單片機畢業(yè)設(shè)計論文

晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院課題名稱：單片機設(shè)計日歷和時鐘院系：機電工程系班級：1202班姓名：李善惠學(xué)號：年12月27日摘要:本設(shè)計是基于51系列的單片機進行的實時日歷和時鐘顯示設(shè)計，可以顯示年月日時分秒及周信息，具有可調(diào)整日期和時間功能。在設(shè)計的同步對單片機的理論基礎(chǔ)和外圍擴展知識進行了比較全面準(zhǔn)備。實時日歷和時鐘顯示的設(shè)計過程在硬件與軟件方面進行同步設(shè)計。硬件部分重要由AT89S52單片機，LED顯示電路，以及調(diào)時按鍵電路等構(gòu)成，系統(tǒng)通過LED顯示數(shù)據(jù)，因此具有人性化的操作和直觀的顯示效果。軟件方面重要包括時鐘程序、鍵盤程序，顯示程序等。本系統(tǒng)以單片機的匯編語言進行軟件設(shè)計，為了便于擴展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化構(gòu)造，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系愈加簡潔明了，以便更簡樸地實現(xiàn)調(diào)整時間及日期顯示功能。所有程序編寫完畢后，在wave軟件中進行調(diào)試，確定沒有問題后，在Proteus軟件中嵌入單片機內(nèi)進行仿真。關(guān)鍵詞：AT89S52；DS1302；LED目錄1概述 12設(shè)計方案論證 12.1功能規(guī)定 12.2方案確定 22.2.1單片機芯片的選擇方案和論證 22.2.2顯示模塊選擇方案和論證 22.2.3時鐘芯片的選擇方案和論證 32.2.4電路設(shè)計最終方案確定 33硬件設(shè)計 33.1電路設(shè)計框圖 33.2系統(tǒng)概述 43.3電源設(shè)計 43.4單片機的復(fù)位電路 43.5單片機系統(tǒng)的晶振電路 53.6主電路設(shè)計 54軟件設(shè)計 64.1主程序設(shè)計 74.2日歷時鐘子程序設(shè)計 84.3顯示子程序設(shè)計 9參照文獻 10-1概述在日新月異的二十一世紀(jì)里，家用電子產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展。許多家電設(shè)備都趨于人性化、智能化，這些電器設(shè)備大部分都具有CPU控制器或者是單片機。單片機以其高可靠性、高性價比、低電壓、低功耗等一系列長處，近幾年得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、通訊設(shè)備、平常消費類產(chǎn)品和玩具等。并且已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)以及人民生活的各個方面，如車間流水線控制、自動化系統(tǒng)等、智能型家用電器（冰箱、空調(diào)、彩電）等。用單片機來控制的小型家電產(chǎn)品具有便攜實用，操作簡樸的特點。時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，但伴隨時間的推移，科學(xué)技術(shù)的不停發(fā)展，人們對時間計量的精度規(guī)定越來越高，應(yīng)用越來越廣。怎樣讓時鐘更好的為人民服務(wù)，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就規(guī)定人們不停設(shè)計出新型時鐘。本文設(shè)計的日歷和時鐘的顯示廣泛用于小型智能家用電子產(chǎn)品，如電子鐘。運用單片機進行控制，實時時鐘芯片DS1302進行記時，外加掉電存儲電路和顯示電路，可實現(xiàn)時間的調(diào)整和顯示。電子鐘既可廣泛應(yīng)用于家庭,也可應(yīng)用于銀行、郵電、賓館、醫(yī)院、學(xué)校、企業(yè)、商店等有關(guān)行業(yè)的大廳，以及單位會議室、門衛(wèi)等場所。因而，此設(shè)計具有相稱重要的現(xiàn)實意義和實用價值。2設(shè)計方案論證2.1功能規(guī)定1、能顯示年、月、日、時、分、秒、星期2、能對時間進行手動修正3、采用24小時制4、使用LED顯示時間參數(shù)5、上電后，電子鐘顯示“1月1日”“1時1分1秒星期1”對時，分，秒，日，月，年高位為0時做消隱處理，只顯示單個數(shù)字以增強其可讀性。2.2方案確定2.2.1單片機芯片的選擇方案和論證方案一:采用89C51芯片作為硬件關(guān)鍵，采用FlashROM，內(nèi)部具有4KBROM存儲空間,能于3V的超低壓工作,并且與MCS-51系列單片機完全兼容,不過運用于電路設(shè)計中時由于不具有ISP在線編程技術(shù),當(dāng)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導(dǎo)致一定的損壞。方案二:采用AT89S52,片內(nèi)ROM全都采用FlashROM；能以3V的超底壓工作；同步也與MCS-51系列單片機完全該芯片內(nèi)部存儲器為8KBROM存儲空間，同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)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，不需要對芯片多次拔插，因此不會對芯片導(dǎo)致?lián)p壞。因此選擇采用AT89S52作為主控制系統(tǒng).2.2.2顯示模塊選擇方案和論證方案一：采用LED液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,不過價格昂貴,需要的接口線多,因此在此設(shè)計中不采用LED液晶顯示屏。