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单片机课程设计万年历

郑州轻工业学院

软件学院

单片机与接口技术课程设计总结报告

 

设计题目:

电子万年历

学生姓名:

系别:

专业:

班级:

学号:

指导教师:

 

2011年12月16日

设计题目:

电子万年历

设计任务与要求:

1、显示年月日时分秒及星期信息

2、具有可调整日期和时间功能

3、增加闰年计算功能

方案比较:

方案一:

系统分为主控制器模块、显示模块、按键开关模块,主控制模块采用AT89C52单片机为控制中心,显示模块采用普通的共阴LED数码管,键输入采用中断实现功能调整,计时使用AT89C52单片机自带的定时器功能,实现对时间、日期的操作,通过按键盘开关实现对时间、日期的调整。

方案二:

系统分为主控模块、时钟电路模块、按键扫描模块,LCD显示模块,电源电路、复位电路、晶振电路等模块。

主控模块采用AT89C52单片机,按键模块用四个按键,用于调整时间,显示模块采用LCD1602,时钟电路模块采用DS1302时钟芯片实现对时间、日期的操作。

两个方案工作原理大致相同,只有显示模块和时钟电路不同。

LED数码管价格适中,对于数字显示效果较好,而且使用单片机的端口也较少;LCD1602液晶显示屏,显示功能强大,可以显示大量文字、图形,显示多样性,清晰可见,价格相对LED数码管来说要昂贵些,但是基于本设计显示的东西较多,若采用LED数码管的话,所需数码管较多,而且不利于控制,因此选择LCD1602作为显示模块。

DS1302是一款高性能的实时时钟芯片,以计时准确、接口简单、使用方便、工作电压范围宽和低功耗等优点,得到广泛的应用,实时时钟有秒、分、时、星期、日、月和年,月小于31天时可以自动调整,并具有闰年补偿功能,而且在掉电时能够在外部纽扣电池的供电下继续工作。

单片机有定时器的功能,但时间误差较大,且需要编写时钟程序,因此采用DS1302作为时钟电路。

对比以上方案,结合设计技术指标与要求我们选择了方案二进行设计。

逻辑总框图:

该电子万年历的总体设计框图如图

(1)所示。

设计所需的元件:

元件名称型号数量/个

单片机AT89C521

时钟芯片DS13021

晶振12MHz1

晶振32.768kHz1

电容30pF2

电容22uF1

按键开关4

电阻10K9

滑动变阻器1K1

电池1.5V4

LCDLCD16021

电源Vcc+5V1

导线若干

单元电路设计:

1、主控制系统

单片机中央处理系统的方案设计,选用AT89C52单片机作为中央处理器,如图

(2)所示。

该单片机除了拥有MCS-51系列单片机的所有优点外,内部还具有8K的在系统可编程FLASH存储器,低功耗的空闲和掉电模式,极大的降低了电路的功耗,还包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件,其硬件能符合整个控制系统的要求,不需要外接其他存储器芯片和定时器件,方便地构成一个最小系统。

整个系统结构紧凑,抗干扰能力强,性价比高。

2、时钟振荡电路

时钟振荡电路图(3)所示,时钟振荡电路用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号,电路由两个30pF的瓷片电容和一个12MHz的晶振组成,并接入到单片机的XTAL1和XTAL2引脚处,使单片机工作于内部振荡模式。

此电路在加电后延迟大约10ms振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。

电路中两个电容C1、C2的作用使电路快速起振,提高电路的运行速度。

图(3)时钟振荡电路图图(4)复位电路

3、复位电路

复位电路由电阻和极性电容组成,如图(4)所示,通过高电平使单片机复位,在时钟电路开始工作后,当高电平的时间超过大约2us时,即可实现复位。

此复位电路为上电复位,较为简单。

若改进可以添加手动复位的功能,上电复位发生在开机加电时,由系统自动完成,手动复位通过一个按键来实现,在程序运行时,若遇到死机,死循环或程序“跑飞”等情况,通过手动复位就可以实现重新启动的操作。

手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。

一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮和一个电阻。

4、DS1302时钟电路

时钟电路主要由时钟芯片DS1302、备用电池、晶振等几部分组成,如图(6)所示。

DS1302采用3线串行接口,占用引脚少,内部集成了可编程日历时钟,用户可以根据需要通过单片机的控制来自行设置,支持双电源供电,可以使用外部主电源和备用电源,备份电源能够使时钟芯片继续工作。

图(5)DS1302管脚图图(6)DS1302时钟电路

DS1302各引脚的功能为:

