單片機課程設計萬年歷

年4月19日單片機課程設計萬年歷文檔僅供參考，不當之處，請聯(lián)系改正。鄭州輕工業(yè)學院軟件學院單片機與接口技術(shù)課程設計總結(jié)報告設計題目:電子萬年歷學生姓名:系別：專業(yè)：班級：學號：指導教師：12月16日

設計題目：電子萬年歷設計任務與要求：1、顯示年月日時分秒及星期信息2、具有可調(diào)整日期和時間功能3、增加閏年計算功能方案比較：方案一：系統(tǒng)分為主控制器模塊、顯示模塊、按鍵開關(guān)模塊，主控制模塊采用AT89C52單片機為控制中心，顯示模塊采用普通的共陰LED數(shù)碼管，鍵輸入采用中斷實現(xiàn)功能調(diào)整，計時使用AT89C52單片機自帶的定時器功能，實現(xiàn)對時間、日期的操作，經(jīng)過按鍵盤開關(guān)實現(xiàn)對時間、日期的調(diào)整。方案二：系統(tǒng)分為主控模塊、時鐘電路模塊、按鍵掃描模塊，LCD顯示模塊，電源電路、復位電路、晶振電路等模塊。主控模塊采用AT89C52單片機，按鍵模塊用四個按鍵，用于調(diào)整時間，顯示模塊采用LCD1602，時鐘電路模塊采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)對時間、日期的操作。兩個方案工作原理大致相同，只有顯示模塊和時鐘電路不同。LED數(shù)碼管價格適中，對于數(shù)字顯示效果較好，而且使用單片機的端口也較少；LCD1602液晶顯示屏，顯示功能強大，能夠顯示大量文字、圖形，顯示多樣性，清晰可見，價格相對LED數(shù)碼管來說要昂貴些，可是基于本設計顯示的東西較多，若采用LED數(shù)碼管的話，所需數(shù)碼管較多，而且不利于控制，因此選擇LCD1602作為顯示模塊。DS1302是一款高性能的實時時鐘芯片，以計時準確、接口簡單、使用方便、工作電壓范圍寬和低功耗等優(yōu)點，得到廣泛的應用，實時時鐘有秒、分、時、星期、日、月和年，月小于31天時能夠自動調(diào)整，并具有閏年補償功能，而且在掉電時能夠在外部紐扣電池的供電下繼續(xù)工作。單片機有定時器的功能，但時間誤差較大，且需要編寫時鐘程序，因此采用DS1302作為時鐘電路。對比以上方案，結(jié)合設計技術(shù)指標與要求我們選擇了方案二進行設計。邏輯總框圖:該電子萬年歷的總體設計框圖如圖(1)所示。設計所需的元件：元件名稱 型號 數(shù)量/個單片機 AT89C52 1時鐘芯片 DS1302 1晶振 12MHz 1晶振 32.768kHz 1電容 30pF 2電容 22uF 1按鍵開關(guān) 4電阻 10K 9滑動變阻器 1K 1電池 1.5V 4LCD LCD1602 1電源Vcc +5V 1導線 若干單元電路設計：1、主控制系統(tǒng)單片機中央處理系統(tǒng)的方案設計，選用AT89C52單片機作為中央處理器，如圖（2）所示。該單片機除了擁有MCS-51系列單片機的所有優(yōu)點外，內(nèi)部還具有8K的在系統(tǒng)可編程FLASH存儲器，低功耗的空閑和掉電模式，極大的降低了電路的功耗，還包含了定時器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等硬件，其硬件能符合整個控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其它存儲器芯片和定時器件，方便地構(gòu)成一個最小系統(tǒng)。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強，性價比高。2、時鐘振蕩電路時鐘振蕩電路圖（3）所示，時鐘振蕩電路用于產(chǎn)生單片機正常工作時所需要的時鐘信號，電路由兩個30pF的瓷片電容和一個12MHz的晶振組成，并接入到單片機的XTAL1和XTAL2引腳處，使單片機工作于內(nèi)部振蕩模式。此電路在加電后延遲大約10ms振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率決定。電路中兩個電容C1、C2的作用使電路快速起振，提高電路的運行速度。圖（3）時鐘振蕩電路圖圖（4）復位電路3、復位電路復位電路由電阻和極性電容組成，如圖(4)所示，經(jīng)過高電平使單片機復位，在時鐘電路開始工作后，當高電平的時間超過大約2us時，即可實現(xiàn)復位。此復位電路為上電復位，較為簡單。若改進能夠添加手動復位的功能，上電復位發(fā)生在開機加電時，由系統(tǒng)自動完成，手動復位經(jīng)過一個按鍵來實現(xiàn)，在程序運行時，若遇到死機，死循環(huán)或程序“跑飛”等情況，經(jīng)過手動復位就能夠?qū)崿F(xiàn)重新啟動的操作。手動按鈕復位需要人為在復位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕和一個電阻。4、DS1302時鐘電路時鐘電路主要由時鐘芯片DS1302、備用電池、晶振等幾部分組成，如圖(6)所示。DS1302采用3線串行接口，占用引腳少，內(nèi)部集成了可編程日歷時鐘，用戶能夠根據(jù)需要經(jīng)過單片機的控制來自行設置，支持雙電源供電，能夠使用外部主電源和備用電源，備份電源能夠使時鐘芯片繼續(xù)工作。圖（5）DS1302管腳圖圖（6）DS1302時鐘電路DS1302各引腳的功能為：8:Vcc1：備用電池端；1:Vcc2：5V電源。當Vcc2>Vcc1+0.2V時，由Vcc2向DS1302供電，當Vcc2<Vcc1時，由Vcc1向DS1302供電；7:SCLK：串行時鐘，輸入；

