單片機最小系統(tǒng)拓展實時日歷時鐘顯示設計

1、武漢理工大學華夏學院信息工程課程設計報告書課 程 名 稱 電子產(chǎn)品制作 課程設計總評成績 學生姓名、學 號 學 生 專 業(yè) 班級 指 導 教 師 姓名 課程設計起止日期 課程設計基本要求課程設計是工科學生十分重要的實踐教學環(huán)節(jié)，通過課程設計，培養(yǎng)學生綜合運用先修課程的理論知識和專業(yè)技能，解決工程領域某一方面實際問題的能力。課程設計報告是科學論文寫作的基礎，不僅可以培養(yǎng)和訓練學生的邏輯歸納能力、綜合分析能力和文字表達能力，也是規(guī)范課程設計教學要求、反映課程設計教學水平的重要依據(jù)。為了加強課程設計教學管理，提高課程設計教學質(zhì)量，特擬定如下基本要求。1. 課程設計教學一般可分為設計項目的選題、項目設

2、計方案論證、項目設計結(jié)果分析、答辯等4個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都應有一定的考核要求和考核成績。2. 課程設計項目的選題要符合本課程設計教學大綱的要求，該項目應能突出學生實踐能力、設計能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；該項目有一定的實用性，且學生通過努力在規(guī)定的時間內(nèi)是可以完成的。課程設計項目名稱、目的及技術要求記錄于課程設計報告書一、二項中，課程設計項目的選題考核成績占10%左右。3. 項目設計方案論證主要包括可行性設計方案論證、從可行性方案中確定最佳方案，實施最佳方案的軟件程序、硬件電路原理圖和PCB圖。項目設計方案論證內(nèi)容記錄于課程設計報告書第三項中，項目設計方案論證主要考核設計方案的正確性、可行性和創(chuàng)新性，

3、考核成績占30%左右。4. 項目設計結(jié)果分析主要包括項目設計與制作結(jié)果的工藝水平，項目測試性能指標的正確性和完整性，項目測試中出現(xiàn)故障或錯誤原因的分析和處理方法。項目設計結(jié)果分析記錄于課程設計報告書第四項中，考核成績占25%左右。5. 學生在課程設計過程中應認真閱讀與本課程設計項目相關的文獻，培養(yǎng)自己的閱讀興趣和習慣，借以啟發(fā)自己的思維，提高綜合分和理解能力。文獻閱讀摘要記錄于課程設計報告書第五項中，考核成績占10%左右。6. 答辯是課程設計中十分重要的環(huán)節(jié)，由課程設計指導教師向答辯學生提出23個問題，通過答辯可進一步了解學生對課程設計中理論知識和實際技能掌握的程度，以及對問題的理解、分析和判

4、斷能力。答辯考核成績占25%左右。7.學生應在課程設計周內(nèi)認真參加項目設計的各個環(huán)節(jié)，按時完成課程設計報告書交給課程設計指導教師評閱。課程設計指導教師應認真指導學生課程設計全過程，認真評閱學生的每一份課程設計報告，給出課程設計綜合評閱意見和每一個環(huán)節(jié)的評分成績（百分制），最后將百分制評分成績轉(zhuǎn)換為五級分制（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）總評成績。8. 課程設計報告書是實踐教學水平評估的重要資料，應按課程、班級集成存檔交實驗室統(tǒng)一管理。一、 課程設計項目名稱單片機最小系統(tǒng)拓展實時日歷時鐘顯示設計二、項目設計目的及技術要求設計目的：學會運用51單片機設計實施日歷時鐘顯示系統(tǒng)。技術要求：1在 51

5、 單片機系統(tǒng)中設置、獲取、記錄實時的日歷時鐘信息并通過 LED 顯示或 LCD 顯示。2. 能夠進行長時間的記錄，并且存儲的時間信息在掉電情況下能長期保存。3. 初始的時間信息要求用戶用鍵盤輸入或通過 PC 機和單片機的串口通信來設置。4. 利用已有設備進行安裝調(diào)試 。三、項目設計方案論證(可行性方案、最佳方案、軟件程序、硬件電路原理圖和PCB圖)1.可行性方案1.1單片機芯片的選擇方案和論證方案一：采用AT89C52，片內(nèi)ROM全都采用Flash ROM：能以3V超低壓工作；同時也與MCS-51系列單片機完全兼容，該芯片內(nèi)部存儲器為8KB ROM存儲空間，同樣具有89C51的功能，且具有在線

