智能仪表设计实习报告.doc

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1、河 南 农 业 大 学智能仪表设计实习设 计 说 明 书题 目：实时日历时钟显示系统的制作 学 院： 07理学院 专 业： 电子信息科学与技术 班 级： 电科四班 学 号： 姓 名： 指导教师： 滕红丽 成 绩： 时 间：2010年11月29日至2010年12月12日 智能仪表设计实习报告实时日历时钟显示系统的制作一智能仪表设计实习设计任务书：运用所学智能仪器设计、单片机、微机原理等方面的知识，设计出一台以AT89S51为核心的单片机数据采集或测控系统，完成信息的采集、处理、输出及人机接口电路等部分的软、硬件设计。1.分组完成实时日历时钟显示系统任务设计：设计实时日历时钟显示系统，实现在51单

2、片机系统中设置、获取、记录实时的日历时钟信息并通过LED显示或LCD显示。要求能够进行长时间的记录，并且存储的时间信息在掉电情况下能长期保存。初始的时间信息要求用户用键盘输入或通过PC机和单片机的串口通信来设置。2应用微机和单片机实验开发装置完成规定的实习任务；3系统硬件部分包括传感器、前置信号处理单元（放大器，滤波器等）、 A/D转换、微处理器（MCU）、键盘、显示、报警、通信接口电路等；4系统软件部分包括键盘扫描、A/D转换、数字滤波、标度变换、显示、报警、通信等；5画出系统的硬件电路结构图和软件程序框图；6编写设计说明书一份，阐述系统的工作原理和软、硬件设计方法。报告重点阐述系统组成框图

3、、硬件原理设计和软件程序流程图。设计说明书不得少于5000字。二实现功能：实时日历时钟显示，实现在51单片机系统中设置、获取、记录实时的日历时钟信息并通过LED显示或LCD显示。要求能够进行长时间的记录，并且存储的时间信息在掉电情况下能长期保存。初始的时间信息要求用户用键盘输入或通过PC机和单片机的串口通信来设置。三实习过程： （一）实习所使用的器件介绍： 1 . 芯片选择：80c51. 实习过程中用到的器件:编码器，keil51，splx和装有80c51芯片的单片机。 主要功能：编码器和splx是向80c51芯片烧入数据用的，keil51是生成hex文件用的，因为只有生成的hex文件才能被烧

4、入芯片之中。 2. 显示模块的选择使用液晶显示屏显示时间数字。 液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。但由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片。 主控芯片使用51系列AT89C51单片机，时钟芯片使用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟DS1302。采用DS1302作为计时芯片，可以做到计时准确。更重要的是，DS1302可以在很小电流

5、的后备电源（2.55.5V电源，再2.5V时耗电小于300nA），而且DS1302可以编程选择多种充电电流来队后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电。显示驱动采用MAX7219，MAX7219 是微处理器和共阴极八段八位LED 数码管显示、图条/柱图显示或64 点阵显示接口的小型串行输入/输出芯片。片内包括BCD 译码器、多路扫描控制器、字和位驱动器和88 静态RAM。外部只需要一个电阻设置所有LED 显示器字段电流。MAX7219 和微处理器只需三根导线连接，每位显示数字有一个地址由微处理器写入。允许使用者选择每位是BCD 译码或不译码。使用者还可选择停机模式、数字亮度控制、从18

6、 选择扫描位数和对所有LED 显示器的测试模式。显示模块采用普通的共阴极四位一体行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电。 3.时钟电路的选择 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/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据方式；简单的三线接口；可选的慢速充电（至Vcc1）的能力. 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

7、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SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。DS1302的控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6如果为0，则表示存取日历时钟数据；为1则表示存取RAM数据。位51（A4A0）指示操作单元的地址。最低有效位（位0）

8、如果为0，则表示药进行写操作；为1表示进行读操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出。 为了提高对32个地址寻址能力（地址/命令位15=逻辑1）,可以把时钟/日历或RAM寄存器规定为多字节（burst）方式。位6规定时钟或RAM，而位0规定读或写。在时钟/日历寄存器中的地址931或RAM寄存器中的地址31不能存储数据。在多字节方式下，读或写从地址0的位0开始。必须按数据传送的次序写最先的8个寄存器。但是，当以多字节方式写RAM时，为了传送数据不必写所有的31字节，不管是否谢了全部31字节，所写的每一字节都将传送至RAM。DS1302可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时, 且具有闰年补偿功

