周、月、年以与闰年补偿的年进行计数,而且精度高,位的RAM作为数据暂存区,工作电压2.5V-5.5V围,2.5V时耗电小于300Ma。综上所述,我们采用DS1302时钟芯片实现时钟。2.2.4 温度传感器的选择方案与论证方案一:使用热敏电阻作为传感器,用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压,利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性,采集这两个电阻变化的分压值,并进行A/D转换。此设计方案需用A/D转换电路
12、,增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的,会产生较大的测量误差。方案二:采用数字式温度传感器DS18B20,此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输,易于与单片机连接,可以去除A/D模块,降低硬件成本,简化系统电路。另外,数字式温度传感器还具有测量精度高、测量围广等优点。综上所述,我们采用数字式温度传感器DS18B20。2.3 最终方案确定核心控制体:AT89C52单片机实时时钟芯片:DS1302数字式温度传感器:DS18B20LCD液晶显示屏总共设有四个按键,为节约资源考虑,每个按键都有多种功能。每个按键分别标号为A,B,C,D.第一次按下B,C,D都没有反应
13、,首先按下A键可选择指针位置,B,C键为加减键,D键为闹钟设置键。B同时又是闹钟报警消除键。操作简单,按键灵活。3 系统的硬件设计与实现3.1 系统硬件概述本电路是由AT89S52单片机作为控制核心,具有在线编程功能,低功耗,能在3V超低压工作;时钟电路由DS1302提供,它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,它可以对年、月、日、时、分、秒等进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5V-5.5V。采用三线接口与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或RAM数据。DS1302部有一个用于临时存放数据的RAM寄存器。可产生年、月、日、时、分、秒等,具有使用寿命长
14、,精度高和低功耗等特点,同时具有掉电自动保存功能;温度的采集由DS18B20构成,显示部分为LCD液晶显示屏,能够实现字符与数字同时显示的功能。3.1.1 系统设计框图主控模块时钟模块温度检测模块1602显示模块键盘扫描模块报警模块图2 系统组成框图图3.1.2 系统硬件需求介绍AT89C52单片机一片,DS1302实时时钟芯片一个,DS18B20数字式温度传感器一个,+5V无源蜂鸣器二个,12MHZ晶振一个,多个按键和开关,常用电容电阻,连接线,三极管,二极管若干,滑动变阻器一个,USB母口一个。3.2 系统硬件各模块作用3.2.1 控制系统的设计图3 主控制系统图3为单片机最小电路,其中晶
15、振频率可以根据自己需要进行选择,围在0-24MHZ,常用12MHZ。复位电路得电容一般用10UF,但并不唯一,只要RC所得时间大于两个机器周期即可。还有其P0部无上拉电阻,所以在执行输出功能时,外部必须接上拉电阻(一般10K即可)。P0口有两个作用,一个接上DS1302的AD0-AD7(双向地址/数据复用总线),控制着DS1302的8位并行数据的地址和数据的传输,另接上液晶的DB0-DB7(数据总线)控制着向液晶发送8位并行数据。P1.7接上DS1302的单数据线,发送并接受数据,地址的操作。P3.0到P3.3作为独立按键口。P2.4口为液晶的数据/命令选择端,1为数据,二为命令,P2.5口控
16、制液晶读/写选择端,1为读命令,0为写操作,P2.6口控制液晶使能信号。对DS1302:P2.0口控制DS1302的片选信号的输入(CS),P2.1口控制地址选通输入(AS),P2.2口为读写输入(R/W),P2.3控制着数据选通或读输入(DS)。P3.2(外部中断0)接reset管脚,当闹钟时间到时便由此触发外部中断0,进入到外部中断0程序中。P1.0和P1.1口分别控制着蜂鸣器的报警,当温度、时间到达限定值时会发出高低电平脉冲,以至发出报警声音。3.2.2时钟电路模块的设计图4示出DS1302的引脚排列,其中VCC1为后备电源,VCC2为主电源,在主电源关闭的情况下,也能保持时钟的连续运行
17、,DS1302由VCC1或VCC2两者中的较大者供电,当VCC2大于VCC1+0.2V时,VCC2给DS1302供电,当VCC2小于VCC1时候VCC1供电。X1和X2是振荡源,外接32.768KHz晶振,RST是复位片选线,通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能:首先,RST接通控制逻辑,允许地址/命令序列送入移位寄存器;其次,RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段,当RST为高电平时,所有的数据传送被初始化,允许对DS1302进行操作,如果在传送过程中RST置为低电平,则会终止此次数据传送,I/O引脚变为高阻态,上电运行时,在VCC大于等于2.5V之前,
18、RST必须保持低电平,中有在SCLK为低电平时,才能将RST置为高电平,I/O为串行数据输入端,SCLK始终是输入端。时钟电路芯片DS1302引脚图如图4所示:图4 DS1302的引脚图 工作原理如下:(1) 时钟芯片DS1302的工作原理: DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化,先把SCLK端置 “0”,接着把RST端置“1”,最后才给予SCLK脉冲;读/写时序如下图4所示。图5为DS1302的控制字,此控制字的位7必须置1,若为0则不能把对DS1302进行读写数据。对于位6,若对程序进行读/写时RAM=1,对时间进行读/写时,CK=0。位1至位5指操作单元的地址。位0是读/写操作
19、位,进行读操作时,该位为1;该位为0则表示进行的是写操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。表6为DS1302的日历、时间寄存器容:“CH”是时钟暂停标志位,当该位为1时,时钟振荡器停止,DS1302处于低功耗状态;当该位为0时,时钟开始运行。“WP”是写保护位,在任何的对时钟和RAM的写操作之前,WP必须为0。当“WP”为1时,写保护位防止对任一寄存器的写操作。(2) DS1302的控制字节DS1302的控制字如表1所示。控制字节的高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入DS1302中,位6如果0,则表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的
20、地址;最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作,为1表示进行读操作,控制字节总是从最低位开始输出表1 DS1302的控制字格式RAM RD1 A4 A3 A2 A1 A0 / CK /WR(3) 数据输入输出(I/O)在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入从低位即位0开始。同样,在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据,读出数据时从低位0位到高位7。如图5所示: 图5 DS1302读/写时序图(4) DS1302的寄存器DS1302有12个寄存器,其中有7个寄存器与日历、时钟相关,存放的数据位为BCD码形式,其日历、
21、时间寄存器与其控制字见表2。表2 DS1302的日历、时间寄存器此外,DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器与与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类:一类是单个RAM单元,共31个,每个单元组态为一个8位的字节,其命令控制字为C0HFDH,其中奇数为读操作,偶数为写操作;另一类为突发方式下的RAM寄存器,此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节,命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。 3.2.3 温度采集模块设计如图6所示。采用数字式温度传感器DS18B20,它是数字式温
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