單片機(jī)液晶顯示“萬(wàn)年歷”單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱： 單片機(jī)液晶顯示“萬(wàn)年歷” 分 院： 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 教 研 室： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 二一三 年 五 月單片機(jī)液晶顯示“萬(wàn)年歷”一、 設(shè)計(jì)任務(wù)1、用字符型液晶顯示模塊lcd1602顯示萬(wàn)年歷的日期/時(shí)間等，如下圖所示（僅供參考，可個(gè)性化差異設(shè)計(jì)，如顯示學(xué)號(hào)等）：2012/05/01 dhy16:47:58 1237892、單片機(jī)與實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片ds1302之間通過(guò)spi接口實(shí)現(xiàn)“日期/時(shí)間”數(shù)據(jù)的采集。3、用34行列式鍵盤進(jìn)行校時(shí)，共有“1、2、3、4、5、6、7、8、9、0” 、“校時(shí)（閃爍）”和“（年/月/

2、日/時(shí)/分/秒）切換”等十二個(gè)按鍵。二、 硬件設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)框圖按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定系統(tǒng)由主控模塊、時(shí)控模塊、顯示驅(qū)動(dòng)及顯示模塊和鍵盤接口模塊共4個(gè)模塊組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1-1所示。圖1-1電子萬(wàn)年歷電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖主控芯片使用51系列at89c51單片機(jī)，時(shí)鐘芯片使用美國(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ds1302。采用ds1302作為計(jì)時(shí)芯片，可以做到計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。更重要的是，ds1302可以在很小電流的后備電源（2.55.5v電源，在2.5v時(shí)耗電小于300na），而且ds1302可以編程選擇多種充電電流來(lái)對(duì)后備電源進(jìn)行慢速充電，可以保證后備電源

3、基本不耗電。顯示驅(qū)動(dòng)采用排阻respack-8驅(qū)動(dòng)和lm016l液晶顯示 、圖條/柱圖顯示或64 點(diǎn)陣顯示接口的小型串行輸入/輸出芯片。片內(nèi)包括bcd 譯碼器、多路掃描控制器、字和位驅(qū)動(dòng)器和8*8 靜態(tài)ram。respack-8需九導(dǎo)線連接，每位顯示數(shù)字有一個(gè)地址由微處理器寫入。允許使用者選擇每位是bcd 譯碼或不譯碼。使用者還可選擇停機(jī)模式、數(shù)字亮度控制、從18 選擇掃描位數(shù)和對(duì)所有l(wèi)cd顯示器的測(cè)試模式。顯示模塊采用普通的lcd顯示屏。2.各部分介紹（包括電路和主要器件介紹）2.1電路設(shè)計(jì)如圖2-1示為電子萬(wàn)年歷電路設(shè)計(jì)原理圖，系統(tǒng)由主控制器at89c51、時(shí)鐘電路ds1302、顯示驅(qū)動(dòng)r

4、espack-8電路，lm016l液晶顯示電路及鍵掃描電路組成。圖2-1 電子萬(wàn)年歷電路原理圖2.2系統(tǒng)硬件概述2.2.1 主控制器at89c51atmel公司生產(chǎn)的at89c51單片機(jī)采用高性能的靜態(tài)80c51設(shè)計(jì)，并采用先進(jìn)工藝制造，還帶有非易失性flash程序存儲(chǔ)器。它是一種高性能、低功耗的8位cmos微處理芯片，市場(chǎng)應(yīng)用最多。其主要特點(diǎn)如下：8kb flash rom，可以擦除1000次以上，數(shù)據(jù)保存10年。 256字節(jié)內(nèi)部ram； 電源控制模式； 時(shí)鐘可停止和恢復(fù)； 空閑模式； 掉電模式； 6個(gè)中斷源； 4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； 4個(gè)8位i/o口； 全雙工增強(qiáng)型tuar； 3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)