6:I/O：數(shù)據(jù)輸入輸出口；5:CE/RST：復位腳；2、3:X1、X2是外接晶振腳（32.768KHZ的晶振）；4:地（GND）。DS1302有關(guān)日歷、時間的寄存器：圖（7）DS1302有關(guān)日歷、時間的寄存器1、秒寄存器（81h、80h）的位7定義為時鐘暫停標志（CH）。當初始上電時該位置為1，時鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；只有將秒寄器的該位置改寫為0時，時鐘才能開始運行。2、小時寄存器（85h、84h）的位7用于定義DS1302是運行于12小時模式還是24小時模式。當為高時，選擇12小時模式。在12小時模式時，位5是，當為1時，表示PM。在24小時模式時，位5是第二個10小時位3、控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是寫保護位（WP），其它7位均置為0。在對任何的時鐘和RAM的寫操作之前，WP位必須為0。當WP位為1時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。也就是說在電路上電的初始態(tài)WP是1，這時是不能改寫上面任何一個時間寄存器的，只有首先將WP改寫為0，才能進行其它寄存器的寫操作。DS1302讀寫時序DS1302是SPI總線驅(qū)動方式。它不但要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應寄存器的數(shù)據(jù)。DS1302的控制字如圖（8）：圖（8）DS1302的控制字圖控制字的最高有效位（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，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5至位1（A4～A0）：指示操作單元的地址；位0（最低有效位）：如為0，表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作。讀數(shù)據(jù)：讀數(shù)據(jù)時在緊跟8位的控制字指令后的下一個SCLK脈沖的下降沿，讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)是從最低位到最高位。寫數(shù)據(jù)：控制字總是從最低位開始輸出。在控制字指令輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入也是從最低位（0位）開始。5、按鍵電路按鍵電路由四個輕觸開關(guān)組成，如圖(9)所示。按鍵用來調(diào)整時間，其一端直接接到單片機的端口，另一端接地，當按下按鍵時，相應的端口變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過一個與門只要這四個按鍵有一個按下就會在P3.2檢測到一低電平就觸發(fā)外部中斷0進入按鍵調(diào)節(jié)程序中，經(jīng)過與個各鍵相連的端口P3.4_P3.7能夠判斷是哪個鍵按下，從而作相應的操作。圖(9)按鍵電路6、顯示電路1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都能夠顯示一個字符。顯示電路采用LCD1602液晶顯示，如圖(10)所示，圖中只畫出了其相應的接口，3腳用于調(diào)節(jié)LCD1602的背光,4、5、6為LCD1602的控制口，用于控制其寫入或是讀出指令，7至14腳為LCD1602的數(shù)據(jù)口，將數(shù)傳送到LCD1602中。圖(10)LCD1602顯示電路LCD1602的特性+5V電壓，對比度可調(diào)；內(nèi)含復位電路；提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能；有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM；內(nèi)建有160個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM,8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM；基本操作時序：讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=H，E=H；輸出：DB0～DB7=狀態(tài)字；寫指令：輸入：RS=L，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=指令碼；輸出：無。讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=H，E=H；輸出：DB0～DB7=數(shù)據(jù)；寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=數(shù)據(jù)；輸出：無。LCD1602的各種指令不再一一說明。流程圖與軟件設計：1、程序流程圖主程序首先初始化定時器、LCD1602及DS1302，然后就開始查詢按鍵，有鍵按下則開始調(diào)整時間和日期，若沒有按下，則執(zhí)行下面的時間、日期的顯示，最后依次循環(huán)這些相同的操作，相應流程圖如圖（11）所示：圖（12）程序流程圖按鍵的檢測是經(jīng)過中斷的辦法來實現(xiàn)，利用按鍵進行間調(diào)整。K1按下則開始設置時間及日期，同時在第一行最右端顯示被選擇的對象，第一次按下K1時，設置年份，若按下K3，則是減1操作，按下K2是加1操作，設置好年后，第二次按下K1時，則是設置月份，按K3減，按K2則加1，依次循環(huán)下去，則能夠?qū)r間和日期設置完畢，K4是確定鍵，設置好按下即可保存設置了。2、軟件設計軟件總設計：主程序首先對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器T0工作模式為16位定時/計數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA，并對鍵盤端口置位，再對LCD1602初始化，DS1302初始化。接著掃描鍵盤，在鍵盤程序里面是對時間、日期及鬧鐘的調(diào)整，最下面是時間的顯示。軟件程序編寫：軟件程序編寫的好壞直接影響著系統(tǒng)運行情況的良好。因本程序涉及的模塊較多，因此程序編寫也采用模塊化設計，C語言具有編寫靈活、移植方便、便于模塊化設計的特點，因此本系統(tǒng)的軟件采用C51編寫。具體程序見附件一：程序3、軟件調(diào)試在軟件調(diào)試過程中，當調(diào)節(jié)時間和日期后，單片機上電后更新的是PC的時間，后來查找資料發(fā)現(xiàn)，是設置ds1302的問題，對于開發(fā)板上的液晶一般RW都接的地，故不需要讀液晶狀態(tài)，也不需要讀忙，但在仿真中還是加上了這一部分。還有一個問題，在按鍵操作時有時會出現(xiàn)功能不穩(wěn)定，這是由于按鍵存在抖動，因此后來加個去抖動的延時后在判斷，基本就能夠解決問題，整體電路與仿真結(jié)果分析:電子萬年歷硬件電路圖及仿真如圖（13）所示，系統(tǒng)由AT89C52單片機，按鍵掃描電路、顯示電路、時鐘電路、晶振電路、復位電路及電源指示電路。仿真正確顯示了時間，在LCD1602中正確顯示了當前日期、時間，經(jīng)過按按鍵K1,就能夠開始設置時間,依次按K1依次在年、月、日、時、分之間切換，，按K2鍵用于加1操作,K3鍵用于減1操作，K4是確定按鈕。仿真正確顯示了時間和日期，符合設計的要求。圖（13）電子萬年歷硬件電路圖結(jié)論與心得：在這學期的課程序設計中，收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，經(jīng)過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不但培養(yǎng)了獨立思考、動手制作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在課程序設計里，我們學會了很多學習的方法，知道了理論和實踐的巨大差別。而這是以后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。同時在與老師和同學的交流過程中，互動學習，將知識融會貫通。經(jīng)過自己的努力，做出了一個萬年歷，對以后的學習是一個莫大的鼓舞，激起了我的學習興趣和開發(fā)創(chuàng)新思維。參考文獻圖書類：[1]張毅坤陳善久，單片微型計算機原理及應用西安電子科技大學出版社[2]張毅剛，，彭喜元，單片機原理與應用設計電子工業(yè)出版社[3]趙建領(lǐng)薛園園，零基礎(chǔ)學單片機C語言程序設計機械工業(yè)出版社[4]周向紅51單片機課程設計華中科技大學出版社,[5]郭天祥51單片機C語言教程-入門,提高,開發(fā),拓展全攻略,電子工業(yè)出版社[6]趙亮侯國銳.單片機C語言編程與實例人民郵電出版社附實驗源程序：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include<string.