[理学]单片机课程设计万年历.doc
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1、 洛阳理工学院 万年历洛阳理工学院万年历系 别:计算机与信息工程系班 级:z070401学 号:z07040137姓 名:姚克迪指导老师:李蒙2009-6-18目录摘要3第一章 绪论41.1单片机发展概况41.2单片机原理及应用简介4第二章 系统方案52.1 系统功能52.2 系统总体方案5第三章 系统硬件设计63.1 硬件设计框图63.2 硬件电路原理图63.3 芯片简介63.31 80C52芯片63.32 实时时钟芯片DS130273.33 DS18B20单总线数字温度计83.34Lcd1602液晶显示器:9第四章 系统软件设计104.1 主程序的设计104.2 各功能模块的设计114.2
2、1 显示子程序114.22 温度检测和处理子程序114.23 时间、日历校正子程序114.24闹钟设置、闹铃响起子程序124.25 延时子程序12第五章 PROTEUS 软件仿真125.1仿真过程125.2仿真结果13心得体会14参考文献15附录116摘要本设计是一个基于MCS-51单片机实现的万年历。我选用的是单片机80C52来实现电子万年历的功能。该电子万年历能够成功实现时钟运行,调整,显示年月日时分秒及星期,温度等信息。并且可以动态的现实信息。该电子万年历使用12MHZ晶振与单片机80C52相连接,通过软件编程的方法实现了以24小时为一个周期,同时显示小时、分钟和秒的要求。利用单片机定时
3、器及计数器产生定时效果通过编程形成数字钟效果,再利用点阵动态扫描显示单片机内部处理的数据。同时通过端口读入当前外部控制状态来改变程序的不同状态,实现不同功能。在该设计与制作中我选用了单片机80C52,它是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。片内带有4KB的Flash存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。另外, 单片机80C52的指令系统和引脚与8051完全兼容,片内有128B 的RAM、32条I/O口线、2个16位定时计数器、5个中断源、一个全双工串行口等。因此,采用单片机8052原理制作的电子万年历,不仅仅在原理上能够成功实现计时等功能,也更经济,更适用,更符合我们实际生活的需要,对我
4、们大学生来说也更加有用。第一章 绪论1.1单片机发展概况随着大规模集成电路技术的发展,可以将CPU、RAM、ROM、定时器/计数器以及输入/输出(I/O)接口电路等计算机的主要部件集成在一块集成电路芯片上。这样组成的芯片级的微型计算机就是“单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)”。由于单片机从功能和形态来说都是作为控制领域应用的要求而诞生的,并且发展到新一代80C51、M68HC11系列单片机时,在其中着力扩展了各种控制功能,如模/数(A/D)转换、脉宽调制(PWM)、计数器捕获/比较逻辑(PCA)、高速I/O口和WDT等,已突破了微型计算机的传统内容。所以更准确
5、的叫法应是微控制器(Micro Controller Unit,MCU)。单片机的发展大致经历了三代:第一代:以1976年推出的MCS-48系列为代表,其主要的技术特征是将CPU和计算机外围电路集成到了一个芯片上,成为与通用CPU分道扬镳的标志。第二代:以MCS-的8051、8052为代表。主要技术特点是向外部接口电路扩展,以实现微控制器化。代表产品为Intel公司MCS-51,Motorola公司68HC05。第三代:以89C51系列单片机为代表,这个时期的产品以CMOS化为特色,以完善的单片机的控制功能为己任。89C51是80C51含EEPROM的产品。这两种单片机有两级或三级程序存储器保
6、密系统,用以保护EPROM或EEPROM中的程序,以防止非法复制。近几年,单片机竞相采用Flash存储器。,它可以取代PROM、EPROM、OTP和EEPROM。利用Flash存储器可高速读/写的特点实现在系统编程ISP和在应用编程IAP。1.2单片机原理及应用简介随着国内超大规模集成电路的出现,微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。集成技术的最新发展之一是将CPU和外围芯片,如程序存储器、数据存储器、并行、串行I/O口、定时/计数器、中断控制器及其他控制部件集成在一个芯片之中,制成单片计算机(Single-Chip Microcomputer)。而近年来推出的一些高档单片机还包括有许多特殊功能
