單片機(jī)電子日歷

1、摘要數(shù)字電子日歷系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)成熟,但是目前系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)基本都是采用LED作為顯示電路,造成硬件電路復(fù)雜、功耗高、產(chǎn)品體積龐大等特點(diǎn);液晶顯示模塊由于具有低功耗、壽命長(zhǎng)、體積小、顯示內(nèi)容豐富、價(jià)格低、接口控制方便等優(yōu)點(diǎn),因此在各類電子產(chǎn)品中被極廣泛地推廣和應(yīng)用。字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用字符型液品顯示模塊LCD1602作為顯示器件,這樣不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),而且極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。 本文詳細(xì)介紹了以液晶顯示器LCD1602作為系統(tǒng)輸出的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)方案,其中包括LCD原理及接口方法、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序編制等內(nèi)容,并在Pr

2、oteus中進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。 關(guān)鍵詞：AT89S52單片機(jī) 電子時(shí)鐘 按鍵控制 Proteus仿真 一、實(shí)驗(yàn)要求課題名稱: 基于單片機(jī)AT89S52的電子時(shí)鐘附加日歷功能。 設(shè)計(jì)要求： 本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)原理以單片機(jī)芯片AT89S52作為核心控制器，通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，設(shè)計(jì)制作出一個(gè)多功能數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)。單片機(jī)擴(kuò)展的LCD顯示器用來顯示秒、分、時(shí)、日、月、年六個(gè)計(jì)數(shù)單元中的值。 目的及意義：隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的飛速發(fā)展,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)與人們生活的各個(gè)角落,正在日益改變著傳統(tǒng)的人類工作方式和生活方式, 而單片機(jī)技術(shù)又作為計(jì)算機(jī)技術(shù)中的一個(gè)獨(dú)立分支,有著性價(jià)比高

3、,集成度高,體積小,可靠性高,控制功能強(qiáng)大,低功耗,低電壓,便于生產(chǎn),便于攜帶等特點(diǎn),所以得到越來越廣泛的應(yīng)用,特別是在工業(yè)控制和儀表儀器智能化中起極其重要的作用.本文利用單片機(jī)強(qiáng)大的控制功能和內(nèi)部定時(shí)器重要部件,設(shè)計(jì)了一款自行對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整以及把時(shí)、分、秒用LCD顯示的電子鐘。 二、實(shí)驗(yàn)主要元器件介紹2.1、AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89S52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory 的低電壓高性能COMOS8的微處理器俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制

4、造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。 單片機(jī)總控制電路如下圖1圖1主要特性如下: 工作電壓：5.5v-3.3v(5v單片機(jī))/3.8v-2.0v(3v單片機(jī)) 工作頻率范圍:0-40MHZ,相當(dāng)于8051的0-80MHZ,實(shí)際工作頻率可大48MHZ。用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)。 片上集成512字節(jié)RAM。 通用I/O口(32個(gè)),復(fù)位后為:P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉,P0是漏極開路輸出,作為總線擴(kuò)展用時(shí),不用加上拉電阻,作為I/O口使用時(shí),需加上拉電阻。 具有EEPROM功能與看門狗功能 具有3個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。及定時(shí)器T0.T1.T2。 工作模式: 掉電

5、模式:典型功耗小于0.1uA,可由外部中斷喚醒,中斷返回后繼續(xù)執(zhí)行原程序。 正常工作模式:典型功耗4mA7mA?？臻e模式：典型功耗2mAP0口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口，即地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FIash編程時(shí),P0口接收指令字節(jié),而在程序校驗(yàn)時(shí),輸出指令字節(jié),校驗(yàn)時(shí),要求外接上拉電阻。 P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流,4個(gè)TTL邏

6、輯門電路。對(duì)端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口,作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,例如執(zhí)行MOVXDPTR指令時(shí),P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,如執(zhí)行MOVXRI 指令時(shí),P2口線上的內(nèi)即特

