單片機(jī)課程設(shè)計(jì)（論文）_電子萬年歷的設(shè)計(jì)

1、目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296445094 1設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc296445094 h 3 HYPERLINK l _Toc296445095 2方案論證與比照 PAGEREF _Toc296445095 h 3 HYPERLINK l _Toc296445096 液晶顯示器控制方式選擇 PAGEREF _Toc296445096 h 3 HYPERLINK l _Toc296445097 2.2 并行接口動(dòng)態(tài)顯示電路選擇 PAGEREF _Toc296445097 h 3 HYPERLINK l _Toc296445098 2.

2、3 LCD液晶顯示器的接口方法選擇 PAGEREF _Toc296445098 h 4 HYPERLINK l _Toc296445099 液晶顯示器限流電阻選擇 PAGEREF _Toc296445099 h 5 HYPERLINK l _Toc296445100 3系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296445100 h 6 HYPERLINK l _Toc296445101 主控模塊AT89C52 PAGEREF _Toc296445101 h 6 HYPERLINK l _Toc296445102 3.2 顯示模塊電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296445102 h 7

3、HYPERLINK l _Toc296445103 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296445103 h 8 HYPERLINK l _Toc296445104 4.1 系統(tǒng)軟件概述 PAGEREF _Toc296445104 h 8 HYPERLINK l _Toc296445105 4.2 主要子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296445105 h 9 HYPERLINK l _Toc296445106 4.2.1 時(shí)鐘中斷效勞子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296445106 h 9 HYPERLINK l _Toc296445107 時(shí)間調(diào)整子程序設(shè)計(jì) PAGEREF

4、 _Toc296445107 h 10 HYPERLINK l _Toc296445108 4.2.3 判斷閏年子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296445108 h 10 HYPERLINK l _Toc296445110 4.2.4 精度分析分析與計(jì)算 PAGEREF _Toc296445110 h 11 HYPERLINK l _Toc296445111 4.2.5 第一次初值的設(shè)置 PAGEREF _Toc296445111 h 11 HYPERLINK l _Toc296445112 4.2.6 重載初值的方法 PAGEREF _Toc296445112 h 11 HYPERLI

5、NK l _Toc296445113 5系統(tǒng)仿真與測試 PAGEREF _Toc296445113 h 12 HYPERLINK l _Toc296445114 5.1 系統(tǒng)仿真 PAGEREF _Toc296445114 h 12 HYPERLINK l _Toc296445115 功能測試 PAGEREF _Toc296445115 h 12 HYPERLINK l _Toc296445116 6總結(jié) PAGEREF _Toc296445116 h 13 HYPERLINK l _Toc296445117 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc296445117 h 141設(shè)計(jì)要求本課題以AT

6、89C52單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)并制作出智能LCD電子鐘，具有以下根本功能：能進(jìn)行時(shí)間、年份、日期、星期顯示；能區(qū)分是否閏年；能檢測室溫并顯示。擴(kuò)展功能局部可以通過控制按鍵使時(shí)間暫停、可以調(diào)整校正時(shí)間并通過按鍵切換輪流顯示時(shí)間、年份、日期、星期。2方案論證與比照2.1液晶顯示器控制方式選擇采用LCD液晶顯示，具有超精致影像畫質(zhì)、十足平面顯示、節(jié)省空間、節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)，但按控制方式不同，LCD可分為被動(dòng)矩陣式LCD及主動(dòng)矩陣式LCD兩種?？筛鶕?jù)不同需要采用不同的方式。方案一 被動(dòng)矩陣式LCD被動(dòng)矩陣式LCD在亮度及可視角方面受到較大的限制，反響速度也較慢。由于畫面質(zhì)量方面的問題，使得這種顯示設(shè)備不利