8:

Vcc1:

备用电池端;

1:

Vcc2:

5V电源。

当Vcc2>Vcc1+0.2V时,由Vcc2向DS1302供电,当Vcc2

7:

SCLK:

串行时钟,输入; 

6:

I/O:

数据输入输出口;

5:

CE/RST:

复位脚;

2、3:

X1、X2是外接晶振脚(32.768KHZ的晶振);

4:

地(GND)。

DS1302有关日历、时间的寄存器:

图(7)DS1302有关日历、时间的寄存器

1、秒寄存器(81h、80h)的位7定义为时钟暂停标志(CH)。

当初始上电时该位置为1,时钟振荡器停止,DS1302处于低功耗状态;只有将秒寄器的该位置改写为0时,时钟才能开始运行。

2、小时寄存器(85h、84h)的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。

当为高时,选择12小时模式。

在12小时模式时,位5是,当为1时,表示PM。

在24小时模式时,位5是第二个10小时位

3、控制寄存器(8Fh、8Eh)的位7是写保护位(WP),其它7位均置为0。

在对任何的时钟和RAM的写操作之前,WP位必须为0。

当WP位为1时,写保护位防止对任一寄存器的写操作。

也就是说在电路上电的初始态WP是1,这时是不能改写上面任何一个时间寄存器的,只有首先将WP改写为0,才能进行其它寄存器的写操作。

DS1302读写时序

DS1302是SPI总线驱动方式。

它不仅要向寄存器写入控制字,还需要读取相应寄存器的数据。

DS1302的控制字如图(8):

图(8)DS1302的控制字图

控制字的最高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入到DS1302中。

位6:

如果为0,则表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据;

位5至位1(A4~A0):

指示操作单元的地址;

位0(最低有效位):

如为0,表示要进行写操作,为1表示进行读操作。

读数据:

读数据时在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿,读出DS1302的数据,读出的数据是从最低位到最高位。

写数据:

控制字总是从最低位开始输出。

在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入也是从最低位(0位)开始。

5、按键电路

按键电路由四个轻触开关组成,如图(9)所示。

按键用来调整时间,其一端直接接到单片机的端口,另一端接地,当按下按键时,相应的端口变为低电平,通过一个与门只要这四个按键有一个按下就会在P3.2检测到一低电平就触发外部中断0进入按键调节程序中,通过与个各键相连的端口P3.4_P3.7可以判断是哪个键按下,从而作相应的操作。

图(9)按键电路

6、显示电路

1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符。

显示电路采用LCD1602液晶显示,如图(10)所示,图中只画出了其相应的接口,3脚用于调节LCD1602的背光,4、5、6为LCD1602的控制口,用于控制其写入或是读出指令,7至14脚为LCD1602的数据口,将数传送到LCD1602中。

图(10)LCD1602显示电路

LCD1602的特性

+5V电压,对比度可调;

内含复位电路;

提供各种控制命令,如:

清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能;

有80字节显示数据存储器DDRAM;

内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM,8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM;

基本操作时序:

读状态:

输入:

RS=L,RW=H,E=H;输出:

DB0~DB7=状态字;

写指令:

输入:

RS=L,RW=L,E=下降沿脉冲,DB0~DB7=指令码;输出:

无。

读数据:

输入:

RS=H,RW=H,E=H;输出:

DB0~DB7=数据;

写数据:

输入:

RS=H,RW=L,E=下降沿脉冲,DB0~DB7=数据;输出:

无。

LCD1602的各种指令不再一一说明。

流程图与软件设计:

1、程序流程图

主程序首先初始化定时器、LCD1602及DS1302,然后就开始查询按键,有键按下则开始调整时间和日期,若没有按下,则执行下面的时间、日期的显示,最后依次循环这些相同的操作,相应流程图如图(11)所示:

图(12)程序流程图

按键的检测是通过中断的办法来实现,利用按键进行间调整。

K1按下则开始设置时间及日期,同时在第一行最右端显示被选择的对象,第一次按下K1时,设置年份,若按下K3,则是减1操作,按下K2是加1操作,设置好年后,第二次按下K1时,则是设置月份,按K3减,按K2则加1,依次循环下去,则可以将时间和日期设置完毕,K4是确定键,设置好按下即可保存设置了。

2、软件设计

软件总设计:

主程序首先对系统环境初始化,设置定时器T0工作模式为16位定时/计数器模式,置位总中断允许位EA,并对键盘端口置位,再对LCD1602初始化,DS1302初始化。