7、殊功能寄存器SFR區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容在整個(gè)訪問期間不改變。 P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向IO 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3 口寫入“1”時(shí)它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí),被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外,更重要的用途是它的第二功能如下表所示:端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸入口)P3.2(外中斷0)P3.3(外中斷0)P3.4T0(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部輸入)P3.6(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7(外部

8、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST復(fù)位輸入:當(dāng)振蕩器工作時(shí),RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器,ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的l/6 輸出固定的正脈沖信號(hào),因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。2.2、LCD1602簡(jiǎn)介 液晶顯示屏LCD1602如圖2以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越來

9、廣泛的應(yīng)用。 這里介紹的是字符型液晶模塊是一種5*7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示內(nèi)容可分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等等本設(shè)計(jì)用的 圖2 是常用的2行16個(gè)字的1602液晶模塊。主要用于顯示時(shí)間和定時(shí)時(shí)間，并且具 有字符對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光功能。 其引腳功能如下： 第1腳:VSS為地電源 第2腳:VDD接5V正電源 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)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第4腳:RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳:RW為讀寫信號(hào)線，高

10、電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)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(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)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(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第7-14腳:D0-D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第15-16腳:空腳。2.3、軟件平臺(tái) 1、Keil 編程 Keil 的開發(fā)工具的使用的基本過程:創(chuàng)建C語言的源程序編譯源文件糾正源文件中的錯(cuò)誤從編譯器和匯編器連接目標(biāo)文件測(cè)試連接的應(yīng)用程序。 2Proteus 仿真 Proteus 軟件不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目

11、前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。在編譯方面，它也支持 IAR、Keil、PLAB 等多種編譯器。 三、實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1 實(shí)驗(yàn)原理 電子鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。因此，我們此次設(shè)計(jì)與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘。而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法。且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)敘電路。通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法。 本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)原理，以單片機(jī)芯片AT89C52作為核心控制器，通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，設(shè)計(jì)制作

12、出一個(gè)多功能數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)。單片機(jī)擴(kuò)展的LCD顯示器用來顯示秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)單元中的值。整個(gè)設(shè)計(jì)包括兩大部分: 硬件部分和軟件部分,以單片機(jī)為核心, 配以一定的外圍電路和軟件。硬件是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ), 軟件部分則要合理、充分地支持和使用系統(tǒng)的硬件, 從而完成系統(tǒng)所要完成的任務(wù)。 3.2 三個(gè)組成部分 該時(shí)鐘系統(tǒng)主要由時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、鍵盤控制模塊以及信號(hào)提示模塊組成。能夠準(zhǔn)確顯示時(shí)間，顯示格式為時(shí)、分、秒24小時(shí)制，可隨時(shí)進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。設(shè)計(jì)以硬件軟件化為指導(dǎo)思想，充分發(fā)揮單片機(jī)功能，大部分功能通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)，電路簡(jiǎn)單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。單片機(jī)在這種情況下誕生了基于單片機(jī)電子時(shí)鐘。 3.3

13、鍵盤控制模塊 按鍵中有一個(gè)復(fù)位鍵和調(diào)時(shí)鍵及加一鍵和減一鍵，一個(gè)按鍵接在復(fù)位電路上，另外3個(gè)按鍵接在P2.1、P2.2、P2.3口，低電平表示有按鈕按下，按鈕沒有接防抖電路，需要設(shè)計(jì)軟件防抖。 1、定時(shí)。按下定時(shí)鍵后可以開始定時(shí)過程如下定時(shí)-小時(shí)加/減-按定時(shí)-分鐘加/減-按定時(shí)。 2、調(diào)時(shí)。按下調(diào)時(shí)鍵后可以調(diào)時(shí)，過程如下:調(diào)時(shí)-年加/減-調(diào)時(shí)-月加/減-調(diào)時(shí)-日加/減-調(diào)時(shí)-時(shí)加/減-調(diào)時(shí)-分加/減-調(diào)時(shí)-秒加/減 -調(diào)時(shí)。四、調(diào)試過程調(diào)試的主要過程包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，其中軟件調(diào)試，也即程序編譯與仿真過程處于本次設(shè)計(jì)調(diào)試過程的核心環(huán)節(jié)。由于本設(shè)計(jì)已經(jīng)制作出液晶顯示電子鐘，所以硬件調(diào)試也很重

