[电子电路]基于at89c52单片机的数字时钟系统设计

[电子电路]基于at89c52单片机的数字时钟系统设计内容摘要：

根 I/O 口线，键数目较多，可节省口线。 本设计采用的是独立式键盘。 键盘的工作方式可分为编程控制方式和中断控制方式。 CPU 在一个工作周期内，利用完成其他任务的空余时间，调用键盘扫描子程序，经程序查询，若无键操作，则返回；若有键操作，则进而判断是哪个键，并执行相应的键处理程序。 这种 方式为编程扫描方式。 由于单片机在正常应用过程中，可能会经常进行键操作，因而编程控制方式使 CPU 经常处于工作状态， 在进行本次设计中，只涉及到了设置、上调、下调、确定四个功能。 因此采用独立式键盘。 如图 所示 图 按键设计 显示模块的设计 本设计中由于要对时间、温度进行显示，所以选择液晶显示屏 1602 模块 作为输出。 1602 字符型 LCD 通常有 14 条引脚线或 16 条引脚线的 LCD，多出来的2 条线是背光电源线。 它可以显示两行，每行 16 个字符，采用单 +5V 电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（ CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母 “A”的代码是 01000001B（ 41H），显示时模 块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字 母 “A”。 管脚功能如表 所示 ： 淮阴工学院毕业设计说明书 （ 论文 ） 第 16 页共 50 页 表 LCD1602 引脚功能 引脚 符号 功能说明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接电源（ +5V） 3 V0 液晶显示器对比度调整端。 4 RS RS 为寄存器选择。 5 R/W R/W 为读写信号线。 6 E E(或 EN)端为使能 (enable)端，下降沿使能。 7 DB0 底 4 位三态、 双向数据总线 0 位（最低位） 8 DB1 底 4 位三态、 双向数据总线 1 位 9 DB2 底 4 位三态、 双向数据总线 2 位 10 DB3 底 4 位三态、 双向数据 总线 3 位 11 DB4 高 4 位三态、 双向数据总线 4 位 12 DB5 高 4 位三态、 双向数据总线 5 位 13 DB6 高 4 位三态、 双向数据总线 6 位 14 DB7 高 4 位三态、 双向数据总线 7 位（最高位） LCD1602主要管脚介绍： V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生鬼影使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 RS为寄存器选择端，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。 R／ W为读写信号线端，高电平时进行读操作，低电平时进 行写操作。 当 RS和 R／ W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址；当 RS为高电平 R／ W 为低电平时可以写入数据。 E为使能端，当 E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令 [10]。 淮阴工学院毕业设计说明书 （ 论文 ） 第 17 页共 50 页 图 LCD 液晶与单片机硬件连线图 将 L1602 的 RS 端和 ， R/W 端和 , E 端和 相连，当 RS=0 时，对 LCD1602 写入指令；当 RS=1 时，对 LCD1602 写入数据。 当 R/W 端接高电平时芯片处于读数据状态，反之处于写数据状态， E 端为使能信号端。 当 R/W为高电平 ,E 端也为高电平， RS 为低电平时， 液晶显示屏显示需要显示的示数。 图 为 1602 液晶显示屏与单片机的硬件连接图。 4 软件设计 软件部分主要包括： a）主程序，主流程图 b）温度检测流程图和温度检测程序 c） DS1302 时钟流程图和时钟程序 d） LCD 显示程序和 LCD 显示流程图。 程序主要 应用 Keil进行软件仿真开发。 主要步骤为： 1）编写源程序并保存； 2）建立工程并添加源文件； 3）设置工程； 4）编译 /汇编、连接，产生目标文件； 5）程序调试。 淮阴工学院毕业设计说明书 （ 论文 ） 第 18 页共 50 页 主流程图 主流程图 如图 所示。 流程图分析：首先系统初始化，系统开始运行，当有设置键按下时进 入修改时间模式，无按键按下时读取时间、温度等数据送入液晶屏显示；在修改时间模式下设置时间完成后再送数据到液晶屏显示。 图 主流程图 温度程序流程图 温度读取流程图如图 所示。 流程图分析：开始进入初始化 DS18B20，就是通过主机拉低单线产生复位脉冲然后释放该线，如果有应答脉冲，即发起 ROM命令当成功的执行操作命令后，就使用 Convert T 命令即开始温度转换，当转换完后，又初始化 DS18B20 是否有应答脉冲，若有，就发起 Read Scratchpad（读取暂存器和 CRC 字节）命令，既同时读出第 1， 2 个字节，即为温度的数据。 系统初始化 显 示 读时间 设置时间 读温度 进入修改时间模式 开 始 设置键 有否按下 设置完成 N Y Y N 淮阴工学院毕业设计说明书 （ 论文 ） 第 19 页共 50 页 图 温度显示流程图 DS18B20 是一种单总线数字式温度传感器，它与单片机之间采用的是串行数据传送，所以在对 DS18B20 进行读写操作时必须按照它的时序进行。 一般访问 DS18B20 时按如下步骤进行：初始化； ROM 操作命令；存储器操作命令；执行 /数据。 DS1302时钟程序流程图 时钟流程图如图 所示。 流程图分析： DS1302 开始计时时， 首先进行初始化，当有中断信号时，读取时钟芯片的数据送入液晶屏显示。 这时若有设置键Y N 初始化 DS18B20 初始化 DS18B20 读取第 1,2 字节极为温度数据 发起 convert 命令 发起 Read Scrtchpad 命令 发起 skipRom 命令 开 始 应答脉冲 N Y 应答脉冲 延时 1s 等待温度转换完成 淮阴工学院毕业设计说明书 （ 论文 ） 第 20 页共 50 页 按下时，进行时间修改，完成后将数据送入时钟芯片；若没有按键按下，则直接存入 EPROM，送入液晶屏显示。 