單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告(系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分)

自動化學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系網(wǎng)絡(luò)信息08級班單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告指導(dǎo)教師：何小敏、李傳芳姓名：學(xué)號：系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分四、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)——數(shù)字電子時(shí)鐘：1、系統(tǒng)功能介紹：該設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為核心，附加了必要的外圍電路，構(gòu)成了一個(gè)簡單的數(shù)字電子鐘，整體由5V的電源供電。在硬件方面，除了51單片機(jī)芯片以外，我們還主要用到了時(shí)鐘芯片DS1302、溫度采集芯片DS18B20、和型號為1602的液晶顯示器。在這些硬件的基礎(chǔ)上，我們通過編寫配套的C語言程序，實(shí)現(xiàn)了對年、月、日、時(shí)、分、秒、星期以及溫度在液晶屏上的顯示，此外還實(shí)現(xiàn)了整點(diǎn)報(bào)時(shí)和鬧鐘的功能。日期、時(shí)間和溫度的顯示都是通過相應(yīng)的時(shí)鐘芯片DS1302和溫度采集芯片DS18B20與單片機(jī)的配合工作將數(shù)據(jù)傳送到液晶顯示器上來實(shí)現(xiàn)的。整點(diǎn)報(bào)時(shí)和鬧鐘的功能主要是通過軟件以及單片機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)的。顯然我們還要再加上一些必要的按鍵，我們的按鍵電路包含四個(gè)按鍵，分別用于對調(diào)整項(xiàng)的選擇、上調(diào)、下調(diào)和鬧鐘停止。另外的一個(gè)復(fù)位按鍵與單片機(jī)最小系統(tǒng)是一個(gè)整體。2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明：2.1芯片簡介：2.1.1AT89C51芯片簡介：如圖1所示，AT89C51有40引腳，雙列直插（DIP）封裝，所用引腳功能如下：VCC——運(yùn)行時(shí)加＋5VGND——接地XTAL1——振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端XTAL2——振蕩器反相放大器的輸出端RST——復(fù)位輸入，高電平有效，在晶振工作時(shí)，在RST引腳上作用2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將使單片機(jī)復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFTAUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)EA/VPP——片外程序存儲器訪問允許信號。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地），如果EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。P1口,P2口——P1，P2是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。運(yùn)行時(shí)通過P1口控制驅(qū)動電路的工作，將數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管，顯示相應(yīng)的段碼，為了達(dá)到減少功耗或滿足端口對最大電流的限制，應(yīng)加上一限流電阻。P2.0——P2.7口控制數(shù)碼管的位選，使六個(gè)數(shù)碼管輪流顯示數(shù)據(jù)，等于0時(shí)位選三極管導(dǎo)通，等于1時(shí)位選三極管截止。無自鎖開關(guān)——（S2－P3.7）開關(guān)接相應(yīng)引腳P3.7，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，相應(yīng)引腳為低電平0，斷開時(shí)引腳為高電平1。2.1.2時(shí)鐘芯片DS1302簡介DS1302芯片是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對年、月、日、星期、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2.5~5.5V。時(shí)鐘可工作在24或12小時(shí)（AM/PM）格式。DS1302與單片機(jī)的接口使用同步串行通信，僅用三條線與之相連?？刹捎靡淮蝹魉鸵粋€(gè)字節(jié)或突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或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，具有主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。如圖所示為時(shí)鐘芯片DS1302引腳圖：1）VCC1、GND：+5V電源和接地引腳；2）X1、X2：外接晶振引腳，晶振頻率為32.768kHz；3）RST：片選信號引腳，高電平有效；4）I/O：串行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳；5）SCLK：數(shù)據(jù)傳送控制時(shí)鐘輸入引腳；6）VCC2：備用電源輸入引腳。2.1.3溫度采集芯片DS18B20簡介：DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易于與微處理器接口等優(yōu)點(diǎn)，適合于各種溫度測控系統(tǒng)。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器等坐在一個(gè)很小的集成電路芯片上，傳感器直接輸出的就是溫度信號數(shù)字值。信號傳輸采用兩芯（或三芯）電纜構(gòu)成的單總線結(jié)構(gòu)。一條單總線上可以掛接若干個(gè)數(shù)字溫度傳感器，每個(gè)傳感器有一個(gè)唯一的地址編碼。微控制器通過對器件的尋址，就可以讀取某一個(gè)傳感器的溫度值，從而化簡了信號采集系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。