單片機(jī)課程設(shè)計(jì)(論文）電子萬年歷設(shè)計(jì)

1、電子萬年歷課程設(shè)計(jì)報(bào)告摘要 隨著科技的快速發(fā)展，時(shí)間的流逝,至從觀太陽、擺鐘到現(xiàn)在電子鐘，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀(jì)錄。美國dallas公司推出的具有涓細(xì)電流充電能的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路ds1302。它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，還具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，而且ds1302的使用壽命長，誤差小。對(duì)于數(shù)字電子萬年歷采用直觀的數(shù)字顯示，可以同時(shí)顯示年、月、日、周日、時(shí)、分、秒和溫度等信息，還具有時(shí)間校準(zhǔn)等功能。該電路采用at89s52單片機(jī)作為核心，功耗小，能在3v的低壓工作，電壓可選用35v電壓供電。 綜上所述此萬年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合

2、電子儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。本設(shè)計(jì)是基于51系列的單片機(jī)進(jìn)行的電子萬年歷設(shè)計(jì)，可以顯示年月日時(shí)分秒及周信息，具有可調(diào)整日期和時(shí)間功能。在設(shè)計(jì)的同時(shí)對(duì)單片機(jī)的理論基礎(chǔ)和外圍擴(kuò)展知識(shí)進(jìn)行了比較全面準(zhǔn)備。在硬件與軟件設(shè)計(jì)時(shí)，沒有良好的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)會(huì)受到很大限制，每項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)時(shí)需要那種硬件，程序該如何編寫，算法如何實(shí)現(xiàn)等，沒有一定的基礎(chǔ)就不可能很好的實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)功能：（1） 顯示年月日時(shí)分秒及星期信息（2） 具有可調(diào)整日期和時(shí)間功能（3） 與即時(shí)時(shí)間同步目 錄1方案論證.31.1單片機(jī)芯片的選擇方案和論證.31.2顯示模塊選擇方案和論證.31.3時(shí)鐘芯片的選擇方案和論證.31.

3、4電路設(shè)計(jì)最終方案決定.42系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).52.1電路設(shè)計(jì)框圖.52.2系統(tǒng)硬件概述.52.3主要單元電路的設(shè)計(jì).52.3.1單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì).52.3.2時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì). 62.3.3電路原理及說明.72.3.4顯示模塊的設(shè)計(jì).83系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).93.1程序流程框圖.94測試與結(jié)果分析.114.1硬件測試.114.2軟件測試.114.3測試結(jié)果分析與結(jié)論.114.3.1 測試結(jié)果分析.114.3.2 測試結(jié)論.115prodeus軟件仿真. .125.1proteus isis簡介.125.2proteus運(yùn)行流程.135.3proteus功能仿真.136課程設(shè)計(jì)總結(jié)與體

4、會(huì). .16參考文獻(xiàn).17附錄一：系統(tǒng)電路圖.18附錄二：系統(tǒng)程序.191 方案論證1.1 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證方案一: 采用89c51芯片作為硬件核心，采用flash rom，內(nèi)部具有4kb rom 存儲(chǔ)空間,能于3v的超低壓工作,而且與mcs-51系列單片機(jī)完全兼容,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備isp在線編程技術(shù), 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。方案二: 采用at89s52,片內(nèi)rom全都采用flash rom；能以3v的超底壓工作；同時(shí)也與mcs-51系列單片機(jī)完全該芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器為8kb ro

5、m 存儲(chǔ)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(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對(duì)芯片多次拔插，所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞,所以選擇采用at89s52作為主控制系統(tǒng)。1.2 顯示模塊選擇方案和論證方案一： 采用led數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描,led數(shù)碼管價(jià)格適中,對(duì)于顯示數(shù)字合適,采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí),雖然占用的單片機(jī)口線少，但連線還需要花費(fèi)一點(diǎn)時(shí)間，所以也不用此種作為顯示。方案二： 采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi),且價(jià)格也相對(duì)較高,所以也不用此種作為顯

6、示。方案三： 采用lcd液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,并且我做的最小系統(tǒng)上帶一個(gè)ts1620-1,和at89s52已經(jīng)接好，省了很多麻煩，所以在此設(shè)計(jì)中采用lcd液晶顯示屏。1.3 時(shí)鐘芯片的選擇方案和論證方案一： 直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒計(jì)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(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大,所以不采用此方案。方案二： 采用ds1302時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘，ds1302芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年進(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度高,位的ram做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，

