單片機課程設(shè)計報告基于單片機的電子日歷鐘設(shè)計

1、研究生課程學(xué)習(xí)報告 課 程 名 稱: 單 片 機 題 目: 電子日歷鐘 學(xué) 生 姓 名: 學(xué) 號: 年級 /專業(yè): 機械電子工程 學(xué)院(直屬系) : 機械工程與自動化學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師: 黃 維 公 電子日歷鐘設(shè)計摘 要用單片機控制時間的讀取并顯示在液晶屏幕上面，并可通過按鍵實現(xiàn)對時間的修改。文中詳細論述了電子日歷鐘設(shè)計原理、使用的各芯片的介紹，闡明了本實例所使用的設(shè)計方案、詳細的電路圖以及電子程序。關(guān)鍵詞：電子日歷鐘 單片機 ds1302 lcd1602目 錄摘要21 前言51.1 設(shè)計任務(wù)51.2本設(shè)計的應(yīng)用意義52總體設(shè)計方案52.1 設(shè)計原理及相關(guān)說明52.2 總體設(shè)計框圖52.3

2、電子日歷鐘電路圖52.4 電子日歷鐘程序53芯片設(shè)計及對其的調(diào)用63.1ds1302實時時鐘電路63.1.1 引言63.1.2 ds1302的結(jié)構(gòu)及工作原理63.1.3 引腳功能及結(jié)構(gòu)63.1.4 ds1302的控制字節(jié)63.1.5 數(shù)據(jù)輸入輸出（i/o）63.1.6 ds1302的寄存器73.2lcd1602字符型液晶模塊73.2.1 lcd1602模塊介紹73.2.2 lcd1602的一些參數(shù)及操作指令93.3at89c51芯片103.3.1 芯片介紹103.3.2 主要特性113.3.3 管腳說明113.3.4 振蕩器特性124系統(tǒng)調(diào)試124.1 硬件電路調(diào)試124.2 軟件程序調(diào)試12

3、4.2.1 調(diào)試的主要方法124.2.2 調(diào)試中遇到的問題124.3 綜合調(diào)試12致謝13參考文獻14附錄a： 電子日歷鐘電路圖15附錄b： 程序清單161 前言11 設(shè)計任務(wù)本設(shè)計實現(xiàn)一個小巧的電子日歷鐘，可以利用ds1302讀取日期及時間并傳至89c51，使之顯示于lcd 1602 液晶顯示屏上。設(shè)有四個按鍵，可以進入設(shè)置菜單對電子日歷鐘進行時間設(shè)置。開機時可以顯示制作單位以及制作者名稱。12 本設(shè)計的應(yīng)用意義此電子日歷鐘小巧便捷利于攜帶，界面清爽，一目了然，方便的使您知曉當(dāng)前時間，并可對時間做出修改，實在是居家旅行日常生活之必備用品！2 總體設(shè)計方案21設(shè)計原理及相關(guān)說明設(shè)計原理：利用d

4、s1302實時時鐘電路芯片來讀取系統(tǒng)中的日期以及時間信息，并利用p1.6端口將相關(guān)信息傳送至at89c51主芯片之中，利用p2端口使之顯示于lcd1602液晶顯示屏上，四個按鍵分別置于p1口的0、1、2、3端口可以對時間進行控制修改。詳細請參閱第三節(jié)的芯片介紹。相關(guān)說明：點擊 確定按鍵 可以進入lcd屏上方顯示的主菜單，點擊 返回按鍵 可以退出菜單，在時間修改菜單中點擊 修改“小時”按鍵 可以修改時間中的小時數(shù)，點擊 修改“分鐘”按鍵 可以修改時間中的分鐘數(shù)。22 總體設(shè)計框圖電子日歷鐘設(shè)計框圖如圖2.1所示：at89c51修改“小時”按鍵修改“分鐘”按鍵確定按鍵返回按鍵lcd顯示圖2.1 電

5、子日歷鐘設(shè)計框圖23 電子日歷鐘電路圖電子日歷鐘電路圖請見附件a23 電子日歷鐘程序電子日歷鐘程序清單請見附件b3 各芯片設(shè)計及對其的調(diào)用31 ds1302實時時鐘電路311 引言現(xiàn)在流行的串行時鐘電路很多，如ds1302、 ds1307、pcf8485等。這些電路的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛地采用。本文介紹的實時時鐘電路ds1302是dallas公司的一種具有涓細電流充電能力的電路，主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32.768khz晶振。 312 ds1302的結(jié)構(gòu)及工作原理 ds1302 是美國dallas公司推出的