5、數(shù)器：t0、t1(標(biāo)準(zhǔn)80c51)和增加的t2（捕獲和比較） 全靜態(tài)工作方式：024mhz2.2.2 時(shí)鐘電路ds1302 ds1302的性能特性： 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行比較； 用于高速數(shù)據(jù)暫存的31*8位ram； 最少引腳的串行i/o； 2.55.5v電壓工作范圍； 2.5v時(shí)電流小于300na； 用于時(shí)鐘或ram數(shù)據(jù)讀/寫的單字節(jié)或多字節(jié)（脈沖方式）數(shù)據(jù)傳送方式； 簡(jiǎn)單的三線接口； 可選的慢速充電（至vcc1）的能力。ds1302在任何數(shù)據(jù)傳送時(shí)必須先初始化，把rst腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在sclk的上升沿被訪問(wèn)到。在

6、開始8個(gè)時(shí)鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器后，另外的時(shí)鐘周期在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時(shí)寫入數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為8+8，在多字節(jié)方式下為8+字節(jié)數(shù)，最大可達(dá)248字節(jié)數(shù)。如果在傳送過(guò)程中置rst腳為低電平，則會(huì)終止本次數(shù)據(jù)傳送，并且i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在vcc2.5v之前，rst腳必須保持低電平。只有在sclk為低電平時(shí)，才能將rst置為高電平。2.3主要單元電路的設(shè)計(jì)2.3.1顯示電路顯示部分采用普通的lm016l液晶顯示，如圖2-2，以減少硬件電路。lm016l液晶模塊采用hd 44780控制器，hd44780具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃

7、爍等功能，lm016l與單片機(jī)mcu通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個(gè)8位寄存器，指令寄存器（ir）和數(shù)據(jù)寄存器（dr）忙標(biāo)志（bf），顯示數(shù)ram（ddram），字符發(fā)生器rom（cgorom）字符發(fā)生器ram（cgram），地址計(jì)數(shù)器ram(ac)。ir用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，dr用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫入ddram和cgram，或者暫存從ddram和cgram讀出的數(shù)據(jù)，bf為1時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，ddram用來(lái)存儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ)80個(gè)字符碼，cgrom由8位字符碼生成5*7點(diǎn)陣字符160中和5*1

8、0點(diǎn)陣字符32種8位字符編碼和字符的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖2-2 lcd液晶顯示屏顯示模塊2.3.2鍵盤接口鍵盤在單片機(jī)系統(tǒng)中是一個(gè)很重要的部件。為了輸入數(shù)據(jù)、查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，都要用到鍵盤，鍵盤是人工干預(yù)計(jì)算機(jī)的主要手段。鍵盤可分為編碼和非編碼鍵盤兩種。編碼鍵盤采用硬件線線路來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤編碼，每按下一個(gè)鍵，鍵盤能自動(dòng)生成按鍵代碼，鍵數(shù)較多，而且還具有去抖動(dòng)功能。這種鍵盤使用方便，但硬件較復(fù)雜，pc機(jī)所用的鍵盤就屬于這種。非編碼鍵盤僅提供按鍵開關(guān)工作狀態(tài)，其他工作由軟件完成，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡(jiǎn)單，一般在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用。此處主要介紹該類非編碼鍵盤及其與mcs51型單片機(jī)的接口。按鍵開

9、關(guān)在電路中的連接如圖2-3 a)所示。按鍵未按下時(shí)，a點(diǎn)電位為高電平5v；按鍵按下時(shí)，a點(diǎn)電位為低電平。a點(diǎn)電位就用于向cpu傳遞按鍵的開關(guān)狀態(tài)。但是由于按鍵的結(jié)構(gòu)為機(jī)械彈性開關(guān)，在按鍵按下和斷開時(shí)，觸點(diǎn)在閉合和斷開瞬間還會(huì)接觸不穩(wěn)定，引起a點(diǎn)電平不穩(wěn)定，如圖2-3 b)所示，鍵盤的抖動(dòng)時(shí)間一般為510ms，抖動(dòng)現(xiàn)象會(huì)引起cpu對(duì)一次鍵操作進(jìn)行多次處理，從而可能產(chǎn)生錯(cuò)誤。因此必須設(shè)法消除抖動(dòng)的不良后果。圖2-3 鍵操作和鍵抖動(dòng)消除抖動(dòng)的不良后果的方法有硬件、軟件兩種。為了節(jié)省硬件，通常在單片機(jī)系統(tǒng)中，一般不采用硬件方法消除鍵的抖動(dòng)，而是用軟件消除抖動(dòng)的方法。根據(jù)抖動(dòng)特性，在第一次檢測(cè)到按鍵按下