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitIO=P1^0; //DS1302數(shù)據(jù)線sbitSCLK=P1^1; //DS130時鐘線sbitRST=P1^2; //DS1302復位線sbitRS=P2^0; //LCD數(shù)據(jù)/命令選擇端sbitRW=P2^1; //LCD讀/寫控制sbitEN=P2^2; //LCD使能端sbitK1=P3^4; //選擇sbitK2=P3^5; //加sbitK3=P3^6; //減sbitK4=P3^7; //確定uchartCount=0;ucharMonthsDays[]={0,31,0,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};uchar*WEEK[]={"SUN","MON","TUS","WEN","THU","FRI","SAT"};ucharLCD_DSY_BUFFER1[]={"DATE00-00-00"};//顯示格式ucharLCD_DSY_BUFFER2[]={"TIME00:00:00"};ucharDateTime[7]; //所讀取的日期時間charAdjust_Index=-1;//當前調(diào)節(jié)的時間對象：，，分，是，日，月，年（1,2,3,4,6）ucharChange_Flag[]="-MHDM-Y"; //（分，時，日，月，年）（不調(diào)節(jié)秒與周）/*延時程序*/voidDelayMS(uintms){ uchari; while(ms--){for(i=0;i<120;i++);}}//向DS1302寫入一字節(jié)//voidWrite_A_Byte_TO_DS1302(ucharx){ uchari; for(i=0;i<8;i++){ IO=x&0x01; //每一位與1與存入IO中 SCLK=1;SCLK=0; //一個高脈沖將數(shù)據(jù)送入液晶控制器 x>>=1; //右移 }}//從DS1302讀取一字節(jié)//ucharGet_A_Byte_FROM_DS1302(){ uchari,b=0x00; for(i=0;i<8;i++){ b|=_crol_((uchar)IO,i); SCLK=1;SCLK=0; //每一個高脈沖讀取一位數(shù)據(jù) } returnb/16*10+b%16;//返回BCD碼}//從DS1302指定位置讀數(shù)據(jù)//ucharRead_Data(ucharaddr){ uchardat; RST=0;SCLK=0;RST=1; //RST高電平時讀/寫 Write_A_Byte_TO_DS1302(addr); //先寫入地址 dat=Get_A_Byte_FROM_DS1302(); SCLK=1;RST=0; returndat;}//向DS1302某地址寫入數(shù)據(jù)//voidWrite_DS1302(ucharaddr,uchardat){ SCLK=0;RST=1; Write_A_Byte_TO_DS1302(addr); Write_A_Byte_TO_DS1302(dat); SCLK=0;RST=0; //高脈沖寫入數(shù)據(jù)}//設置時間//voidSET_DS1302(){ uchari; //寫控制字，取消寫保護 Write_DS1302(0x8E,0x00); //分時日月年依次寫入 for(i=1;i<7;i++) {//分的起始地址10000010（0x82),后面依次是時，日，月，周，年，寫入地址每次遞增2 Write_DS1302(0x80+2*i,(DateTime[i]/10<<4)|(DateTime[i]%10)); } Write_DS1302(0x8E,0x80);//加保護}//讀取當前日期時間//voidGetTime(){uchari; for(i=0;i<7;i++){ DateTime[i]=Read_Data(0X81+2*i);}}//讀LCD狀態(tài)//ucharRead_LCD_State(){ ucharstate; RS=0;RW=1;EN=1; //輸出：D0~D7=狀態(tài)字 DelayMS(1); state=P0; //從P0口讀LCD狀態(tài) EN=0;DelayMS(1); returnstate;}//忙等待//voidLCD_Busy_Wait(){ while((Read_LCD_State()&0x80)==0x80); DelayMS(5);} //向LCD寫數(shù)據(jù)//voidWrite_LCD_Data(uchardat){ LCD_Busy_Wait(); RS=1;EN=0;RW=0; //寫數(shù)據(jù)，EN為高脈沖， P0=dat;EN=1;DelayMS(1);EN=0; }//寫LCD指令//voidWrite_LCD_Command(ucharcmd){ LCD_Busy_Wait(); RS=0;EN=0; RW=0;//寫指令，EN高脈沖，輸出：D0~D7=數(shù)據(jù) P0=cmd;EN=1;DelayMS(1);EN=0; }//LCD初始化//voidInit_LCD(){ Write_LCD_Command(0x38);//設置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)接口 DelayMS(1); Write_LCD_Command(0x01);//顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零 DelayMS(1); Write_LCD_Command(0x06);//寫一個字符后地址指針自動加1 DelayMS(1); Write_LCD_Command(0x0c);//設置開顯示，不顯示光標 DelayMS(1); }////設置液晶顯示位置//voidSet_LCD_POS(ucharp){ Write_LCD_Command(p|0x80);//相當于在0x80基礎(chǔ)上加入位置量 }//在LCD上顯示字符串//voidDisplay_LCD_String(ucharp,uchar*s){ uchari; Set_LCD_POS(p); for(i=0;i<16;i++) { Write_LCD_Data(s[i]);//在固定位置顯示時間日期 DelayMS(1); }}//日期與時間值轉(zhuǎn)換為數(shù)字字符//voidFormat_DateTime(uchard,uchar*a){ a[0]=d/10+'0'; a[1]=d%10+'0';}//判斷是否為閏年ucharisLeapYear(uinty){ return(y%4==0&&y%100!=0)||(y%400==0);}//求自.1.1開始的任何一天是星期幾//函數(shù)沒有經(jīng)過，求出總天數(shù)后再求星期幾//因為求總天數(shù)可能會超出uint的范圍voidRefreshWeekDay(){ uinti,d,w=5; //已知1999.12.31是周五 for(i=;i<+DateTime[6];i++) { d=isLeapYear(i)?366:365; w=(w+d)%7; } d=0; for(i=1;i<DateTime[4];i++) { d+=MonthsDays[i]; } d+=DateTime[3]; //保存星期，0~6表示星期日，星期一，二，...，六，為了與DS1302的星期格式匹配，返回值需要加1 DateTime[5]=(w+d)%7+1;}//*****年月日時分++/--********//voidDateTime_Adjust(charx){ switch(Adjust_Index) { case6: //年00-99 if(x==1&&DateTime[6]<99)DateTime[6]++; if(x==-1&&DateTime[6]>0)DateTime[6]--; //獲取2月天數(shù) MonthsDays[2]=isLeapYear(+DateTime[6])?29:28; //如果年份變化后當前月份的天數(shù)大于上限則設為上限 if(DateTime[3]>MonthsDays[DateTime[4]]) { DateTime[3]=MonthsDays[DateTime[4]];} RefreshWeekDay();//刷新星期 break; case4: //月01-12 if(x==1&&DateTime[4]<12)DateTime[4]++; if(x==-1&&DateTime[4]>1)DateTime[4]--; MonthsDays[2]=isLeapYear(+DateTime[6])?29:28; if(DateTime[3]>MonthsDays[DateTime[4]]) { DateTime[3]=MonthsDays[DateTime[4]];} RefreshWeekDay(); break; case3: //日00-28、29、30、31，調(diào)節(jié)之前首先根據(jù)年份得出該年中斷二月天數(shù) MonthsDays[2]=isLeapYear(+DateTime[6])?29:28; //根據(jù)當前月份決定調(diào)節(jié)日期的上限 if(x==1&&DateTime[3]<MonthsDays[DateTime[4]])DateTime[3]++; if(x==-1&&DateTime[3]>0)DateTime[3]--; RefreshWeekDay(); break; case2: //時 if(x==1&&DateTime[2]<23)DateTime[2]++; 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