方案二：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)光二極管構(gòu)成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太揮霍,且價格也相對較高,因此也不用此種作為顯示。方案三：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,并且采用動態(tài)掃描法與單片機連接時,占用的單片機口線少。因此采用了LED數(shù)碼管作為顯示。2.2.3時鐘芯片的選擇方案和論證方案一：直接采用單片機定期計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)省成本，不過，實現(xiàn)的時間誤差較大。因此不采用此方案。方案二：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、年以及閏年賠償?shù)哪赀M行計數(shù)，并且精度高,位的RAM做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓2.5V～5.5V范圍內(nèi)，2.5V時耗電不不小于300nA.2.2.4電路設(shè)計最終方案確定綜上各方案所述,對本次作品的方案選定:以單片機AT89S52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，并用鍵盤來完畢對目前時間的調(diào)整。3硬件設(shè)計3.1電路設(shè)計框圖AT89S52AT89S52主控制模塊DS1302時鐘模塊LED數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示模塊鍵盤模塊復(fù)位電路時鐘電路圖3-13.2系統(tǒng)概述本電路是由AT89S52單片機為控制關(guān)鍵，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，它是一種高性能、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，具有閏年賠償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多種字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一種31*8的用于臨時性寄存數(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，同步具有掉電自動保留功能；顯示部份由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。硬件的構(gòu)造和可靠性直接影響著整個系統(tǒng)的可靠性，因此合理的安排電路能提高電子產(chǎn)品的性能。3.3電源設(shè)計在這里因設(shè)計分工和側(cè)重點不一樣，電源模塊用通用的5v變壓器。3.4單片機的復(fù)位電路圖3-2手動復(fù)位電路在系統(tǒng)運行的過程中，有時也許對系統(tǒng)需要進行復(fù)位，為了防止對硬件系統(tǒng)常常加電和斷電導(dǎo)致的損害，設(shè)計了手動的復(fù)位電路。如圖4-2所示。這種電路的設(shè)計，在系統(tǒng)的運行過程中需要復(fù)位時，只需使開關(guān)閉合，在RST端就會出現(xiàn)一定期間的高電平信號，從而使單片機實現(xiàn)復(fù)位。3.5單片機系統(tǒng)的晶振電路單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能進行工作。MCS-51系列單片機內(nèi)部均有一種時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號送到單片機的內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度。圖4-3就是內(nèi)部時鐘工作方式的電路圖，這是一種常用的方式。這種方式是外界振蕩源，本設(shè)計就采用這種外接晶振的措施。電路中的兩個電容的作用有兩個：一是協(xié)助振蕩器起振（C1C2的值大，起振的速度慢；反之，速度快。）；二是對振蕩器的頻率起到微調(diào)的作用（C1C2的值大，頻率略有減少，反之，頻率略有提高）。C1C2的值采用30pF。圖3-3單片機內(nèi)部晶振電路連接圖3.6主電路設(shè)計主電路的功能是完畢年、月、日、星期、時、分、秒之間的轉(zhuǎn)換，再送往LED顯示，并且接受鍵盤操作，對日期和時間進行校正。電路原理圖如圖4-4所示，顯示部分用P0口做為輸出數(shù)據(jù)接到LED數(shù)碼管a到h，并接74ls244做為各段的驅(qū)動（為了簡化電路圖在此用了8個上拉電阻替代74ls244）。用P3口的低3位接譯碼器的A0,A1,A2端，用P3.3,P3.4,P3.5分別接譯碼器的使能端，通過控制P3口來控制LED的動態(tài)掃描。單片機的18和19引腳接12MHZ的晶振，并接兩個22PF的電容同步接地，單片機復(fù)位端接一極性電容并連接到電源處，在極性電容的負極接一10K的電阻，并連接至地做為放電用。本設(shè)計用到四個獨立式鍵盤分別接到P1口的低4位，用P1口的P1.4,P1.5,P1.6接日歷時鐘的使能端和時鐘端及數(shù)據(jù)輸入輸出口，并在日歷時鐘上接一32.768KHZ的晶振，并接兩個22PF的電容終端和地相連，各芯片的電源部分分別接到有開關(guān)式電源產(chǎn)生的＋5V電源上，芯片的接地端都接在公共地上，在這里接電源部分就不再一一詳述。