7、于開展為桌面型顯示器，但本錢低廉。方案二 主動(dòng)矩陣式LCD目前應(yīng)用比擬廣泛的主動(dòng)矩陣式LCD，也稱TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶體管LCD)。TFT液晶顯示器是在畫面中的每個(gè)像素內(nèi)建晶體管，可使亮度更明亮、色彩更豐富及更寬廣的可視面積。與CRT顯示器相比，LCD顯示器的平面顯示技術(shù)表達(dá)為較少的零件、占據(jù)較少的桌面及耗電量較小，但CRT技術(shù)較為穩(wěn)定成熟。相比之下，本設(shè)計(jì)當(dāng)中選用方案二主動(dòng)矩陣式LCD方式。2.2 并行接口動(dòng)態(tài)顯示電路選擇可以采取串行接口動(dòng)態(tài)顯示電路或者并行接口動(dòng)態(tài)顯示電路，比擬如下：方案一 串行接口動(dòng)態(tài)顯示電路利用8051系列單片機(jī)內(nèi)部的

8、串行接口，也可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示及鍵盤處理。這樣不但可以節(jié)省8051的并行I/O接口，而且在大多數(shù)不用單行口的情況下，可免于擴(kuò)展接口。在這種方法中，串行口工作在方式0狀態(tài)，相當(dāng)于一個(gè)移位存放器，其輸入/輸出通過RXD引腳，移位脈沖那么由TXD輸出。每次輸入或輸出8位數(shù)據(jù)一個(gè)字節(jié)。每輸出一個(gè)字節(jié)，8051的硬件即自動(dòng)使SCON存放器中的中斷TI置位，通過測試TI的狀態(tài)，即可確定一個(gè)字節(jié)是否發(fā)送完畢。見圖2-1。 圖2-1串行接口動(dòng)態(tài)顯示電路框圖方案二 并行接口動(dòng)態(tài)顯示電路直接用P0口作線選，P2作位選連接數(shù)碼顯示管。見圖2-2圖2-2動(dòng)態(tài)顯示電路框圖方案一中的串行接口動(dòng)態(tài)顯示電路顯示方法有個(gè)很大的缺

9、點(diǎn)，一旦計(jì)算機(jī)不執(zhí)行顯示程序，那么顯示立即停止。如要維持顯示，那么須花費(fèi)計(jì)算機(jī)很多時(shí)間。而且在本次課程設(shè)計(jì)中，我們也有足夠的I/O口，因此，選擇并行接口動(dòng)態(tài)顯示電路較好。2.3 LCD液晶顯示器的接口方法選擇方案一 以硬件為主的LCD顯示接口電路這種接口方法的電路圖見圖2-3，可以看出，在數(shù)據(jù)總線和LCD之間，必須有鎖存器或I/O接口電路，此外，還應(yīng)有專門的譯碼/限流電阻。通過譯碼器把1位十六進(jìn)制或BCD碼譯為相應(yīng)的顯示段碼，然后由限流電阻限制電流防止顯示器因電流過大而燒壞。這種接口方法僅用一條輸出指令，就可以進(jìn)行LCD顯示。但是所使用的硬件電路較多，而硬件譯碼缺乏靈活性，只能顯示十進(jìn)制數(shù)或十

10、六進(jìn)制。圖2-3硬件為主的LED顯示接口電路框圖方案二 以軟件為主的LCD顯示接口電路這種接口方法的電路如圖2-4 ，它以軟件查表代替硬件譯碼的方法，不但省去了譯碼器，而且還能顯示更多的字符，但是電阻限流是必不可少的。本次設(shè)計(jì)采用這種接口電路。圖2-4以軟件為主的LCD顯示接口電路框圖2.4液晶顯示器限流電阻選擇由于LCD的電流參數(shù)較小，為了防止因電流過大而被燒壞，能夠幫助內(nèi)存起到穩(wěn)壓作用，讓內(nèi)存工作更穩(wěn)定，因此必須參加限流電阻。限流電阻有兩種實(shí)現(xiàn)方式，比擬如下：方案一 直接用單個(gè)電阻限流直接用單個(gè)電阻進(jìn)行限流，散熱快，但是既占空間又接線麻煩。方案二 用排阻進(jìn)行限流用多個(gè)電阻排列而成的排阻能減