6、編程可擦除技術，當在對電路進行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，不需要對芯片的多次拔插，所以不會對芯片造成一定的損壞。方案二：采用AT89C51芯片作為硬件核心，采用Flash ROM,內(nèi)部具有4KB ROM存儲空間，能于3V的超低壓工作，而且與MCS-51系列單片機完全兼容，但是運用于電路設計中時由于不具備ISP在線編程技術，當在對電路進行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。1.2顯示模塊選擇方案和論證方案一：采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合，如采用在

7、顯示數(shù)字顯得太浪費，且價格也相對較高，所以也不用此種作為顯示。方案二：采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描，LED數(shù)碼管價格適中，對于顯示數(shù)字最合適，而且采用動態(tài)掃描法與單片機連接時，占用的單片機口線少。所以采用了LED數(shù)碼管作為顯示。1.3時鐘芯片的選擇方案和論證方案一：采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒，分，時，日，周，月，年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，而且精度高，工作電壓2.5V5.5V范圍內(nèi)，2.5V時耗電小于300nA.方案二：直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)時，分，秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間

8、誤差較大。所以不采用此方案。1.4電路設計最佳方案確定綜上各方案所述，對此次課程設計的方案選定：以單片機AT89C52為主控制器，時間數(shù)據(jù)是通過時鐘芯片DS1302來讀取，并通過LED 數(shù)碼管顯示出來，并用鍵盤來完成對當前時間的調(diào)整。2.硬件設計2.1電路設計框圖圖1電路設計2.2系統(tǒng)概述本電路是有AT89C52單片機為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在3V超低壓工作；時鐘電路由DS1302提供，他是一種高性能，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

9、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31*8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器?？僧a(chǎn)生年，月，日，周日，時，分，秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點。具有掉電自動保存功能；顯示部分由15個數(shù)碼管，74HS138,74LS244構(gòu)成。使用動態(tài)掃描顯示方式對數(shù)字的顯示。2.3 單片機最小系統(tǒng)設計單片機AT89C52的最小系統(tǒng)電路如圖2所示 ：圖2 AT89C52單片機最小系統(tǒng) 2.4外接電源接口電路圖3 外接電源接口電路2.5顯示電路圖4為顯示電路的電路圖，采用了LED驅(qū)動芯片MAX7219。使用兩片MAX7219，實現(xiàn)16為數(shù)碼管顯示。因為本設計要實現(xiàn)顯示年（4位數(shù)字）

10、、月（2位數(shù)字）、日（2位數(shù)字）、星期（1位數(shù)字）、小時（2位數(shù)字）、分鐘（2位數(shù)字），總共需要13位數(shù)碼管，而一片MAX7219最多只能支持8位數(shù)碼管的顯示，所以，我們需要單片機分別連接兩片MAX7219來實現(xiàn)13位數(shù)碼管顯示。圖4顯示電路電路圖2.6外接晶體引腳圖5 外接晶振 2.7復位電路圖6 手動復位電路在系統(tǒng)運行的過程中，有時可能對系統(tǒng)需要進行復位，為了避免對硬件系統(tǒng)經(jīng)常加電和斷電造成的損害，設計了手動的復位電路。如圖6所示。這種電路的設計，在系統(tǒng)的運行過程中需要復位時，只需使開關閉合，在RST端就會出現(xiàn)一定時間的高電平信號，從而使單片機實現(xiàn)復位。2.8 DS1302時鐘電路圖圖7

11、DS1302時鐘電路3.軟件設計 軟件的設計是設計控制系統(tǒng)的應用程序。其任務是在整體設計和硬件設計的基礎上，確定程序結(jié)構(gòu)，分配內(nèi)RAM資源，劃分功能模塊，然后進行主程序和各模塊程序的設計，最后連接起來成為一個完整應用程序，與硬件相結(jié)合完成相應功能。3.1日歷時鐘子程序設計DS1302與CPU的連接需要三條線，即SCLK（7），I/O（6），RST（5）。日歷時鐘DS1302的讀寫需要初始化時序，讀時序，寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機啟動寫時序開始，如果要求但總線器件回送是低位在先。讀寫都是16位數(shù)據(jù)高8位是地址低8位是數(shù)據(jù)，在讀寫

12、時要嚴格遵從起讀寫時序，否則讀寫將會失效。圖8 日歷時鐘的寫和讀3.2 實驗程序#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code table=0xC0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff,0x0c,0xbf; /*0-F、滅（16）、P.-*/uchar t0,t1,sec,min,hour,function,a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6

