單片機(jī)時(shí)鐘芯片DS1302在LCD1602上顯示年月日時(shí)分秒

1、單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 內(nèi)容摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)實(shí)驗(yàn)是通過(guò)Proteus仿真并且與Keil相結(jié)合使用控制單片機(jī)使其在仿真中完成一系列所設(shè)計(jì)的程序。我們這個(gè)小組所做的實(shí)驗(yàn)是仿真一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘，通過(guò)DS1302這個(gè)芯片從計(jì)算機(jī)上讀取時(shí)間信息，再由51單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分配，將其輸出在LCD1602上，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)字時(shí)鐘的功能。設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)課題的技術(shù)指標(biāo)和給定條件，在教師指導(dǎo)下，能夠獨(dú)立而正確地進(jìn)行方案論證和設(shè)計(jì)計(jì)算，要求概念清楚、方案合理、方法正確、步驟完整；（2）要求學(xué)生掌握單片機(jī)的設(shè)計(jì)內(nèi)容、方法和步驟；（3）要求會(huì)查閱有關(guān)參考資料和手冊(cè)等；（4）要求學(xué)會(huì)選擇有關(guān)元件和參數(shù)；（5）要求學(xué)會(huì)繪

2、制有關(guān)電路圖和設(shè)計(jì)流程圖；（6）要求學(xué)會(huì)編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。系統(tǒng)框圖：硬件選擇：1、 AT89C51AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱(chēng)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(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C5

3、1是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C51外形及引腳排列主要特性：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器 壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 1288位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線(xiàn) 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 特性概述:AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線(xiàn)，兩個(gè)16位

4、定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，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(shí)/計(jì)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到下一個(gè)硬件復(fù)位。 管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為

5、原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。 P1口：P1口是一個(gè)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(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，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(shí)，P1口作為低八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，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(shí)，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(chǔ)器或

6、16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，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(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)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，如下所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.

7、2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的

8、。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， 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(wú)效。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此

9、間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性: XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2、DS1302 DS1302 是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)

10、、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線(xiàn)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(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 2.1引腳功能及結(jié)構(gòu)DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302

11、供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線(xiàn)，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向

12、)，后面有詳細(xì)說(shuō)明。SCLK為時(shí)鐘輸入端。 下圖為DS1302的引腳功能圖： 2.2 DS1302封裝圖DS1302的控制字節(jié) DS1302 的控制字如圖2所示?？刂谱止?jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫(xiě)入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進(jìn)行寫(xiě)操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開(kāi)始輸出。 2.3數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O)在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開(kāi)始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)

13、SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。 2.4 DS1302的寄存器DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表1。此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫(xiě)除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類(lèi)：一類(lèi)是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫(xiě)操作；另一類(lèi)為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下

14、可一次性讀寫(xiě)所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫(xiě))、FFH(讀)。3、1602液晶1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。 1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基

15、于HD44780寫(xiě)的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。 管腳功能 LCD1602引腳圖1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地 第2腳：VCC接5V電源正極 第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。 第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端

16、。 第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。電路總圖：所用儀器名稱(chēng)清單：DS1302芯片，單片機(jī)AT89C51，液晶顯示屏LCD1602，晶振，電解電容等。C語(yǔ)言程序：#include #include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char/定義DS1302與MCU接口sbit IO = P10;/IO接口sbit SCLK = P11;/時(shí)鐘線(xiàn)引腳sbit RST = P12;/復(fù)位線(xiàn)引腳/定義1602與單片機(jī)的接口sbit RS = P20;/指令數(shù)據(jù)選擇sbit RW = P21;

17、/接地，執(zhí)行寫(xiě)操作sbit EN = P22;/信號(hào)使能uchar *WEEK= SUN,MON,TUS,WEN,THU,FRI,SAT;uchar LCD_DSY_BUFFER1=DATE 00-00-00 ;uchar LCD_DSY_BUFFER2=TIME 00:00:00 ;uchar DateTime7;/*延時(shí)i毫秒函數(shù)*/void DelayMS(uint ms) uchar i;while(ms-) for(i=0;i120;i+);/*向DS1302寫(xiě)入1字節(jié)數(shù)據(jù)*/void Write_A_Byte_TO_DS1302(uchar x) uchar i;for(i=0;i

18、=1;/x右移1位，高位補(bǔ)0/*從DS1302中讀出1字節(jié)數(shù)據(jù)*/uchar Get_A_Byte_FROM_DS1302() uchar i,b=0x00;for(i=0;i8;i+) b=b|_crol_(uchar)IO,i);SCLK=1;SCLK=0;return b/16*10+b%16;/*讀取DS1302某地址的數(shù)據(jù)，先寫(xiě)命令字，后讀數(shù)據(jù)*/uchar Read_Data(uchar addr) uchar dat;RST = 0;/復(fù)位SCLK=0;/時(shí)鐘脈沖置0 RST=1;/啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 Write_A_Byte_TO_DS1302(addr);/寫(xiě)入地址命令字dat =