接着扫描键盘,在键盘程序里面是对时间、日期及闹钟的调整,最下面是时间的显示。

软件程序编写:

软件程序编写的好坏直接影响着系统运行情况的良好。

因本程序涉及的模块较多,所以程序编写也采用模块化设计,C语言具有编写灵活、移植方便、便于模块化设计的特点,所以本系统的软件采用C51编写。

具体程序见附件一:

程序

3、软件调试

在软件调试过程中,当调节时间和日期后,单片机上电后更新的是PC的时间,后来查找资料发现,是设置ds1302的问题,

对于开发板上的液晶一般RW都接的地,故不需要读液晶状态,也不需要读忙,但在仿真中还是加上了这一部分。

还有一个问题,在按键操作时有时会出现功能不稳定,这是由于按键存在抖动,所以后来加个去抖动的延时后在判断,基本就可以解决问题,

整体电路与仿真结果分析:

电子万年历硬件电路图及仿真如图(13)所示,系统由AT89C52单片机,按键扫描电路、显示电路、时钟电路、晶振电路、复位电路及电源指示电路。

仿真正确显示了时间,在LCD1602中正确显示了当前日期、时间,通过按按键K1,就可以开始设置时间,依次按K1依次在年、月、日、时、分之间切换,,按K2键用于加1操作,K3键用于减1操作,K4是确定按钮。

仿真正确显示了时间和日期,符合设计的要求。

图(13)电子万年历硬件电路图

结论与心得:

在这学期的课程序设计中,收获知识的同时,还收获了阅历,收获了成熟,通过查找大量资料,请教老师,以及不懈的努力,不仅培养了独立思考、动手制作的能力,在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是,在课程序设计里,我们学会了很多学习的方法,知道了理论和实践的巨大差别。

而这是以后最实用的,真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战,只有不断的学习、实践,再学习、再实践。

同时在与老师和同学的交流过程中,互动学习,将知识融会贯通。

通过自己的努力,做出了一个万年历,对以后的学习是一个莫大的鼓舞,激起了我的学习兴趣和开发创新思维。

参考文献

图书类:

[1]张毅坤陈善久,单片微型计算机原理及应用西安电子科技大学出版社

[2]张毅刚,,彭喜元,单片机原理与应用设计电子工业出版社

[3]赵建领薛园园,零基础学单片机C语言程序设计机械工业出版社

[4]周向红51单片机课程设计华中科技大学出版社,

[5]郭天祥51单片机C语言教程-入门,提高,开发,拓展全攻略,电子工业出版社

[6]赵亮侯国锐.单片机C语言编程与实例人民邮电出版社

 

附实验源程序:

#include

#include

#include

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

sbitIO=P1^0;//DS1302数据线

sbitSCLK=P1^1;//DS130时钟线

sbitRST=P1^2;//DS1302复位线

sbitRS=P2^0;//LCD数据/命令选择端

sbitRW=P2^1;//LCD读/写控制

sbitEN=P2^2;//LCD使能端

sbitK1=P3^4;//选择

sbitK2=P3^5;//加

sbitK3=P3^6;//减

sbitK4=P3^7;//确定

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"};//显示格式

ucharLCD_DSY_BUFFER2[]={"TIME00:

00:

00"};

ucharDateTime[7];//所读取的日期时间

charAdjust_Index=-1;//当前调节的时间对象:

,,分,是,日,月,年(1,2,3,4,6)

ucharChange_Flag[]="-MHDM-Y";//(分,时,日,月,年)(不调节秒与周)

/*---------延时程序------------------*/

voidDelayMS(uintms)

{

uchari;

while(ms--){for(i=0;i<120;i++);}

}

//-----------向DS1302写入一字节------------------//

voidWrite_A_Byte_TO_DS1302(ucharx)

{uchari;

for(i=0;i<8;i++){

IO=x&0x01;//每一位与1与存入IO中

SCLK=1;SCLK=0;//一个高脉冲将数据送入液晶控制器

x>>=1;//右移

}

}

//-----------从DS1302读取一字节------------------//

ucharGet_A_Byte_FROM_DS1302()

{uchari,b=0x00;

for(i=0;i<8;i++){

b|=_crol_((uchar)IO,i);

SCLK=1;SCLK=0;//每一个高脉冲读取一位数据

}

returnb/16*10+b%16;//返回BCD码

}

//-----------从DS1302指定位置读数据------------------//

ucharRead_Data(ucharaddr)

{

uchardat;