9、能, 工作电压宽达2.55.5V。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内部有一个33x8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是的DS1202升级产品, 与DS1202兼容, 但增加了主电源/后背电源双电源引脚, 同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 DS1302共有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、时间寄存器及其控制字如上表所示，其中奇数为读操作，偶数为写操作。时钟暂停：秒寄存器的位7定义位时钟暂停位。当它为1时，DS1302停止振荡，进入低功耗的备份方式，

10、通常在对DS1302进行写操作时（如进入时钟调整程序）,停止振荡。当它为0时，时钟将开始启动。 AM-PM/12-24小时方式：小时寄存器的位7定义为12或24小时方式选择位。它为高电平时，选择12小时方式。在此方式下，位5为第二个10小时位（2023h）。DS1302时钟芯片包括实时时钟/日历和31字节的静态RAM。它经过一个简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。对于小于31天的月和月末的日期自动进行调整，还包括闰年校正的功能。时钟的运行可以采用24时或带AM/PM的12小时格式。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字节的时

11、钟信号或RAM数据。DS1302的晶振选用32768Hz，电容推荐值为6pF。因为振荡频率较低，也可以不接电容，对计时精度影响不大 4. 键盘接口键盘在单片机系统中是一个很重要的部件。为了输入数据、查询和控制系统的工作状态，都要用到键盘，键盘是人工干预计算机的主要手段。键盘可分为编码和非编码键盘两种。编码键盘采用硬件线线路来实现键盘编码，每按下一个键，键盘能自动生成按键代码，键数较多，而且还具有去抖动功能。这种键盘使用方便，但硬件较复杂，PC机所用的键盘就属于这种。非编码键盘仅提供按键开关工作状态，其他工作由软件完成，这种键盘键数较少，硬件简单，一般在单片机应用系统中广泛使用。此处主要介绍该类

12、非编码键盘及其与MCS51型单片机的接口。 （二）、 实时日历时钟显示系统的设计 整个系统的设计包括电路设计和软件设计，电路的设计只须知道所需的硬件即可，因为整个电路被集中到一个模板上，只须设计出程序输入单片机中，安在模板上即可工作。软件则须根据所要的硬件写出日历工作的程序即可 。 1 电路设计 电子万年历电系统由主控制器AT89C51、时钟电路DS1302、显示LCD。 2 系统的软件设计 软件部分则需要DS1302的运行程序，键盘扫描的相关程序，液晶写入相关程序，还有主程序，最后把各个程序组合在一起。软件程序方框图如下： 开始初始化LCD、1302允许LCD显示？读取时间LCD显示LCD关

13、闭YESNO扫描按键时间设定闹钟设定实时日历时钟显示系统的设计的程序如下：#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar a,miao,shi,fen,ri,yue,nian,week,key1n;#define yh 0x80 /LCD第一行的初始位置,因为LCD1602字符地址首位D7恒定为1（=80）#define er 0x80+0x40 /LCD第二行初始位置（因为第二行第一个字符位置地址是0x40）/液晶屏的与C51之间的引脚连接定义（显示数据线接C51的P0口）sbit rs=P20;sbit e

14、n=P22;sbit rw=P21; /如果硬件上rw接地，就不用写这句和后面的rw=0了sbit led=P26; /LCD背光开关/DS1302时钟芯片与C51之间的引脚连接定义sbit IO=P11;sbit SCLK=P10;sbit RST=P12;sbit ACC0=ACC0;sbit ACC7=ACC7;/*ACC累加器=AACC.0=E0H ACC.0就是ACC的第0位。Acc可以位寻址。累加器ACC是一个8位的存储单元，是用来放数据的。但是，这个存储单元有其特殊的地位，是单片机中一个非常关键的单元，很多运算都要通过ACC来进行。以后在学习指令时，常用A来表示累加器。但有一些地

15、方例外，比如在PUSH指令中，就必须用ACC这样的名字。一般的说法，A代表了累加器中的内容、而ACC代表的是累加器的地址。 */校时按键与C51的引脚连接定义sbit key1=P15; /设置键sbit key2=P16; /加键sbit key3=P17; /减键sbit buzzer=P13;/蜂鸣器，通过三极管9012驱动，端口低电平响/*/uchar code tab1=20 - - ; /年显示的固定字符uchar code tab2= : : ;/时间显示的固定字符/延时函数，后面经常调用void delay(uint xms)/延时函数，有参函数uint x,y;for(x=x