13、,a7;bit shan;void delay(uint count) ;uchar keychuli();uchar key();void display(uchar,uchar,uchar,uchar,uchar,uchar,uchar,uchar);void send();void ini();void chuli();/*主函數(shù)*void main() ini();while(1)display(16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 17); /沒有鍵按下是俠士P.if(key()=1) /當k1按下后則定時器驅(qū)動時鐘開始走TR0=1;function=1;shan=

14、0;while(1)send(); / 送數(shù)display(a0, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7); / 顯示chuli(); /處理/*初始化程序*voidini()TMOD=0x01,TH0=0x3c,TL0=0xb0;TH1=0x3c,TL1=0xb0; / 定時50ms中斷一次EA=1,ET0=1,TR0=0;ET1=1;TR1=0;/*鍵值處理程序*void chuli()switch(key()case 0:break;case 1:/ 當按鍵k1按下后function+;/ 判斷按下的次數(shù)switch(function)case 1:TR0=1;TR1=0

15、;shan=0;break;/一次條秒同時閃爍case 2:/兩次調(diào)分同時閃爍case 3:/三次調(diào)分同時閃爍case 4:TR0=0;TR1=1;shan=1;break;/四次跳出調(diào)整狀態(tài)時鐘繼續(xù)走時case 5:function=1;TR0=1;TR1=0;shan=0;break;/輪流循環(huán)break;case 2: /k2鍵上調(diào)switch(function) case 1:break;case 2:sec+;if(sec=60)sec=0;break;case 3:min+;if(min=60)min=0;break;case 4:hour+;if(hour=24) hour=0;

16、break;break; case 4: /k3鍵下調(diào)switch(function)case 1:break;case 2:sec-;if(sec=255) sec=59;break;case 3:min-;if(min=255) min=59;break;case 4:hour-;if(hour=255) hour=23;break;break;/*定時器0的中斷服務程序*void timer0() interrupt 1 using 3TH0=0x3c,TL0=0xb0;t0+;if(t0=20)t0=0;sec+;if(sec=60)sec=0;min+;if(min=60)min=0

17、;hour+;if(hour=24)hour=0;/*定時器1的中數(shù)服務程序，對shan取反，以使燈閃爍*void timer1() interrupt 3 using 2TH0=0x3c,TL0=0xb0;t1+;if(t1=40)t1=0;shan=shan;/*uchar keychuli() uchar k; k=P1; /P1口內(nèi)容送K k=k; /取反 k=(k&0xff); /屏蔽高4位,如果掃描8鍵，屏蔽該句。 return(k); /返回鍵值 /* 函數(shù)原型：key();* 功 能:鍵盤掃描函數(shù)，函數(shù)返回值即鍵值。*/uchar key() uchar keyzhi,

18、keyzhii; /電子鐘鍵盤按鍵鍵值臨時存放 keyzhi=keychuli(); /調(diào)P1口處理函數(shù) if(keyzhi!=0) /有鍵動作延時去抖動，否則函數(shù)返回 send(); display(a0, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7); display(a0, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7); keyzhi=keychuli(); /再次調(diào)P1口處理函數(shù) if(keyzhi!=0) /真正有鍵按下，取鍵值并暫存 keyzhii=keyzhi; while(keyzhi!=0) /判按鍵是否釋放，沒有釋放延時去抖動等待釋放 send(); d

19、isplay(a0, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7); display(a0, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7); keyzhi=keychuli(); keyzhi=keyzhii; /按鍵釋放后恢復按鍵鍵值 return(keyzhi); /返回按鍵鍵值/*顯示子程序*void display(uchar a7,uchar a6,uchar a5,uchar a4,uchar a3,uchar a2,uchar a1,uchar a0)P0=tablea7;P2=0xfe;delay(1);P0=tablea6;P2=0xfd;delay(1)

20、; P0=tablea5;P2=0xfb;delay(1); P0=tablea4;P2=0xf7;delay(1);P0=tablea3;P2=0xef;delay(1);P0=tablea2;P2=0xdf;delay(1);P0=tablea1;P2=0xbf;delay(1);P0=tablea0;P2=0x7f;delay(1);/*將數(shù)送至緩沖單元，當shan的標志位為1時，再根據(jù)此時的此時的功能標示，對該位熄滅*void send() a0=sec%10;a1=sec/10;a2=18;a3=min%10;a4=min/10;a5=18;a6=hour%10;a7=hour/10