10、后，執(zhí)行一段延時(shí)510ms讓前延抖動(dòng)消失后再一次檢測(cè)鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)真正有鍵按下。當(dāng)檢測(cè)到按鍵釋放后，也要給510ms的延時(shí)，待后延抖動(dòng)消失后才轉(zhuǎn)入該鍵處理程序。2.3.3時(shí)鐘電路ds1302可以對(duì)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2.55.5v。采用三線接口與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)33*8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的ram寄存器。ds1302是的ds1202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

11、。ds1302時(shí)鐘芯片包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)的靜態(tài)ram。它經(jīng)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口與微處理器通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷提供秒、分、時(shí)、日、周、月和年等信息。對(duì)于小于31天的月和月末的日期自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，還包括閏年校正的功能。時(shí)鐘的運(yùn)行可以采用24小時(shí)或帶am/pm的12小時(shí)格式。采用三線接口與cpu進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或ram數(shù)據(jù)。ds1302有主電源/后備電源雙電源引腳：vcc1在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源，并提供低功率的電磁備份；vcc1在雙電池系統(tǒng)中提供主電源。在這種運(yùn)行方式中，vcc1里連接到后備電源，以便在沒(méi)有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)

12、據(jù)。ds1302由vcc1或vcc2中較大者供電。當(dāng)vcc2（vcc1+02v）時(shí)，vcc2給ds1302供電；當(dāng)vcc2vcc1時(shí)，ds1302由vcc1供電。如圖2-4為ds1302的引腳圖。圖2-4 ds1302的引腳圖ds1302在任何數(shù)據(jù)傳送時(shí)必須先初始化，把rst腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在sclk的上升沿被訪問(wèn)到。在開始8個(gè)時(shí)鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器后，另外的時(shí)鐘周期在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時(shí)寫入數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為8+8，在多字節(jié)方式下為8+字節(jié)數(shù)，最大可達(dá)248字節(jié)數(shù)。如果在傳送過(guò)程中置rst腳為低電平，則會(huì)終止本次數(shù)

13、據(jù)傳送，并且i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在vcc25v之前，rst腳必須保持低電平。只有在sclk為低電平時(shí)，才能將rst置為高電平。ds1302的控制字如表2.1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)寫入到ds1302中。位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)；為1則表示存取ram數(shù)據(jù)。位51（a4a0）指示操作單元的地址。最低有效位（位0）如果為0，則表示要進(jìn)行寫操作；位1表示進(jìn)行讀操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入/輸出。表2-1 ds1302控制字寄存器名 命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543210秒寄存器80h81h0059ch10sec

14、sec分寄存器82h83h0059010minmin時(shí)寄存器84h85h0112或002312/24010hrhr日寄存器86h87h0128，29，30，310010datedate月寄存器88h89h011200010mmonth周寄存器8ah8bh010700000day年寄存器8ch8dh009910 yearyear為了提高對(duì)32個(gè)地址尋址能力（地址/命令位15=邏輯1），可以把時(shí)鐘/日歷或ram寄存器規(guī)定為多字節(jié)（burst）方式。位6規(guī)定時(shí)鐘或ram，而位0規(guī)定讀或?qū)?。在時(shí)鐘/日歷寄存器中的地址931或ram寄存器中的地址31不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在多字節(jié)方式下，讀或?qū)憦牡刂?的位0開始。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?個(gè)寄存器。但是，當(dāng)以多字節(jié)方式寫ram時(shí)，為了傳送數(shù)據(jù)不必寫所有的31字節(jié)，不管是否寫了全部31字節(jié)，所寫的每一字節(jié)都將傳送至ram。ds1302共有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如表2.1所示，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。時(shí)鐘暫停：秒寄存器的位7定義位時(shí)鐘暫停位。當(dāng)它為1時(shí)，ds1302停止振蕩，進(jìn)入低功耗的備份方式，通常在對(duì)ds1302進(jìn)行寫操作時(shí)（如進(jìn)