19、 Get_A_Byte_FROM_DS1302();/讀出一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù) SCLK=1;RST=0;return dat;void GetTime() uchar i,addr=0x81;for(i=0;i7;i+) DateTimei=Read_Data(addr);addr+=2;/*讀出LCD狀態(tài)*/uchar Read_LCD_State() uchar state;RS=0;RW=1;EN=1;DelayMS(1);state=P0;EN = 0;DelayMS(1);return state;/*LCD忙檢測(cè)*/void LCD_Busy_Wait() while(Read_LCD

20、_State()&0x80)=0x80);/讀取忙標(biāo)志位BF,BF=1則一直等待DelayMS(5);/*向LCD寫(xiě)數(shù)據(jù)*/void Write_LCD_Data(uchar dat) LCD_Busy_Wait();/忙檢測(cè)確保上一指令完成，也可用適當(dāng)?shù)难訒r(shí)替換此行RS=1;RW=0;EN=0;P0=dat;EN=1;DelayMS(1);EN=0;void Write_LCD_Command(uchar cmd) LCD_Busy_Wait();RS=0;RW=0;EN=0;P0=cmd;EN=1;DelayMS(1);EN=0;/*初始化LCD函數(shù)*/void Init_LCD() Wr

21、ite_LCD_Command(0x38);/8位數(shù)據(jù)接口，2行顯示，5*7點(diǎn)陣字符DelayMS(1);/延時(shí)保證上一指令完成Write_LCD_Command(0x01);/清DDRAM和AC值DelayMS(1);Write_LCD_Command(0x06);/數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作畫(huà)面不動(dòng)，AC自動(dòng)加1DelayMS(1);Write_LCD_Command(0x0c);/開(kāi)顯示，關(guān)光標(biāo)和閃爍DelayMS(1);void Set_LCD_POS(uchar p) Write_LCD_Command(p|0x80);void Display_LCD_String(uchar p,uchar *

22、s) uchar i;Set_LCD_POS(p);for(i=0;i16;i+)Write_LCD_Data(si);DelayMS(1); /*格式化日期時(shí)間函數(shù)*/void Format_DateTime(uchar d,uchar *a) a0=d/10+0;a1=d%10+0;/*主函數(shù)*/void main() Init_LCD();/初始化液晶while(1) GetTime();/獲得當(dāng)前時(shí)間Format_DateTime(DateTime6,LCD_DSY_BUFFER1+5);/通道號(hào)顯示Format_DateTime(DateTime4,LCD_DSY_BUFFER1+8

23、);Format_DateTime(DateTime3,LCD_DSY_BUFFER1+11);strcpy(LCD_DSY_BUFFER1+13,WEEKDateTime5);Format_DateTime(DateTime2,LCD_DSY_BUFFER2+5);Format_DateTime(DateTime1,LCD_DSY_BUFFER2+8);Format_DateTime(DateTime0,LCD_DSY_BUFFER2+11);Display_LCD_String(0x00,LCD_DSY_BUFFER1);/液晶顯示Display_LCD_String(0x40,LCD_D

24、SY_BUFFER2);組裝調(diào)試電路的過(guò)程及特點(diǎn)： 任何一個(gè)科研成果的出現(xiàn), 都離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)及研究記錄, 切不可低估記錄的重要作用。在單片機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開(kāi)的，許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來(lái)調(diào)試以進(jìn)一步排除故障?？梢?jiàn)硬件的調(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過(guò)，軟件設(shè)計(jì)則是無(wú)從做起。利用仿真器調(diào)試與軟件調(diào)試的方法基本相同，同樣可以利用“單步”、“跟蹤”、“斷點(diǎn)”等手段，對(duì)程序進(jìn)行分段調(diào)試或統(tǒng)一調(diào)試。不同的是仿真器把軟件和硬件結(jié)合了起來(lái)，使程序在比較真實(shí)的系統(tǒng)中運(yùn)行。 需要指出的是，通過(guò)仿真器調(diào)試的程序并不是最后使用的程序，它只是更接近了真實(shí)運(yùn)行的程序，要想在真實(shí)系統(tǒng)中讓程序可靠運(yùn)行，往往還需要結(jié)合真實(shí)系統(tǒng)反復(fù)進(jìn)行調(diào)試。 合理設(shè)置和利用外部中斷能充分開(kāi)發(fā)和利用單片機(jī)的資源，調(diào)試程序是單片機(jī)外部中斷程序開(kāi)發(fā)