16、ms;x0;x-) for(y=110;y0;y-);/*液晶写入指令函数与写入数据函数，以后可调用/*在这个程序中，液晶写入有关函数会在DS1302的函数中调用，所以液晶程序要放在前面*/write_1602com(uchar com)/*液晶写入指令函数*rs=0;/数据/指令选择置为指令rw=0; /读写选择置为写P0=com;/送入数据delay(1);en=1;/拉高使能端，为制造有效的下降沿做准备delay(1);en=0;/en由高变低，产生下降沿，液晶执行命令write_1602dat(uchar dat)/*液晶写入数据函数*rs=1;/数据/指令选择置为数据rw=0; /读

17、写选择置为写P0=dat;/送入数据delay(1);en=1; /en置高电平，为制造下降沿做准备delay(1);en=0; /en由高变低，产生下降沿，液晶执行命令lcd_init()/*液晶初始化函数*write_1602com(0x38);/设置液晶工作模式，意思：16*2行显示，5*7点阵，8位数据write_1602com(0x0c);/开显示不显示光标write_1602com(0x06);/整屏不移动，光标自动右移write_1602com(0x01);/清显示write_1602com(yh+1);/日历显示固定符号从第一行第1个位置之后开始显示for(a=0;a14;a+

18、)write_1602dat(tab1a);/向液晶屏写日历显示的固定符号部分/delay(3);write_1602com(er+2);/时间显示固定符号写入位置，从第2个位置后开始显示for(a=0;a0;a-)IO=ACC0;SCLK=0;SCLK=1;ACC=ACC1;uchar read_byte()/读一个字节RST=1;for(a=8;a0;a-)ACC7=IO;SCLK=1;SCLK=0;ACC=ACC1;return (ACC);/-void write_1302(uchar add,uchar dat)/向1302芯片写函数，指定写入地址，数据RST=0;SCLK=0;RS

19、T=1;write_byte(add);write_byte(dat);SCLK=1;RST=0;uchar read_1302(uchar add)/从1302读数据函数，指定读取数据来源地址uchar temp;RST=0;SCLK=0;RST=1;write_byte(add);temp=read_byte();SCLK=1;RST=0;return(temp);uchar BCD_Decimal(uchar bcd)/BCD码转十进制函数，输入BCD，返回十进制 uchar Decimal; Decimal=bcd4; return(Decimal=Decimal*10+(bcd&=0

20、x0F);/-void ds1302_init() /1302芯片初始化子函数(2010-01-07,12:00:00,week4)RST=0;SCLK=0;write_1302(0x8e,0x00); /允许写，禁止写保护 /write_1302(0x80,0x00); /向DS1302内写秒寄存器80H写入初始秒数据00/write_1302(0x82,0x00);/向DS1302内写分寄存器82H写入初始分数据00/write_1302(0x84,0x12);/向DS1302内写小时寄存器84H写入初始小时数据12/write_1302(0x8a,0x04);/向DS1302内写周寄存器

21、8aH写入初始周数据4/write_1302(0x86,0x07);/向DS1302内写日期寄存器86H写入初始日期数据07/write_1302(0x88,0x01);/向DS1302内写月份寄存器88H写入初始月份数据01/write_1302(0x8c,0x10);/向DS1302内写年份寄存器8cH写入初始年份数据10write_1302(0x8e,0x80); /打开写保护/-/时分秒显示子函数void write_sfm(uchar add,uchar dat)/向LCD写时分秒,有显示位置加、现示数据，两个参数uchar gw,sw;gw=dat%10;/取得个位数字sw=dat

22、/10;/取得十位数字write_1602com(er+add);/er是头文件规定的值0x80+0x40write_1602dat(0x30+sw);/数字+30得到该数字的LCD1602显示码write_1602dat(0x30+gw);/数字+30得到该数字的LCD1602显示码/-/年月日显示子函数void write_nyr(uchar add,uchar dat)/向LCD写年月日，有显示位置加数、显示数据，两个参数uchar gw,sw;gw=dat%10;/取得个位数字sw=dat/10;/取得十位数字write_1602com(yh+add);/设定显示位置为第一个位置+ad

23、dwrite_1602dat(0x30+sw);/数字+30得到该数字的LCD1602显示码write_1602dat(0x30+gw);/数字+30得到该数字的LCD1602显示码/-void write_week(uchar week)/写星期函数write_1602com(yh+0x0c);/星期字符的显示位置switch(week)case 1:write_1602dat(M);/星期数为1时，显示 write_1602dat(O); write_1602dat(N); break; case 2:write_1602dat(T);/星期数据为2时显示 write_1602dat(U)