图 时钟流程图 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。 要想与 DS1302 通信，首先要先了解 DS1302 的控制字。 DS1302 的控制字如图 所示。 7 6 5 4 3 2 1 0 1 RAM A4 A3 A2 A1 A0 RD GK WR 图 DS1302 的控制字 初始化 送 EPROM 读时钟芯片送显示 送时钟芯片 开中断 开 始 设置键 有否按下。 是否修改当前时间。 N Y Y N 淮阴工学院毕业设计说明书 （ 论文 ） 第 21 页共 50 页 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，数据输入从最低位（ 0 位）开始。 同样，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，读出的数据也是从最低位到最高位。 数据读写时序如 图 、 所示。 图 单字节读 图 单字节写 在进行任何数据传输时， RST 必须被置高电平，每个 SCLK 为上升沿时数据被输入，下降沿时数据被输 出。 先把 RST 置低，禁止数据传输， SCLK 置低，清零时钟总线， RST 再置高，允许数据传输。 传送完成后， RST 置低，禁止字节的传送。 LCD 显示程序流程图 显示程序流程图如图。 流程图分析：首先对 1602 显示屏进行初始化（初始化大约持续 10ms 左右），然后检查忙信号，若 BF=0，则获得显示 RAM 的地址，写入相应的数据显示；若 BF=1，则代表模块正在进行内部操作，不接受任何外部指令和数据，直到 BF=0 为止。 淮阴工学院毕业设计说明书 （ 论文 ） 第 22 页共 50 页 图 LCD 显示程序流程图 1602 通过 D0~D7 的 8 位数据端传输数据和指令，其模块内的控制器有11 条控制指令。 当液晶显示屏的接口电路与单片机系统 I/O 按照并行数据传输方式连接完成以后，即可以对 AT89C52 单片机进行编程。 在液晶屏完成显示之前首先要对液晶进行初始化。 对 1602 初始化 写入显示设置命令 延时 5ms 延时 5ms 获得显示 RAM 地址 写入相应的数据 检查忙信号 开 始 数据显示完毕。 BF=0。 N Y Y N 结 束 淮阴工学院毕业设计说明书 （ 论文 ） 第 23 页共 50 页 5 系统仿真与调试 调试包括： keil软件对程序进行编译与调试。 根据硬件原理图，画出 proteus仿真图，通过 proteus 对系统进行功能的仿真。 最后调试做出实物，调试，得到正确的实物图效果。 软件简介 Keil软件简介 Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统。 这款软件提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows 界面。 另外重要的是， Keil C51 软件编译后生成的汇编代码，就能展现出生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。 在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 Keil 软件中 uVision 与 Ishell 分别是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成开发环境 (IDE)，可以完成编辑、编译、连接 、调试、仿真等整个开发流程。 开发人员可用 IDE 本身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件。 然后分别由 C51 及 A51 编译器编译生成目标文件 (.OBJ)。 目标文件可由 LIB51 创建生成库文件，也可以与库文件一起经 L51 连接定位生成绝对目标文件 (.ABS)。 ABS 文件由 OH51 转换成标准的 Hex 文件，可载入 Proteus 仿真软件中的 MCU 中，进行功能仿真。 Proteus ISIS 简介 Proteus ISIS 是英国 Labcenter Electronics 公司开发的电路分析与实物仿真软件。 它由 ISIS 和 ARES 两个软件构成，其中 ISIS 是一款便捷的电子系统仿真平台软件，它运行于 Windows 操作系统上，用户可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路，以及基于微控制器的系统连同所有外围接口电子元器件一起仿真。 该软件的特点是： a）全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。 b）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、 RS－ 232 动态仿真、 I2 C 调试器、 SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 c）目前 支持的单片机类型有： ARM7 系列、 68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、 PIC12淮阴工学院毕业设计说明书 （ 论文 ） 第 24 页共 50 页 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各种外围芯片。 d）支持大量的存储器和外围芯片。 总之，该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真 ARM、 5 AVR、 PIC。 Proteus 启动画面： 此外， ARES 软件是一款高级的布线编辑软件，它采用了 32 位数据库的高性能 PCB 设计系统，以及高性能的自动布局和自动布线方法。 集成了高级原理布线图、混合模式 SPICE 电路仿真、 PCB 设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计 [11]。 Keil软件调试流程 首先选择菜单 FileNew… ，在源程序编辑器中输入汇编语言或 C 语言源程序（或选择 FileOpen… ，直接打开已用其它编辑器编辑好的源程序文档）并保存，注意保存时必须在文件名后加上扩展名 .asm（ .a51）或 .c。 然后选择菜单 P。