11、少占用的空間，易于連線。綜上分析，本設(shè)計(jì)采用方案二排阻限流。3系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)經(jīng)上述比擬，本次作品采用以AT89C52為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)板，顯示模塊采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示。經(jīng)過方案論證與比擬，選擇出最優(yōu)方案的系統(tǒng)總體方案框圖如圖3-1所示。按鍵模塊電源時(shí)間調(diào)整模塊顯示模塊溫度顯示星期顯示時(shí)間顯示年份顯示顯示主控模塊圖3-1系統(tǒng)總體方案框圖3.1主控模塊AT89C52主控模塊采用的是AT89C52單片機(jī)芯片。AT89C52是一個(gè)低電壓,高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)8KB ROM全部采用FLASH ROM技術(shù)，晶振時(shí)鐘為12MHz。器件采用ATMEL公司的高密度，肥易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼

12、容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，騙內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。AT89C52是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，有4個(gè)八位的并行雙向I/O端口，分別記作P0、P1、P2、P3。3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線。第31引腳需要接高電位使單片機(jī)選用內(nèi)部程序存儲器。P0-P3為可編成通用輸入輸出引腳，其功能用途由軟件定義。第9引腳是復(fù)位引腳，要接一個(gè)上電手動(dòng)復(fù)位電路；第40腳為電源端VCC，接+5V電源，第20引腳為接地端VSS，通常在VCC和VSS引腳之間接0.1F高頻濾波電容。第18、19腳之間接上一個(gè)12MHz的晶振為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號。主控模塊電

13、路圖見圖3-2。圖3-2AT89C52單片機(jī)芯片3.2 顯示模塊電路設(shè)計(jì)P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4 個(gè)TTL 邏輯門電路。對端口P2 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)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器例如執(zhí)行MOVX DPTR 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)存儲器如執(zhí)行MOVX RI 指令時(shí)，P2 口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位

14、地址和一些控制信號。 P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口， 也即地址/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，對端口P0 寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(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Flash 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。本設(shè)計(jì)中要對時(shí)間、溫度進(jìn)行顯示。單片機(jī)AT89C52的P2口分別接LCD控制屏幕的顯示。而P0口用來顯示信息的輸入，為了防止電流過大而燒壞LCD，所以用排阻RESPACK-8來限流。

15、液晶顯示電路圖見圖3-3。 圖3-3 顯示模塊電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件概述在編程上,首先進(jìn)行了初始化，定義程序的入口地址以及中斷的入口地址,在主程序的開始定義了一組固定單元用來存儲計(jì)數(shù)的分、秒、年、月、日、星期的存儲單元。調(diào)用閏年判斷程序后，進(jìn)入主程序中循環(huán)。在主程序中，對不同的按鍵進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)秒表，時(shí)間調(diào)整、開關(guān)屏設(shè)置等擴(kuò)展功能。時(shí)鐘計(jì)時(shí)利用定時(shí)器T0中斷子程序?qū)崿F(xiàn)，秒表和時(shí)間調(diào)整閃爍程序由定時(shí)器T1的中斷效勞子程序?qū)崿F(xiàn)?？紤]到實(shí)用性,在該電子鐘的時(shí)間調(diào)整時(shí)采用了閃爍，而開關(guān)屏設(shè)置采用了符號標(biāo)志。在自動(dòng)開、關(guān)屏設(shè)置子程序中，另外開辟內(nèi)存單元用來存放開、關(guān)屏設(shè)置時(shí)間，而在另外的子程

16、序中不斷比擬當(dāng)前時(shí)間是否和設(shè)置時(shí)間相等并設(shè)置標(biāo)志位，然后程序中檢測標(biāo)志位，從而實(shí)現(xiàn)開、關(guān)屏操作。系統(tǒng)總體流程圖見圖4-1。圖4-1 系統(tǒng)總體流程圖4.2 主要子程序設(shè)計(jì)顯示完畢后，P2口和P1口復(fù)位，準(zhǔn)備下一輪的顯示。在系統(tǒng)總體流程設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，分模塊對程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要模塊設(shè)計(jì)有時(shí)鐘中斷效勞子程序設(shè)計(jì)、時(shí)間調(diào)整子程序設(shè)計(jì)、判斷閏年子程序設(shè)計(jì)等。各子程序分析如下：4 時(shí)鐘中斷效勞子程序設(shè)計(jì)首先設(shè)定定時(shí)器T0的初值，T0的最大定時(shí)缺乏1s，為便于計(jì)算，取定時(shí)50ms。這樣每50ms中斷1次，中斷20次為1s。50ms的定時(shí)初值的計(jì)算如下：0.05/1/12*106/12)=C350H ,補(bǔ)碼