21、;if(shan=1)switch(function)case 2:a0=16,a1=16;break;case 3:a3=16,a4=16;break;case 4:a6=16,a7=16;break;/*延時子程序基數(shù)為1毫秒*void delay(uint count) uint j; while(count-!=0) for(j=0;j<80;j+); 4.單片機最小系統(tǒng)PCB原理圖圖9 單片機最小系統(tǒng)PCB原理圖四、項目設計結(jié)果分析（分析試驗過程中獲得的數(shù)據(jù)、波形、現(xiàn)象或問題的正確性和必然性，分析產(chǎn)生不正確結(jié)果的原因和處理方法）實驗結(jié)果：當上電后，系統(tǒng)顯示提示符P。按下k1后，

22、系統(tǒng)開始正常運行， 此時按其它鍵均無效當再按下k1后，進入調(diào)秒狀態(tài)，按k2加1,按k3減1,再按一下k1進入調(diào)分狀態(tài)，再按一下，進入調(diào)時，再按一下，進入正常的運行狀態(tài)在調(diào)整狀態(tài)下，當調(diào)整該位時，該位會閃爍。較好地完成了設置、獲取、記錄實時的日歷時鐘信息并通過 LED 顯示或 LCD 顯示。掉電后DS1302會轉(zhuǎn)用后備電池供電，在次上電后，時鐘顯示為當前時間。證明了能夠進行長時間的記錄，并且存儲的時間信息在掉電情況下能長期保存。實驗結(jié)論：硬件設計中對于單片機最終選擇了AT89C51，它是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。單片機是很容易受干擾的控制器，當

23、采用外部晶振時，應盡量讓其靠近單片機減少對其干擾，防止程序亂飛現(xiàn)象。同時還可以采用隔離等方式減少干擾。軟件設計中要完成鍵值處理，定時中斷，延時，鍵盤掃描，顯示等功能。軟件設計是核心部分，具有多樣化，靈活性高，易移植等優(yōu)點，要深深理會各指令的含義才能更加熟練應用，中斷的合理利用可以減少CPU利用資源，具有執(zhí)行效率高等優(yōu)點，本設計用到定時器中斷以減少對CPU的占用，更好的處理其他功能。軟件的設計大部分采用模塊化設計的方法以方便調(diào)試，并使其可讀性大大增強，方便更改和移植。 在這次課程設計中，我熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。我也發(fā)現(xiàn)了一些不足之處，在電路設計中，先仿真后連

24、接實物圖，但有時仿真和電路連接是不完全一致的 ，在實際電路的連接圖中出錯的原因都是界限和芯片的接觸不良以及接線錯誤引起的，因此要學會區(qū)分仿真和電路連接圖間的區(qū)別。 在此次課程設計中，我學會了獨立思考并解決問題以及及時向同學求教不懂之處。我認識到了知識要靈活運用的重要性以及要將知識與實際相結(jié)合的道理。五、參考文摘（相關文摘不少于5篇，記錄每篇文獻的作者姓名.文獻名稱.文獻發(fā)行城市：文獻出版社，出版年；文獻內(nèi)容摘要, 每篇不少于100字）【1】史建芳.智能儀器設計基礎.北京：電子工業(yè)出版社，2007.摘要：靜態(tài)顯示方式是指顯示器顯示某一字符時，相應段的發(fā)光二極管恒定導通或截止使顯示字符的字段連續(xù)發(fā)

25、光。在靜態(tài)顯示方式中每位數(shù)碼管都應有各自的驅(qū)動器件；為了便于程序控制在選擇LED驅(qū)動器件時。往往選擇帶鎖存功能器件，用于鎖存各自待顯示數(shù)碼。因此，靜態(tài)顯示系統(tǒng)在每一次顯示輸出后能夠保持顯示不變。僅在待顯示數(shù)碼需要改變時，才更新其數(shù)字顯示器中鎖存的內(nèi)容。這種顯示方式的優(yōu)點是亮度高，控制程序簡單，顯示穩(wěn)定可靠?！?】李群芳，張士軍，黃建.單片微型計算機與接口技術（第三版）.北京：電子工業(yè)出版社.2008.摘要：從硬件連接方式看，鍵盤通?？煞譃楠毩⑹芥I盤和矩陣式鍵盤兩類。所謂獨立式鍵盤是指各按鍵相互獨立，每個按鍵分別于單片機的I/O口或外擴I/O芯片的一根輸入線項鏈，通常每根輸入線上按鍵的工作狀態(tài)不會影響其他輸入線的工作狀態(tài)。通過檢測輸入線的電平就可很容易判斷哪個按鍵被按下。獨立式鍵盤電路配置靈活，軟件簡單，但在按鍵數(shù)較多時，會占用大量的輸入口線