14、要。兩種調(diào)試過程并非孤立或者分開的，而是緊密相關(guān)。在此我們用到的開發(fā)工具是仿真器。 4.1 硬件調(diào)試 完成仿真器軟件仿真后，就要連接上硬件也即液晶顯示電子鐘成品板進(jìn)行硬件調(diào)試。 將仿真器通過串行電纜連接計(jì)算機(jī)上，將仿真頭接到仿真器，檢查接線是否有誤，確信沒有接錯(cuò)后接上電源，打開仿真器的電源開關(guān)。再進(jìn)行仿真器和通信設(shè)置。 仿真器和仿真頭設(shè)置正確，并且硬件連接沒有錯(cuò)誤，出現(xiàn)“硬件仿真”的對(duì)話框，并顯示仿真器、仿真頭的型號(hào)及仿真器的序列號(hào)。表明仿真器初始化正確。 硬件調(diào)試很重要也很麻煩，由于本次設(shè)計(jì)硬件非PCB制板，而是手工焊板，焊點(diǎn)質(zhì)量、布線是否合理等對(duì)系統(tǒng)的影響比較大，這無疑增加硬件調(diào)試的難度。

15、由于此前沒有很多的練習(xí)，本次設(shè)計(jì)我所制作的液晶顯示電子鐘在質(zhì)量工藝上很難達(dá)到滿意程度，不過在調(diào)試中還算穩(wěn)定，基本功能都能較穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)。 4.2 軟件調(diào)試 系統(tǒng)仿真分析電路原理圖在ISIS里設(shè)計(jì)完成，并將系統(tǒng)軟件編譯成.Hex文件，再進(jìn)行電子時(shí)鐘的系統(tǒng)虛擬仿真。 (1)在ISIS的原理圖中，右鍵單擊AT89C51將其選中，然后單擊左鍵打開AT89C51的Edit Component對(duì)話框。(2)選擇相應(yīng)的.Hex文件，再在Proteus ISIS 編輯窗口的File菜單中選擇Save Design 選項(xiàng)，保存設(shè)計(jì)。4.3 測(cè)試數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)分析 實(shí)現(xiàn)功能的具體方法，當(dāng)進(jìn)入調(diào)整功能時(shí)，按第一個(gè)鍵K1進(jìn)

16、行減運(yùn)算，按第二個(gè)鍵K2進(jìn)行加運(yùn)算。 按下第三個(gè)鍵K3,實(shí)現(xiàn)日期時(shí)間調(diào)整及定時(shí)功能等數(shù)字閃爍后，按一二鍵進(jìn)行加減，從而可以進(jìn)行具體日期時(shí)間調(diào)整。時(shí)間顯示格式為時(shí)-分-秒，日期顯示格式為年-月-日。具有顯示時(shí)間和日期的功能。五、程序流程圖流程圖如下：六、任務(wù)分工與成果展示6.1 前期準(zhǔn)備 在課程設(shè)計(jì)前期，我和王豪杰分好任務(wù)，便開始著手查閱資料、調(diào)研，通過查閱有關(guān)書籍、論文，最終確定課題為基于AT89C52單片機(jī)的電子時(shí)鐘。 6.2 課程設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)電路圖，并根據(jù)所設(shè)計(jì)電路圖和單片機(jī)工作原理，為實(shí)現(xiàn)電子鐘附帶日歷及復(fù)位功能，在書上查找資料程序，并自己進(jìn)行編程。經(jīng)反復(fù)調(diào)試和修改，最終編譯通過pro