17、為3CB0H。啟動(dòng)定時(shí)器后，運(yùn)行中斷效勞程序。在中斷效勞程序中，由秒信號來計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)60后向“分進(jìn)位；分計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)60后向“時(shí)進(jìn)位；時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)24后向“日進(jìn)位；日計(jì)數(shù)，日超出當(dāng)月上限后進(jìn)位到“月；月計(jì)數(shù)，當(dāng)月計(jì)數(shù)到達(dá)12后向“年進(jìn)位，在日計(jì)數(shù)程序中，日每增加一天，都對星期進(jìn)行調(diào)整，具體為：假設(shè)上一天不是星期日，那么直接在星期上加一，假設(shè)上一天是星期日，那么當(dāng)前星期變?yōu)樾瞧谝弧?時(shí)間調(diào)整子程序設(shè)計(jì)在主程序中通過按鍵進(jìn)入時(shí)間調(diào)整界面，可實(shí)現(xiàn)年、月、日、星期及時(shí)間的調(diào)整。每次調(diào)整時(shí)，調(diào)用閃爍程序，使相應(yīng)的位閃爍，再通過按鍵進(jìn)行加減調(diào)整。閃爍程序也采用定時(shí)器T1中斷實(shí)現(xiàn)，每次計(jì)時(shí)50ms，中斷

18、6次也就是0.3秒過后，閃爍標(biāo)志位取反，顯示熄滅。在時(shí)間顯示子程序中，單片機(jī)向P0口送段選信號，向P2口送位選信號，數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描方式，位選信號每次左移一位，每次點(diǎn)亮一個(gè)數(shù)碼管，一輪4 判斷閏年子程序設(shè)計(jì)程序中年每加一，那么調(diào)用一次判斷閏年子程序，再通過置標(biāo)志平20H.3，以便于以后的程序識別如在月加一程序中，就需要知道是否是閏年的2月還是平年的2月。判斷閏年子程序的設(shè)計(jì)思想是：不能被4整除的年份不是閏年；能被100整除但不能被400整除的年份不是閏年。閏年判斷流程圖見圖4-2。圖4-2顯示子程序流程圖 精度分析分析與計(jì)算在MCS-51單片機(jī)中，脈沖源是由系統(tǒng)的晶振經(jīng)過12分頻后獲得的，故

19、定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖4周期為：T=12/fosc (1) 第一次初值的設(shè)置根據(jù)(1)式可以分別算出定時(shí)器四種工作方式的最大計(jì)時(shí)時(shí)間。但實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常會有不同定時(shí)值的要求，可以采用預(yù)置數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)。例如，方式1的最大計(jì)數(shù)為65536，現(xiàn)在假設(shè)需要定時(shí)計(jì)數(shù)100，那么我們可以設(shè)預(yù)置數(shù)為65436，讓定時(shí)器經(jīng)過100個(gè)脈沖周期后，就可到達(dá)65536。我們稱定時(shí)器中這種預(yù)置數(shù)為定時(shí)器的第一次初值。下面推導(dǎo)第一次初值設(shè)置的公式。設(shè)定時(shí)器在某種工作方式下計(jì)數(shù)的最大值為M(見表1)，X0為第一次初值，T為(1)式的計(jì)數(shù)周期，t為要求定時(shí)的溢出時(shí)間，那么有： t=(M -X0)*T (2)上式可化為： X0=M