24、; write_1602dat(E); break;case 3:write_1602dat(W);/星期数据为3时显示 write_1602dat(E); write_1602dat(D); break;case 4:write_1602dat(T);/星期数据为4是显示 write_1602dat(H); write_1602dat(U); break;case 5:write_1602dat(F);/星期数据为5时显示 write_1602dat(R); write_1602dat(I); break;case 6:write_1602dat(S);/星期数据为6时显示 write_16

25、02dat(T); write_1602dat(A); break;case 7:write_1602dat(S);/星期数据为7时显示 write_1602dat(U); write_1602dat(N); break;/*键盘扫描有关函数*void keyscan()if(key1=0)/-key1为功能键（设置键）-delay(9);/延时，用于消抖动if(key1=0)/延时后再次确认按键按下 buzzer=0;/蜂鸣器短响一次 delay(20); buzzer=1;while(!key1);key1n+;if(key1n=9)key1n=1;/设置按键共有秒、分、时、星期、日、月、

26、年、返回，8个功能循环switch(key1n)case 1: TR0=0;/关闭定时器/TR1=0;write_1602com(er+0x09);/设置按键按动一次，秒位置显示光标 write_1602com(0x0f);/设置光标为闪烁 temp=(miao)/10*16+(miao)%10;/秒数据写入DS1302 write_1302(0x8e,0x00); write_1302(0x80,0x80|temp);/miao write_1302(0x8e,0x80); break;case 2: write_1602com(er+6);/按2次fen位置显示光标 /write_1602

27、com(0x0f);break;case 3: write_1602com(er+3);/按动3次，shi /write_1602com(0x0f);break;case 4: write_1602com(yh+0x0e);/按动4次，week /write_1602com(0x0f);break;case 5: write_1602com(yh+0x0a);/按动5次，ri /write_1602com(0x0f);break;case 6: write_1602com(yh+0x07);/按动6次，yue /write_1602com(0x0f);break;case 7: write_1

28、602com(yh+0x04);/按动7次，nian /write_1602com(0x0f);break;case 8:write_1602com(0x0c);/按动到第8次，设置光标不闪烁TR0=1;/打开定时器 write_1302(0x8e,0x00); write_1302(0x80,0x00|temp);/miao数据写入DS1302 write_1302(0x8e,0x80); break;/-加键key2-if(key1n!=0)/当key1按下以下。再按以下键才有效（按键次数不等于零）if(key2=0) /上调键delay(10);if(key2=0) buzzer=0;/

29、蜂鸣器短响一次 delay(20); buzzer=1;while(!key2);switch(key1n)case 1:miao+;/设置键按动1次，调秒if(miao=60)miao=0;/秒超过59，再加1，就归零write_sfm(0x08,miao);/令LCD在正确位置显示加设定好的秒数 write_1302(0x8e,0x00); /允许写，禁止写保护 write_1302(0x80,temp); /向DS1302内写秒寄存器80H写入调整后的秒数据BCD码 write_1302(0x8e,0x80); /打开写保护write_1602com(er+0x09);/因为设置液晶的模

30、式是写入数据后，光标自动右移，所以要指定返回/write_1602com(0x0b);break;case 2:fen+;if(fen=60)fen=0;write_sfm(0x05,fen);/令LCD在正确位置显示加设定好的分数据 write_1302(0x8e,0x00);/允许写，禁止写保护 write_1302(0x82,temp);/向DS1302内写分寄存器82H写入调整后的分数据BCD码 write_1302(0x8e,0x80);/打开写保护write_1602com(er+6);/因为设置液晶的模式是写入数据后，指针自动加一，在这里是写回原来的位置break;case 3:

31、shi+;if(shi=24)shi=0;write_sfm(2,shi);/令LCD在正确的位置显示加设定好的小时数据write_1302(0x8e,0x00);/允许写，禁止写保护 write_1302(0x84,temp);/向DS1302内写小时寄存器84H写入调整后的小时数据BCD码 write_1302(0x8e,0x80);/打开写保护write_1602com(er+3);/因为设置液晶的模式是写入数据后，指针自动加一，所以需要光标回位break;case 4:week+;if(week=8)week=1; write_1602com(yh+0x0C);/指定加后的周数据显示位