17、teus仿真成功LCD顯示器能根據(jù)程序要求來顯示時(shí)間并可通過開關(guān)進(jìn)行顯示位的選擇和時(shí)間的加減，而且按復(fù)位鍵可以回到初始設(shè)置，即程序中設(shè)計(jì)的2015-12-8 17:08:20。 將所編程序置入單片機(jī)內(nèi)，并按照所設(shè)計(jì)電路圖在面包板上連線。經(jīng)反復(fù)連線、檢查元件、檢查線路、檢驗(yàn)程序，最終終于演示通過。 按照電路圖，將各元器件焊接在電路板上，再用萬用表檢驗(yàn)線路是否有空焊、短路等情況，進(jìn)一步處理。顯示器正常顯示時(shí)間，并能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。課程設(shè)計(jì)完成。 6.3 個(gè)人主要工作及遇到問題 在本次課程設(shè)計(jì)中我主要負(fù)責(zé)軟件方面的程序的查找修改和硬件方面的焊接工作。 過程中遇到了各種問題。程序的主體是查找資料得出的，

18、中間加入了自己的修改。但是在改動(dòng)過程中，幾次運(yùn)行不成功。經(jīng)多次檢查和修改，向同學(xué)請(qǐng)教最終編譯通過。Proteus仿真過程是另一同學(xué)完成的。在硬件方面，另一同學(xué)負(fù)責(zé)排線布局，我負(fù)責(zé)手工焊接。在面包板上幾次調(diào)試都不成功，顯示器亮的卻不顯示數(shù)字。曾懷疑線路連錯(cuò)、元器件有損壞、背光沒有調(diào)好等問題，后經(jīng)一一排除。接著就用萬用表測(cè)每條線路是否正常，終于發(fā)現(xiàn)有些應(yīng)該是高電平卻不是，經(jīng)過分析討論，認(rèn)為可能是有接觸不良。焊接過程也是很容易出錯(cuò)。焊好后接通電源，顯示屏不亮，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)有一處短路。稍作處理后，我們努力了一個(gè)星期的電子時(shí)鐘就成功了。6.4 成果展示焊接工藝與排線布局七、課程設(shè)計(jì)總結(jié)思考與致謝我們進(jìn)行

19、了為期一周的課程設(shè)計(jì)成功結(jié)束了，時(shí)間雖短，但收獲頗多。這次的課程設(shè)計(jì)，是一個(gè)嶄新的體驗(yàn)，是一個(gè)學(xué)習(xí)的平臺(tái)，是一次興趣的啟迪，是嘗試著自己動(dòng)手實(shí)踐的開始，是現(xiàn)實(shí)與需求之間差距的體現(xiàn)，也是一個(gè)認(rèn)識(shí)與改變的過程。 安排課程設(shè)計(jì)的基本目的，是在于通過理論與實(shí)際的結(jié)合、人與人的溝通進(jìn)一步提高思想覺悟和領(lǐng)悟力。尤其是觀察、分析和解決問題的實(shí)際工作能力。作為整個(gè)學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，課程設(shè)計(jì)雖然安排在兩周進(jìn)行，但并不具有絕對(duì)獨(dú)立的意義。它的一個(gè)重要功能，在于運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，把課堂上學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識(shí)，嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作，并從理論的高度對(duì)設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對(duì)性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。對(duì)于我們理工類的本科生來說，實(shí)踐能力如何是至關(guān)重要的。而這種能力，在課堂上是學(xué)習(xí)不到的，必須從書本走向?qū)嵺`。無論課本上的原理如何經(jīng)典，課文中的描述如何生動(dòng)，我們都只能理解，只能想象?？墒沁@次的課程設(shè)計(jì)讓我們擁有了一個(gè)全新的體驗(yàn)，與課堂完