7、单元,如A/D、D/A转换器、调制解调器、通信控制器、锁相环、DMA、浮点运算单元等。因此,只要外加一些扩展电路及必要的通道接口就可以构成各种计算机应用系统,如工业控制系统、数据采集系统、自动测试系统、万年历电子表等。单片机的出现,并在各个技术领域中得到如此迅猛的发展,与单片机构成计算机应用系统所形成的下述特点有关:1、单片机构成的应用系统有较大的可靠性。这些可靠性的获得除了依靠单片机芯片本身的高可靠性以及应用有最少的联接外,还可以方便地采用软、硬件技术。2、系统扩展、系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统,应用系统有较高的软、硬件利用系数。3、由于构成的应用系统是一个计算机系统,相
8、当多的测、控功能由软件实现,故具有柔性特征,不须改变硬件系统就能适当地改变系统功能。4、有优异的性能、价格比。单片机是微型计算机的一个重要分枝,单片机是把中央处理器、随机存储器、只读存储器、定时器/计数器、并行接口接口、串行接口、A/D转换器等主要计算机部件,集中在一块集成电路芯片上。虽然只是一个芯片,但从功能上它就相当于一台完整的微机。随着科学技术的迅猛发展,单片计集成度高、体积小、运算速度快、功耗低、运行可靠、价格低廉等诸多优点,越来越显现出来。目前可以说单片机已经渗透到我们的生活的各个领域,在工业方面:像过程控制、数据采集,机电一体化、智能化仪器仪表,特别在军事武器控制方面尤为突出。在日
9、常生活方面,我们使用彩电、洗衣机、电冰箱,录放机、VCD、照相机、手机、高级定时闹钟以及公共汽车上的报站器等等可以说举不胜举。把单片机的诞生称为计算机发展史上的一个重要里程碑并不过分。单片机的应用,使许多领域的技术水平和自动化程度大大提高。可以说当今世界正在经受一场以单片机技术为标志的新技术革命浪潮的冲击。人们需要掌握单片机知识,跨入单片机应用与开发领域的大门。我们作为理工科的大学生,学习单片机课程尤其显得越来越重要。第二章 系统方案2.1 系统功能LCD显示年、月、日、时、分、秒、星期、温度信息;用按键可以调整日期和时间、星期;可以设置闹铃时间,到时闹铃响起(演奏两只蝴蝶);2.2 系统总体
10、方案系统以单片机为主控制器。时钟功能的实现方法是由单片机外部的DS1302实时时钟芯片获取时间然后把数据传到LCD显示,温度检测部分采用成品的数字温度传感器DS18B20,它将温度直接转换成单片机能识别的数字量信号,通过接口电路传给单片机,单片机把温度值传给LCD液晶显示模块显示出来。而闹钟是通过按键设置闹钟的时间、单片机判断是否到时,时间到后,闹铃响起。 第三章 系统硬件设计3.1 硬件设计框图该设计的硬件电路的总体框图如图1所示:Lcd正常显示日期、时间、星期、温度;时间设置时的一些显示;闹钟设置时的一些显示;单片机对1302、1802读写,对采集到的数据进行处理送lcd显示,并且响应按键
11、时间,进行调整,判断闹钟是否该响起1302实时时钟按键调整时间、闹钟。采集温度闹钟时间到达闹铃响起图1硬件设计总体框图3.2 硬件电路原理图该万年历是以单片机80c52为核心来完成的。80C52完成年、月、日、星期、时、分、秒之间的转换,通过80C52的P0口与1602液晶显示屏进行命令和数据的传输。在P0口中接有上拉电阻,这是因为P0口为非准向I/O口,其内部输出三极管的集电极没有上拉电阻,是开路的,若不外接上拉电阻,就会造成P0口不能输出高电平。P2.0用于控制传送给LCD的是命令还是要显示的内容。P2.0为高电平表示传送的是要显示的内容,P2.0为低电平表示传送的是控制命令。P2.1用于
12、控制LCD的读和写操作。高电平为读操作,低电平为写操作。P2.2为使能控制,控制LCD是否接受操作。高电平时允许读操作,由高电平变为低电平的过程中,允许写操作。温度传感器DS18B20用单总线接在80C52的P1.0口上,按单总线协议进行数据传输。键盘电路采用四个键,分别接到80C52的P2.4-P2.7口上。实时时钟DS1302的I/O口接到80C52的P1.7用于向80C52输入输出指令和数据。另外两条控制线接到P31.5、P1.6上用于控制DS1302的读写时序和复位信号的产生。 3.3 芯片简介3.31 80C52芯片80C52 是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片,共有4个8位的并
13、行双向口,计有32根输入/输出(I/O)口线。各口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器所组成,但是它们的性质和功能却不相同。引脚分布请参照单片机引脚图图3:P0.0P0.7 P0口8位双向口线(在引脚的3932号端子)。P1.0P1.7 P1口8位双向口线(在引脚的18号端子)。 P2.0P2.7 P2口8位双向口线(在引脚的2128号端子)。P3.0P3.7 P2口8位双向口线(在引脚的1017号端子)。 口管脚备选功能P3.0 RXD串行输入口P3.1 TXD串行输出口P3.2 /INT0外部中断0P3.3 /INT1外部中断1P3.4 T0定时器/计数器0外部输入P3.5 T1定时