6、一種高性能、低功耗、帶ram的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5v5.5v。采用三線接口與cpu進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或ram數(shù)據(jù)。ds1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的ram寄存器。ds1302是ds1202的升級產(chǎn)品，與ds1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 313 引腳功能及結(jié)構(gòu) 1 82 7 圖3.13 64 5vcc1x1x2gndvcc2rstsclkkkkkkki/o圖3.1示出ds1302的引腳排列,其中vcc1為

7、后備電源，vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。ds1302由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)vcc2大于vcc10.2v時，vcc2給ds1302供電。當(dāng)vcc2小于vcc1時，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，通過把rst輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(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，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對ds1302進行操作。如果在傳送過程中rst置為低電平，

8、則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在vcc2.5v之前，rst必須保持低電平。只有在sclk為低電平時，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)。sclk始終是輸入端。 314 ds1302的控制字節(jié) ds1302 的控制字節(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)寫入ds1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(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表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。315 數(shù)據(jù)輸入輸出(i/o) 在控制指令字輸入后的下一個sclk時鐘的

9、上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入ds1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個sclk脈沖的下降沿讀出ds1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7。 316 ds1302的寄存器 ds1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為bcd碼形式,其日歷、時間寄存器及其控制字見下表。 寄存器名稱命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作7 6 5 4 3 2 1 0秒寄存器80h81h00-59ch 10sec sec分寄存器82h83h00-590 10min min時寄存器84h85h01-1212/24 0 10hr hr日寄存器86h87h00-2

10、30 0 10date date月寄存器88h89h01-28.290 0 0 10m month周寄存器8ah8bh30.310 0 0 0 0 day年寄存器8ch8dh01-12 10year year表3.1 日歷、時間寄存器及其控制字此外，ds1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與ram相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫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：一類是單個ram單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個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)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的ram寄

11、存器，此方式下可一次性讀寫所有的ram的31個字節(jié)，命令控制字為feh(寫)、ffh(讀)。32 lcd 1602字符型液晶模塊321 1602液晶模塊介紹字符型型液晶是一種用57點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等，最常用的為2行16個字，即我們馬上要學(xué)習(xí)的1602液晶模塊，下面(圖3.2)就是tc1602液晶模塊的正面和反面照片。圖3.2： 1602液晶模塊實物照片帶背光的液晶模塊tc1602el，tc1602el采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其引腳功能如下：第1腳：vss為電源地，接gnd。第2腳：vdd接5v正電源。第3腳：vl為液晶

12、顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度。第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：rw為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平rw為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)rs為高電平rw為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：bla背光電源正極(+5v)輸入引腳。第16腳：blk背光電源負極，接

13、gnd。tc1602液晶模塊內(nèi)帶標(biāo)準(zhǔn)字庫，內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（cgrom）已經(jīng)存儲了192個57點陣字符，32個510點陣字符。另外還有字符生成ram（cgram）512字節(jié)，供用戶自定義字符。如表3.2所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“a”的代碼是01000001b（41h），顯示時模塊把地址41h中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“a”。 表3.2： cgrom和cgram中字符代碼與字符圖形對應(yīng)關(guān)系1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3.3所示。它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操

14、作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）表3.3： 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令指令1：清顯示，指令碼01h,光標(biāo)復(fù)位到地址00h位置 指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00h 指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 i/d：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效指令4：顯示開關(guān)控制。 d：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 c：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍指令5：光標(biāo)或顯示移位 s/c：高電平時移動顯示的文字，低

15、電平時移動光標(biāo)指令6：功能設(shè)置命令 dl：高電平時4位總線，低電平為8位總線 n：低電平為單行顯示，高電平時雙行顯示 f: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器ram地址設(shè)置指令8：ddram地址設(shè)置指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址 bf：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)指令11：讀數(shù)據(jù) 下面是tc1602液晶模塊的一些主要技術(shù)參數(shù)：1、邏輯工作電壓（vdd）：+4.5 +5.5v2、lcd驅(qū)動電壓（vdd - vl）：+4.5 +13.0v3、工作溫度（ta）： 0 60c（常溫）/-20 7