32、置write_week(week);/指定周数据显示内容 write_1302(0x8e,0x00);/允许写，禁止写保护 write_1302(0x8a,temp);/向DS1302内写周寄存器8aH写入调整后的周数据BCD码 write_1302(0x8e,0x80);/打开写保护 write_1602com(yh+0x0e);/因为设置液晶的模式是写入数据后，指针自动加一，所以需要光标回位break;case 5:ri+;if(ri=32)ri=1;write_nyr(9,ri);/令LCD在正确的位置显示加设定好的日期数据write_1302(0x8e,0x00);/允许写，禁止写保护

33、 write_1302(0x86,temp);/向DS1302内写日期寄存器86H写入调整后的日期数据BCD码 write_1302(0x8e,0x80);/打开写保护write_1602com(yh+10);/因为设置液晶的模式是写入数据后，指针自动加一，所以需要光标回位break;case 6:yue+;if(yue=13)yue=1;write_nyr(6,yue);/令LCD在正确的位置显示加设定好的月份数据 write_1302(0x8e,0x00);/允许写，禁止写保护 write_1302(0x88,temp);/向DS1302内写月份寄存器88H写入调整后的月份数据BCD码 w

34、rite_1302(0x8e,0x80);/打开写保护write_1602com(yh+7);/因为设置液晶的模式是写入数据后，指针自动加一，所以需要光标回位break;case 7:nian+; if(nian=100)nian=0;write_nyr(3,nian);/令LCD在正确的位置显示加设定好的年份数据write_1302(0x8e,0x00);/允许写，禁止写保护 write_1302(0x8c,temp);/向DS1302内写年份寄存器8cH写入调整后的年份数据BCD码 write_1302(0x8e,0x80);/打开写保护write_1602com(yh+4);/因为设置液

35、晶的模式是写入数据后，指针自动加一，所以需要光标回位break;/-减键key3，各句功能参照加键注释-if(key3=0)delay(10);/调延时，消抖动if(key3=0) buzzer=0;/蜂鸣器短响一次 delay(20); buzzer=1;while(!key3);switch(key1n)case 1:miao-;if(miao=-1)miao=59;/秒数据减到-1时自动变成59write_sfm(0x08,miao);/在LCD的正确位置显示改变后新的秒数 write_1302(0x8e,0x00); /允许写，禁止写保护 write_1302(0x80,temp);

36、/向DS1302内写秒寄存器80H写入调整后的秒数据BCD码 write_1302(0x8e,0x80); /打开写保护write_1602com(er+0x09);/因为设置液晶的模式是写入数据后，指针自动加一，在这里是写回原来的位置/write_1602com(0x0b);break;case 2:fen-;if(fen=-1)fen=59;write_sfm(5,fen);write_1302(0x8e,0x00);/允许写，禁止写保护 write_1302(0x82,temp);/向DS1302内写分寄存器82H写入调整后的分数据BCD码 write_1302(0x8e,0x80);/

37、打开写保护write_1602com(er+6);/因为设置液晶的模式是写入数据后，指针自动加一，在这里是写回原来的位置break;case 3:shi-; if(shi=-1)shi=23;write_sfm(2,shi);write_1302(0x8e,0x00);/允许写，禁止写保护 write_1302(0x84,temp);/向DS1302内写小时寄存器84H写入调整后的小时数据BCD码 write_1302(0x8e,0x80);/打开写保护write_1602com(er+3);/因为设置液晶的模式是写入数据后，指针自动加一，所以需要光标回位break;case 4:week-;

38、if(week=0)week=7; write_1602com(yh+0x0C);/指定加后的周数据显示位置write_week(week);/指定周数据显示内容 write_1302(0x8e,0x00);/允许写，禁止写保护 write_1302(0x8a,temp);/向DS1302内写周寄存器8aH写入调整后的周数据BCD码 write_1302(0x8e,0x80);/打开写保护 write_1602com(yh+0x0e);/因为设置液晶的模式是写入数据后，指针自动加一，所以需要光标回位break;case 5:ri-;if(ri=0)ri=31;write_nyr(9,ri);

39、write_1302(0x8e,0x00);/允许写，禁止写保护 write_1302(0x86,temp);/向DS1302内写日期寄存器86H写入调整后的日期数据BCD码 write_1302(0x8e,0x80);/打开写保护write_1602com(yh+10);/因为设置液晶的模式是写入数据后，指针自动加一，所以需要光标回位break;case 6:yue-;if(yue=0)yue=12;write_nyr(6,yue); write_1302(0x8e,0x00);/允许写，禁止写保护 write_1302(0x88,temp);/向DS1302内写月份寄存器88H写入调整后的月份数据BCD码 write_1302(0x8e,0x80);/打开写保护write_1602com(yh+7);/因为设置液