14、器/计数器1外部输入P3.6 /WR外部数据存储器写选通P3.7 /RD外部数据存储器读选通 图2 80C52引脚 图3 特殊功能表 80C52芯片引脚说明:VCC:运行和程序校验时加+5V的供电电压。VSS:接地P3口也可作为80C52的一些特殊功能口。如图4:P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。一般情况下,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
15、因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000 H- FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内
16、部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。 3.32 实时时钟芯片DS1302DS1302是串行接口的实时时钟芯片,它既提供实时时钟有把关键的数据位存放到RAM中。 其管脚图及内部结构和引脚功能表分别如图4和图5所示: 图4 1302管脚图及内部结构 图5 1302引脚功能表向DS1302写入数据时,数据应在时钟的下降沿发生变化,上升沿将数据写入DS1302的寄存器,读取数据时数据也在时钟下降沿变化,即在下降沿数据从移
17、位寄存器输出,但当CLK时钟为正半周时I/O线为高组态,所以应在上升沿读取,否则将读出为FFH。通过把输入驱动置为高电平来启动所有的数据传送,输入有两种功能,首先接通控制逻辑,允许地址命令序列送入移位寄存器,其次提供了终止单字节或多字节数据的传送手段,当为高电平时所有的数据传送被初始化,允许对DS1302进行操作,如果在传送过程中置为低电平则会终止数据传送,并且I/O引脚变为高组态。上电运行时,在VCC大于等于2.5V之前,必须保持低电平,只有在SCLK为低电平时,才能将RST置为高电平。3.33 DS18B20单总线数字温度计1 DS18B20的引脚如图9:图6 DS18B20引脚GND接地
18、、DQ数字输入输出、VDD可选的VDD、NC空引脚 。读写及温度变换所需的电源可以由数据线提供而不需要外部的电源。 因为每一个DS18B20都有自己唯一的序列号因此多个DS18B20可以同时存在同一条单线总线上。其测量的范围为-55到+125.增量值为0.5,以9位数字方式读出温度。在1秒内把温度转换成数字。2 DS1820的工作原理与1820的通信经过一个单线接口,在单线接口情况下,在ROM未定建立之前不能使用存储器和控制操作,主机必须首先提供五种ROM操作命令之一:读ROM、符合ROM、搜索ROM跳过ROM 告警ROM 。这些命令对每一器件的64位激光ROM部分进行操作,如果单线上有许多器
19、件可以挑选出一个特定的器件,并给总线上的主机指示存在多少个器件及其类型,成功执行ROM操作序列后,可使用存储器和控制操作。主机可以提供6种存储器进和控制命令之一。一个操作命令指示1820完成温度测量该测量的结果放入高速暂存存储器,通过发出读暂存存储器内容的存储器命令可以读出此结果,每一温度告警触发器TH和孔构成一个字节的EEPROM,所有数据均以最低位在前的方式被读写。3.34Lcd1602液晶显示器: 它的内部结构及引脚图和引脚功能表分别如图7和图8所示:图 7 内部结构及引脚图图8 引脚功能表Lcd1602液晶显示器的初始化过程如下所示:第四章 系统软件设计4.1 主程序的设计图9 主程序
20、流程图在多功能模块化程序设计中,主程序的作用是设置系统运行的一些初始状态及系统运行的环境,并将各种功能子程序按要求连接起来组成一个功能强大的系统。本系统主程序的流程图如图9所示。在本程序中,1602LCD初始化为:8位数据接口,两行显示,57点阵字符,显示开,关光标,光标移动为增量式。1602LCD的初始化已被写成一个函数LCD_INITIAL(),直接调用就可完成1602LCD的初始化。4.2 各功能模块的设计4.21 显示子程序图10 LCD显示流程图显示子程序的功能是将需要显示的内容送到LCD显示。显示子程序的流程图20所示。要显示某个字符,先要进行定位,即确定这个字符显示在LCD显的哪
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