7、工作電壓2.5v5.5v范圍內(nèi)，2.5v時(shí)耗電小于300na。1.4 電路設(shè)計(jì)最終方案決定綜上各方案所述,對(duì)此次作品的方案選定: 采用at89s52作為主控制系統(tǒng); ds1302提供時(shí)鐘;lcd液晶顯示屏作為顯示。2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 電路設(shè)計(jì)框圖lcd液晶顯示屏顯示模塊at89s52主控制模 塊鍵盤模塊 ds1302時(shí)鐘模塊圖1系統(tǒng)原理圖2.2 系統(tǒng)硬件概述本電路是由at89s52單片機(jī)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(shí)鐘電路由ds1302提供，它是一種高性能、低功耗、帶ram的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，

8、工作電壓為2.5v5.5v。采用三線接口與cpu進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或ram數(shù)據(jù)。ds1302內(nèi)部有一個(gè)31*8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的ram寄存器?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時(shí)、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點(diǎn)，同時(shí)具有掉電自動(dòng)保存功能；溫度的采集由ds18b20構(gòu)成；顯示部份由lcd液晶顯示屏顯示。2.3 主要單元電路的設(shè)計(jì)2.3.1 單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì) at89s52單片機(jī)為40引腳雙列直插芯片,有四個(gè)i/o口p0,p1,p2,p3, mcs-51單片機(jī)共有4個(gè)8位的i/o口（p0、p1、p2、p3），每一條i/o線都能獨(dú)立地作輸出或輸入。

9、單片機(jī)的最小系統(tǒng)如下圖所示,18引腳和19引腳接時(shí)鐘電路,xtal1接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,xtal2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出。第9引腳為復(fù)位輸入端,接上電容,電阻及開關(guān)后夠上電復(fù)位電路,20引腳為接地端,40引腳為電源端。 如圖2 所示： 圖2 主控制系統(tǒng) 2.3.2 時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì)圖.3示出ds1302的引腳排列，其中vcc1為后備電源，vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。ds1302由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)vcc2大于vcc1+0.2v時(shí)，vcc2給ds1302供

10、電。當(dāng)vcc2小于vcc1時(shí)，ds1302由vcc1供電。x1和x2是振蕩源，外接32.khz晶振。rst是復(fù)位/片選線，通過把rst輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。rst輸入有兩種功能：首先，rst接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)rst為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)ds1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中rsts置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電動(dòng)行時(shí)，在vcc大于等于2.5v之前，rst必須保持低電平。中有在sclk 為低電平時(shí)，才能將rst置為高電平，i/o為串行數(shù)據(jù)輸入端（雙向

11、）。sclk始終是輸入端。 圖3 ds1302的引腳圖2.3.3 電路原理及說明(1) 時(shí)鐘芯片ds1302的工作原理： ds1302在每次進(jìn)行讀、寫程序前都必須初始化，先把sclk端置 “0”，接著把rst端置“1”，最后才給予sclk脈沖；讀/寫時(shí)序如下圖4所示。ds1302的控制字的位7必須置1，若為0則不能把對(duì)ds1302進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)。對(duì)于位6，若對(duì)程序進(jìn)行讀/寫時(shí)ram=1，對(duì)時(shí)間進(jìn)行讀/寫時(shí)，ck=0，位1至位5指操作單元的地址。位0是讀/寫操作位，進(jìn)行讀操作時(shí)，該位為1；該位為0則表示進(jìn)行的是寫操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入/輸出的。表.2為ds1302的日歷、時(shí)間寄存器內(nèi)容

12、：“ch”是時(shí)鐘暫停標(biāo)志位，當(dāng)該位為1時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止，ds1302處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位為0時(shí)，時(shí)鐘開始運(yùn)行?！皐p”是寫保護(hù)位，在任何的對(duì)時(shí)鐘和ram的寫操作之前，wp必須為0。當(dāng)“wp”為1時(shí)，寫保護(hù)位防止對(duì)任一寄存器的寫操作。(2) ds1302的控制字節(jié)：ds1302控制字節(jié)的高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入ds1302中，位6如果0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取ram數(shù)據(jù)；位5至位1指示操作單元的地址；最低有效位（位0）如為0表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出(3) 數(shù)據(jù)輸入輸出（i/o）在控制指令字輸入后的下一個(gè)

13、sclk時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入ds1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)sclk脈沖的下降沿讀出ds1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。(4) ds1302的寄存器ds1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為bcd碼形式。此外，ds1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與ram相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 ds1302與ram相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè)ram單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為c0hfdh，

14、其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的ram寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的ram的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為feh(寫)、ffh(讀)。 2.3.4 顯示模塊的設(shè)計(jì)如圖.4為lcd顯示模塊，和最小系統(tǒng)上的連線一樣，無需修改。圖4 lcd液晶顯示屏顯示模塊3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 程序流程框圖開始初始化 讀日期、時(shí)間 寫日期、時(shí)間 顯示子程序 時(shí)間修改子程序 日期修改子程序顯示結(jié)果返回 開關(guān)控制子程序 圖5主程序流程圖圖6 時(shí)間調(diào)整程序流程圖4 測試與結(jié)果分析4.1 硬件測試電子萬年歷的電路系統(tǒng)較大，對(duì)于焊接方面更是不可輕視，龐大的電路系統(tǒng)中只要出于一處的錯(cuò)誤，則會(huì)對(duì)檢測造成很大