RST=0;SCLK=0;RST=1;//RST高电平时读/写

Write_A_Byte_TO_DS1302(addr);//先写入地址

dat=Get_A_Byte_FROM_DS1302();

SCLK=1;RST=0;

returndat;

}

//---------向DS1302某地址写入数据--------------------//

voidWrite_DS1302(ucharaddr,uchardat)

{SCLK=0;RST=1;

Write_A_Byte_TO_DS1302(addr);

Write_A_Byte_TO_DS1302(dat);

SCLK=0;RST=0;//高脉冲写入数据

}

//--------------设置时间----------------//

voidSET_DS1302()

{uchari;

//写控制字,取消写保护

Write_DS1302(0x8E,0x00);

//分时日月年依次写入

for(i=1;i<7;i++)

{//分的起始地址10000010(0x82),后面依次是时,日,月,周,年,写入地址每次递增2

Write_DS1302(0x80+2*i,(DateTime[i]/10<<4)|(DateTime[i]%10));

}

Write_DS1302(0x8E,0x80);//加保护

}

//----------读取当前日期时间------------//

voidGetTime()

{uchari;

for(i=0;i<7;i++){DateTime[i]=Read_Data(0X81+2*i);}

}

//-----------读LCD状态------------------//

ucharRead_LCD_State()

{ucharstate;

RS=0;RW=1;EN=1;//输出:

D0~D7=状态字

DelayMS

(1);

state=P0;//从P0口读LCD状态

EN=0;DelayMS

(1);

returnstate;

}

//-----------忙等待------------------//

voidLCD_Busy_Wait()

{

while((Read_LCD_State()&0x80)==0x80);

DelayMS(5);

}

//-----------向LCD写数据------------------//

voidWrite_LCD_Data(uchardat)

{

LCD_Busy_Wait();

RS=1;EN=0;RW=0;//写数据,EN为高脉冲,

P0=dat;EN=1;DelayMS

(1);EN=0;

}

//-------------写LCD指令-------------------//

voidWrite_LCD_Command(ucharcmd)

{

LCD_Busy_Wait();

RS=0;EN=0;RW=0;//写指令,EN高脉冲,输出:

D0~D7=数据

P0=cmd;EN=1;DelayMS

(1);EN=0;

}

//-------------LCD初始化-------------------//

voidInit_LCD()

{

Write_LCD_Command(0x38);//设置16*2显示,5*7点阵,8位数据接口

DelayMS

(1);

Write_LCD_Command(0x01);//显示清零,数据指针清零

DelayMS

(1);

Write_LCD_Command(0x06);//写一个字符后地址指针自动加1

DelayMS

(1);

Write_LCD_Command(0x0c);//设置开显示,不显示光标

DelayMS

(1);

}

//------------------------------------------

//设置液晶显示位置

//------------------------------------------

voidSet_LCD_POS(ucharp){

Write_LCD_Command(p|0x80);//相当于在0x80基础上加入位置量

}

//----在LCD上显示字符串---------//

voidDisplay_LCD_String(ucharp,uchar*s)

{uchari;

Set_LCD_POS(p);

for(i=0;i<16;i++)

{

Write_LCD_Data(s[i]);//在固定位置显示时间日期

DelayMS

(1);

}

}

//---------日期与时间值转换为数字字符----------------//

voidFormat_DateTime(uchard,uchar*a)

{

a[0]=d/10+'0';

a[1]=d%10+'0';

}

//判断是否为闰年

ucharisLeapYear(uinty)

{return(y%4==0&&y%100!

=0)||(y%400==0);}

//求自2000.1.1开始的任何一天是星期几

//函数没有通过,求出总天数后再求星期几

//因为求总天数可能会超出uint的范围

voidRefreshWeekDay()

{uinti,d,w=5;//已知1999.12.31是周五

for(i=2000;i<2000+DateTime[6];i++)

{

d=isLeapYear(i)?

366:

365;

w=(w+d)%7;

}

d=0;

for(i=1;i

{d+=MonthsDays[i];}

d+=DateTime[3];

//保存星期,0~6表示星期日,星期一,二,...,六,为了与DS1302的星期格式匹配,返回值需要加1

DateTime[5]=(w+d)%7+1;

}

//*****年月日时分++/--********//

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]--;

//获取2月天数

MonthsDays[2]=isLeapYear(2000+DateTime[6])?

29:

28;

//如果年份变化后当前月份的天数大于上限则设为上限

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(2000+DateTime[6])?

29:

28;

if(DateTime[3]>MonthsDays[DateTime[4]])

{DateTime[3]=MonthsDays[Date

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