20、 -t/T (3) 重載初值的方法設(shè)置定時(shí)器第一次初值后并啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)器開始計(jì)數(shù)。假設(shè)定時(shí)器中斷處于開放狀態(tài)，當(dāng)定時(shí)器計(jì)滿后，將會引發(fā)定時(shí)中斷(T0中斷入口地址為000BH)，執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序。定時(shí)器只有工作在方式2下方可自動(dòng)重載前次初值，其余三種方式都不能自動(dòng)重載。因此，當(dāng)希望定時(shí)器繼續(xù)定時(shí)，需要在中斷處理程序中重新賦定時(shí)器初值。我們稱這種在中斷處理程序中重新賦定時(shí)器的初值為定時(shí)器的重載初值。在定時(shí)精度要求不高的系統(tǒng)中，定時(shí)器的重載初值可以與第一次的初值相同，即可按(3)式重載。但在定時(shí)精度要求較高的場合，就不能簡單地按(3)式重載。因?yàn)閺亩〞r(shí)器計(jì)滿發(fā)出溢出中斷請求到重載初值，存在

21、一定的時(shí)間間隔，造成定時(shí)的延遲。這個(gè)時(shí)間間隔包含兩局部的延遲，第一是中斷響應(yīng)所需的延遲，包括執(zhí)行轉(zhuǎn)向中斷效勞程序的跳轉(zhuǎn)指令所需要的2個(gè)機(jī)器周期和等待正在執(zhí)行的指令執(zhí)行完畢所需要14個(gè)機(jī)器周期；第二是重載初值所需的延遲，包括從中斷效勞程序第一條指令到重載初值之間所有指令的執(zhí)行機(jī)器周期數(shù)。綜合以上兩個(gè)延遲因素，考慮到計(jì)數(shù)的方便性，我們可以在中斷效勞程序中參加一條定時(shí)器停止計(jì)數(shù)指令，待重載初值后，再參加一條定時(shí)器啟動(dòng)計(jì)數(shù)指令，使定時(shí)器重新計(jì)數(shù)。通過這樣的技術(shù)處理后，以上的延遲時(shí)間等效于兩個(gè)局部，即從定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出后自動(dòng)從0開始計(jì)數(shù)到關(guān)閉定時(shí)器計(jì)數(shù)所消耗的時(shí)間和關(guān)閉定時(shí)器到翻開定時(shí)器所消耗的時(shí)間。前局

22、部時(shí)間可從定時(shí)器讀出，后局部時(shí)間為從關(guān)閉定時(shí)器到翻開定時(shí)器之間所有指令的執(zhí)行時(shí)間。綜上所述，設(shè)Z定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出后自動(dòng)從0開始計(jì)數(shù)到關(guān)閉定時(shí)器計(jì)數(shù)所需要的時(shí)間，Y關(guān)閉定時(shí)器到翻開定時(shí)器所需要的時(shí)間，X1為重載初值，那么： (M -X1+Y+Z)*T=t (4)上式可化為： X1=M-t/T+Y+Z (5)5系統(tǒng)仿真與測試5.1 系統(tǒng)仿真在仿真過程中，軟件運(yùn)用到Wave 6000和Proteus 7.12，先用Wave 6000進(jìn)行編程測試再通過Proteus 7.12進(jìn)行硬件仿真。本單片機(jī)課程設(shè)計(jì)仿真效果如圖5-1。圖5-1 系統(tǒng)仿真效果圖5.2功能測試表1 功能測試計(jì)時(shí)功能LCD能顯示當(dāng)前的時(shí)、分、和秒，具體是時(shí)跟分一起顯示，分跟秒一起顯示，通過按鍵來切換星期顯示功能通過按鍵可以切換到星期顯示的界面，按返回鍵那么重新回到主界面顯示時(shí)間調(diào)整功能通過按鍵可以調(diào)整或設(shè)定年、月、日、星期、時(shí)、分，且能實(shí)現(xiàn)秒的微調(diào)功能室溫檢測并顯示功能通過智能傳感器DS18B20能夠?qū)崿F(xiàn)檢測功能，并通過LCD能完成液晶顯示功能閏年功能能計(jì)時(shí)到萬年，且能自動(dòng)判斷閏年與平年，并實(shí)現(xiàn)正確的計(jì)時(shí)操作經(jīng)過反復(fù)測試，本系統(tǒng)已能到達(dá)設(shè)計(jì)所要求的所有功能。6總結(jié)通過十天的設(shè)計(jì)和調(diào)試，終于完成了設(shè)計(jì)任務(wù)