16、5 c（寬溫）4、工作電流： 2.0ma5、屏幕視域尺寸： 62.5 16.1mm 322 lcd1602的一些參數(shù)及操作指令1）基本參數(shù)其主要技術(shù)參數(shù)及引腳功能如表3.4和3.5所述。顯示容量162個字符模塊最佳工作電壓5.0v工作電壓4.8v5.2v字符尺寸4.957.95mm工作電流2.0ma（5.0v）工作溫度050背光源黃綠、藍色等背光源電流0 輸出信號：d0d7=指令4.寫數(shù)據(jù)：輸入信號：rs=1，rw=0，e=1-0 輸出信號：d0d7=數(shù)據(jù)3）指令說明指令碼功能0x07自定義字符位0x0f清高四位0x01清屏：數(shù)據(jù)指針清0，所有顯示清00x0b光標(biāo)置日調(diào)整位置0x0c顯示開0x

17、0d光標(biāo)所在字符閃爍0x0e光標(biāo)開0x80+地址設(shè)置1602第一行的數(shù)據(jù)指針初始地址0xc0+地址設(shè)置1602第二行的數(shù)據(jù)指針初始地址（表3.6）33 at89c51芯片331 芯片介紹at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(fperom-falsh programmable and erasable read only memory)的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(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和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制

18、器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。如圖3.3所示。圖3.3332 主要特性：與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部ram32可編程i/o線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 333 管腳說明：vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八

19、位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內(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門電流。p1口管腳寫入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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內(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ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時，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，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。

20、p2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“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，如下表所示：口管腳 備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（

21、串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目

22、的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， 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，置位無效。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時，

23、此間內(nèi)部程序存儲器。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)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。334 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。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4系統(tǒng)仿真調(diào)試41硬件電路調(diào)試 （略）42軟件程序調(diào)試421調(diào)試的主要方法利用keil uvision3軟件進行程序編寫及調(diào)試，

24、利用protues仿真軟件進行仿真實驗。422調(diào)試中遇到的問題1）程序運行后字符全部顯示于一行，致使后面的字符無法顯示出來，經(jīng)調(diào)試，在源代碼中添加“write_order(0x80+0x40);”換行語句后，字體全部正常顯示了出來！2）運行仿真程序，無法顯示出正常日期，經(jīng)檢查調(diào)試發(fā)現(xiàn)，ds1302的i/o輸出data的端口被連接至89c51的p1.7端口，而程序設(shè)定的入口卻是p1.6端口，重新連線后一切正常！致 謝感謝黃維公老師在我進行程序編寫、仿真調(diào)試以及最后的書寫報告中給予我的指導(dǎo)和幫助！感謝一直以來支持我的同學(xué)們！參考文獻 1 譚浩強，c程序設(shè)計，北京：清華大學(xué)出版社，1999年12月第

25、2版2 徐愛鈞，單片機高級語言c51應(yīng)用程序設(shè)計，電子工業(yè)出版社，2000年5月3 周堅，單片機輕松入門，北京航空航天大學(xué)出版社，2004年2月第1版4 周立功單片機網(wǎng)站，5 電子驛站，6 百度百科，附件a：電子日歷鐘電路圖附件b：部分程序清單；公司名稱: 西華大學(xué) 機械電子工程系；程序名稱：電子日歷鐘設(shè)計程序；創(chuàng) 建 人：司源 日期：2008-08-08；功能描述：電子日歷鐘 ；版 本：v1.0；*調(diào)用的頭文件程序，以及函數(shù)付初值！/主程序void main()ini();open();delay(255);delay(255);delay(255);delay(255);write_ord

26、er(0x01);init_ds1302();set_ds1302(time_add,initial_time);while(1)detect();write_order(0x80+0x04);for(i=0;menukeyi!=0;i+)write_date(menukeyi);get_ds1302();write_order(0x80+0x40);write_date(timenow_time44);write_date(timenow_time4&0x0f);write_date(0x01);write_date(timenow_time34);write_date(timenow_time3&0x0f);write_date(0x00);write_date( );write_date( );write_date(timenow_time24);write_date(timenow_time2&0x0f);write_date(:);write_date(timenow_time14);write_date(timenow_time1&0x0f);write_date(:);write_date(timenow_time04);write_date(timenow_t