15、的不便，而且電路的交線較多，對(duì)于各種鋒利的引腳要注意處理，否則會(huì)刺被帶有包皮的導(dǎo)線，則會(huì)對(duì)電路造成短路現(xiàn)象。在本成電子萬年歷的設(shè)計(jì)調(diào)試中遇到了很多的問題?；叵脒@些問題只要認(rèn)真多思考都是可以避免的，以下為主要的問題：（1）lcd液晶顯示屏顯示部分已經(jīng)連在最小系統(tǒng)上，節(jié)省了不少時(shí)間和精力。（2）對(duì)萬年歷修改時(shí)間或日期時(shí)，有時(shí)lcd液晶顯示屏被屏蔽掉，造成不亮現(xiàn)象。解決：根據(jù)儀器的測試，發(fā)現(xiàn)電路的驅(qū)動(dòng)能力不足，最后在ds1302時(shí)鐘芯片的/cs、sclk、ret端接入5.1k的上拉電阻后,電路的驅(qū)動(dòng)能力才能滿足，即可解決不亮現(xiàn)象。4.2 軟件測試電子成年歷是多功能的數(shù)字型，可以看當(dāng)前日期,時(shí)間。電子

16、成年歷功能很多，所以對(duì)于它的程序也較為復(fù)雜,所以在編寫程序和調(diào)試時(shí)出現(xiàn)了相對(duì)較多的問題。最后經(jīng)過多次的模塊子程序的修改，一步一步的完成，最終解決了軟件。在軟件的調(diào)試過程中遇到的主要問題是： 燒入程序后，lcd液晶顯示屏顯示亮度不好。 解決：一遍旋轉(zhuǎn)10k歐的滑動(dòng)變阻器，一遍觀看lcd顯示屏，知道看到合適的亮度為止。4.3 測試結(jié)果分析與結(jié)論4.3.1 測試結(jié)果分析 1.在測試中遇到lcd液晶顯示屏為不顯示時(shí),首先使用試測儀對(duì)電路進(jìn)行測試,觀察是否存在漏焊,虛焊,或者元件損壞，滑動(dòng)變阻器器沒有調(diào)好：查看燒寫的程序是否正確無誤，對(duì)程序進(jìn)行認(rèn)真修改。4.3.2 測試結(jié)論經(jīng)過多次的反復(fù)測試與分析,可以

17、對(duì)電路的原理及功能更加熟悉,同時(shí)提高了設(shè)計(jì)能力與及對(duì)電路的分析能力。同時(shí)在軟件的編程方面得到更到的提高,對(duì)編程能力得到加強(qiáng)，同時(shí)對(duì)所學(xué)的知識(shí)得到很大的提高與鞏固。5 proteus軟件仿真5.1proteus isis簡介proteus isis是英國labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(spice)各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點(diǎn)是：（1）全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。（2）具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232動(dòng)態(tài)仿真、i2 c調(diào)試器、sp

18、i調(diào)試器、鍵盤和lcd系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。（3）目前支持的單片機(jī)類型有：arm7系列、68000系列、8051系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各種外圍芯片。（4）支持大量的存儲(chǔ)器和外圍芯片?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和spice分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大 ，可仿真arm、51、avr、pic。proteus啟動(dòng)畫面：圖7 proteus啟動(dòng)畫面5.2proteus運(yùn)行流程proteus isis的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的windows界面，如圖所示。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄

19、、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。運(yùn)行proteus程序后，進(jìn)入軟件的主界面。通過左側(cè)工具欄中的p(從庫中選擇元件命令)命令，在pick devices 左側(cè)窗口中選擇所需元件的關(guān)鍵字，然后放置元件并調(diào)整方向和位置以及參數(shù)設(shè)置，最后進(jìn)行連線。proteus isis的工作界面：圖8 proteus isis的工作界面5.3proteus功能仿真proteus仿真效果最后載入hex文件后可以進(jìn)行模擬仿真，可以全速運(yùn)行也可以單步調(diào)試運(yùn)行。圖9運(yùn)行按鍵上電后后led顯示： 圖10調(diào)節(jié)秒鐘：圖11調(diào)節(jié)分鐘：圖12調(diào)節(jié)時(shí)鐘：圖13調(diào)節(jié)星期：圖14調(diào)節(jié)日期：圖15調(diào)節(jié)月份：圖16調(diào)節(jié)年份：圖17點(diǎn)擊確定鍵顯示：圖18按鍵功能自上而下依次