設(shè)計采用動態(tài)顯示，輪番掃描各個LED使之顯示對應(yīng)的數(shù)型碼，當(dāng)掃描頻率不小于人眼所能識別的頻率時就看不到閃爍現(xiàn)象。動態(tài)顯示的亮度不如靜態(tài)顯示，但靜態(tài)顯示占用的I/O口資源較多，往往用移位寄存器74LS164等來擴充其I/O口局限性的狀況，當(dāng)顯示位數(shù)較多時，這樣勢必增長硬件開銷，增大成本，不利于開闊市場。本設(shè)計的突出之處在于硬件電路簡樸，大大減少了硬件開銷，這樣又勢必增長了軟件開發(fā)的難度，但減少了成本有助于市場的開闊。圖3-4電路原理圖4軟件設(shè)計軟件的設(shè)計是設(shè)計控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。其任務(wù)是在整體設(shè)計和硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，確定程序構(gòu)造，分派內(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(shè)計，最終連接起來成為一種完整應(yīng)用程序，與硬件相結(jié)合完畢對應(yīng)功能。4.1主程序設(shè)計主程序才用模塊化設(shè)計，流程圖如圖5-1所示。從上面主程序看出，主程序的構(gòu)成是通過度別調(diào)用各子程序構(gòu)成總體系統(tǒng)功能，能很直觀的看出主程序所要完畢的功能，首先是初始化各模塊，之后調(diào)用鍵盤完畢時間的調(diào)整，調(diào)用日歷子程序完畢日歷時鐘的初始化和時間數(shù)據(jù)的讀寫，調(diào)用顯示子程序顯示數(shù)據(jù)，最終又轉(zhuǎn)到鍵盤程序來回循環(huán)。初始化部分重要有初始化定期器部分和和某些寄存器、標(biāo)志位、初始化時間等。對定期器T0初始化時，首先置初值，CPU開中斷，定期器T0開中斷，并且開始計數(shù)，而對定期器T1初始化時，首先置初值，定期器T1關(guān)中斷，并且停止計數(shù)，只有收到命令時才能產(chǎn)生中斷。開始初始化T0并開中斷開始初始化T0并開中斷初始化T1并關(guān)中斷寄存器初始化標(biāo)志位初始化初始化時間調(diào)鍵盤子程序調(diào)日歷子程序調(diào)顯示子程序結(jié)束標(biāo)志位初始化是對時間調(diào)整時判斷是調(diào)分還是調(diào)時等而專設(shè)的位標(biāo)志，初始化過程中標(biāo)志位所有置0，即開始時是處在顯示狀態(tài)，而不是調(diào)整狀態(tài)，這一點在程序中相稱明了。初始化時間是開機時顯示的時間，并通過調(diào)用日歷時鐘的寫程序來完畢時間的置初值。上圖為圖4-1程序流程圖4.2日歷時鐘子程序設(shè)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(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳播都是從主機啟動寫時序開始，假如規(guī)定單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)，在讀寫時要嚴(yán)格遵從其讀寫時序，否則讀寫將會失效。當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，容許對DS1302進行操作。假如在傳送過程中RST置為低電平，則會終止本次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc≥2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平，這一點我們要一定注意。當(dāng)RST置為高電平時，在串行時鐘的SCLK的上升沿，DS1302從I/O端口讀入一位數(shù)據(jù)，8個串行時鐘脈沖就可以讀入一字節(jié)的數(shù)據(jù)。在串行時鐘的下降沿，DS1302向I/O端口輸出一位數(shù)據(jù)，8個串行時鐘脈沖就可以輸出一字節(jié)的數(shù)據(jù)。顯示子程序設(shè)計電子產(chǎn)品與否實用其中顯示占了很重要的地位，諸多數(shù)人都渴求用視覺效果好，范圍廣，直觀明了，LED符合以上的規(guī)定，但對應(yīng)的硬件設(shè)計相對復(fù)雜。RST置1RST置1開始發(fā)送1位命令碼命令碼8位送完？寫一位數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寫完？RST置0（a）時鐘寫結(jié)束開始RST置1發(fā)送1位命令碼命令碼8位送完？讀一位數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)讀完？RST置0結(jié)束（b）時鐘讀圖4-2日歷時鐘的寫和讀NYYYYNNN4.3顯示子程序設(shè)計本設(shè)計的顯示部分具有消隱和閃爍功能，當(dāng)時分秒等高位為0時顯示消隱，此時在讀時間時愈加明了，但低位不能顯示消隱。閃爍功能也是本設(shè)計的一種難點，本設(shè)計采用8個位標(biāo)志位，其中一種標(biāo)志位通過用定期器0產(chǎn)生一種周期大概為每秒1.5次，使閃爍時效果到達最佳。此時定期器采用定期中斷的工作方式，這樣可以充足運用CPU資源。此外7個標(biāo)志位是時分秒等的位標(biāo)志位，當(dāng)秒標(biāo)志位置1時即秒開閃爍，與用中斷產(chǎn)生的標(biāo)志位相結(jié)合，即在一種周期內(nèi)為0時此時消隱為1時