DS18B20功能特點(diǎn)是：1）采用單總線技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一根I/O線，在一根線上掛接多個(gè)DS18B20；2）每只DS18B20具有一個(gè)獨(dú)有的、不可修改的64位序列號，根據(jù)序列號訪問對應(yīng)的器件；3）低壓供電，電源范圍從3~5V，可以本地供電，也可以從數(shù)據(jù)線上竊取電源（寄生式供電）；4）測溫范圍為-55℃~+125℃，在-10℃至85℃范圍內(nèi)誤差為0.5℃；5）可編程數(shù)據(jù)為9~12位，轉(zhuǎn)換12位溫度時(shí)間為750ms（最大）；6）用戶可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度；7）報(bào)警搜索命令可識別和尋址哪個(gè)器件的溫度超出預(yù)定值；8）DS18B20的分辨率可由用戶通過EEPROM設(shè)置為9~12位；9）DS18B20可將檢測到的溫度值直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，并通過串行通信的方式與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通行。如圖所示，各引腳功能如下：1）GND為電源地；2）DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；3）VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。2.2系統(tǒng)說明：我們通過對單片機(jī)復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、電子鐘按鍵電路、時(shí)鐘芯片1302電路、溫度采集芯片DS18B20電路、發(fā)光二極管電路和液晶顯示器電路來實(shí)現(xiàn)對數(shù)字電子鐘的年、月、日、時(shí)、分、秒、星期、溫度及設(shè)置鬧鐘和整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。2.2.1電源部分：如圖所示，從外部引入4.5V的直流電，為單片機(jī)、復(fù)位電路等提供電源。2.2.2時(shí)鐘電路：時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。我們采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式，如圖5所示。MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。2.2.3復(fù)位電路：單片機(jī)的復(fù)位靠外部電路實(shí)現(xiàn)，信號由RST引腳輸入，高電平有效。當(dāng)RST引腳上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)即完成復(fù)位。常用的復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動開關(guān)復(fù)位兩種。我們采用手動開關(guān)復(fù)位，如圖6所示。手動開關(guān)復(fù)位實(shí)際上是上電復(fù)位兼手動復(fù)位，當(dāng)手動開關(guān)斷開時(shí)，為上電復(fù)位；當(dāng)手動開關(guān)接通時(shí)，RST引腳經(jīng)電阻與VCC接通，并對電容充電，產(chǎn)生一定時(shí)間的高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位。2.2.4按鍵電路：如圖7所示為按鍵電路，從上至下四個(gè)按鍵依次為停止鬧鈴、設(shè)置、上調(diào)、下調(diào)按鍵。通過設(shè)置按鍵選擇對顯示器上的某一項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置，通過上調(diào)、下調(diào)按鍵對選擇的項(xiàng)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)?shù)竭_(dá)鬧鐘設(shè)置時(shí)間時(shí)，通過鬧鐘停止按鍵使鬧鐘停止。2.2.5時(shí)鐘芯片DS1302工作電路：如圖8所示的時(shí)鐘芯片DS1302芯片連接電路，將單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2分別于時(shí)鐘芯片的SCLK引腳、I/O引腳、RST引腳相連，VCC1引腳與單片機(jī)的片外程序存儲器選用端一同接在電源上，VCC2引腳接3V備用鈕扣電池，外接晶振引腳X1、X2之間接頻率為1MHz的晶振。如此構(gòu)成時(shí)鐘芯片工作電路，并通過軟件控制對芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取并在顯示器上顯示。2.2.6溫度采集DS18B20芯片工作電路：如圖9所示溫度采集芯片DS18B20工作電路，將VCC引腳接電源、GND引腳接地、數(shù)字信號輸入/輸出端DQ與單片機(jī)P3.3/外部中斷端相連，由此構(gòu)成溫度采集芯片DS18B20工作電路，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫度的測量，并通過軟件控制對其測量數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，然后在顯示器上顯示。3、連接圖：見附件2；4、軟件設(shè)計(jì)：4.1、流程圖：主程序開始主程序開始程序初始化定時(shí)器裝初值50ms，開中斷秒寄存器單元清0秒值加1計(jì)數(shù)寄存單元清0判斷秒滿60？分值加1判斷分滿60？分寄存器單元清0時(shí)值加1判斷時(shí)滿24？時(shí)、分、秒寄存器單元清0天值賦1天值加1月值加1判斷年滿一世紀(jì)？年值加1月值賦1判斷月>12年寄存器單元清0中斷返回開啟整點(diǎn)報(bào)時(shí)判斷天滿該月的總天數(shù)？計(jì)數(shù)器加1，判斷是否加到20次中斷服務(wù)程序流程框圖五、設(shè)計(jì)心得：通過這次課程設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧（特別是匯編語言）的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。這次的課程設(shè)計(jì)是我學(xué)生生涯非常難得的一次理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，理論知識和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，豐富了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并且意志力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這將會是我踏入社會進(jìn)入工作崗位后的一筆寶貴的財(cái)富！六、參考文獻(xiàn)：[1]朱軍王海東.自動售貨機(jī)中的紙鈔及硬幣識別原理.傳感器世界[J],1996年2期,37-39[2]葉銀蘭.自動售貨機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).微計(jì)算機(jī)信息[J],2008年23期,53-55[3]張毅剛彭喜源譚曉昀.MCS-51單片機(jī)應(yīng)