電子萬年歷的設(shè)計

1、目目 錄錄 1 設(shè)計要求 .3 2 方案論證與對比 .3 2.1 液晶顯示器控制方式選擇 .3 2.2 并行接口動態(tài)顯示電路選擇 .3 2.3 LCD 液晶顯示器的接口方法選擇.4 2.4 液晶顯示器限流電阻選擇 .5 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 .6 3.1 主控模塊 AT89C52.6 3.2 顯示模塊電路設(shè)計 .7 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .8 4.1 系統(tǒng)軟件概述 .8 4.2 主要子程序設(shè)計 .9 4.2.1 時鐘中斷服務子程序設(shè)計 .9 4.2.2 時間調(diào)整子程序設(shè)計.10 4.2.3 判斷閏年子程序設(shè)計 .10 4.2.4 精度分析分析與計算 .11 4.2.5 第一次初值的設(shè)置 .11

2、4.2.6 重載初值的方法 .11 5 系統(tǒng)仿真與測試 .12 5.1 系統(tǒng)仿真 .12 5.2 功能測試 .12 6 總結(jié) .13 參考文獻.14 1 設(shè)計要求設(shè)計要求 本課題以 AT89C52 單片機為核心，設(shè)計并制作出智能 LCD 電子鐘，具有以下 基本功能：能進行時間、年份、日期、星期顯示；能區(qū)分是否閏年；能檢測室溫并 顯示。擴展功能部分可以通過控制按鍵使時間暫停、可以調(diào)整校正時間并通過按鍵 切換輪流顯示時間、年份、日期、星期。 2 方案論證與對比方案論證與對比 2.1 液晶顯示器控制方式選擇液晶顯示器控制方式選擇 采用 LCD 液晶顯示，具有超精致影像畫質(zhì)、十足平面顯示、節(jié)省空間、節(jié)

3、省能 源等優(yōu)點，但按控制方式不同，LCD 可分為被動矩陣式 LCD 及主動矩陣式 LCD 兩 種。可根據(jù)不同需要采用不同的方式。 方案一 被動矩陣式 LCD 被動矩陣式 LCD 在亮度及可視角方面受到較大的限制，反應速度也較慢。由于 畫面質(zhì)量方面的問題，使得這種顯示設(shè)備不利于發(fā)展為桌面型顯示器，但成本低廉。 方案二 主動矩陣式 LCD 目前應用比較廣泛的主動矩陣式 LCD，也稱 TFT-LCD(Thin Film Transistor- LCD，薄膜晶體管 LCD)。TFT 液晶顯示器是在畫面中的每個像素內(nèi)建晶體管，可使 亮度更明亮、色彩更豐富及更寬廣的可視面積。與 CRT 顯示器相比，LCD

4、 顯示器 的平面顯示技術(shù)體現(xiàn)為較少的零件、占據(jù)較少的桌面及耗電量較小，但 CRT 技術(shù)較 為穩(wěn)定成熟。 相比之下，本設(shè)計當中選用方案二主動矩陣式 LCD 方式。 2.2 并行接口動態(tài)顯示電路選擇并行接口動態(tài)顯示電路選擇 可以采取串行接口動態(tài)顯示電路或者并行接口動態(tài)顯示電路，比較如下： 方案一 串行接口動態(tài)顯示電路 利用 8051 系列單片機內(nèi)部的串行接口，也可以實現(xiàn)動態(tài)顯示及鍵盤處理。這樣 不但可以節(jié)省 8051 的并行 I/O 接口，而且在大多數(shù)不用單行口的情況下，可免于擴 展接口。在這種方法中，串行口工作在方式 0 狀態(tài)，相當于一個移位寄存器，其輸 入/輸出通過 RXD 引腳，移位脈沖則由

5、 TXD 輸出。每次輸入或輸出 8 位數(shù)據(jù)（一個 字節(jié)）。每輸出一個字節(jié)，8051 的硬件即自動使 SCON 寄存器中的中斷 TI 置位， 通過測試 TI 的狀態(tài)，即可確定一個字節(jié)是否發(fā)送完畢。見圖 2-1。 圖 2-1 串行接口動態(tài)顯示電路框圖 方案二 并行接口動態(tài)顯示電路 直接用 P0 口作線選，P2 作位選連接數(shù)碼顯示管。見圖 2-2 圖 2-2 動態(tài)顯示電路框圖 方案一中的串行接口動態(tài)顯示電路顯示方法有個很大的缺點，一旦計算機不執(zhí) 行顯示程序，則顯示立即停止。如要維持顯示，則須花費計算機很多時間。而且在 本次課程設(shè)計中，我們也有足夠的 I/O 口，因此，選擇并行接口動態(tài)顯示電路較好。

6、2.3 LCD 液晶顯示器的接口方法選擇液晶顯示器的接口方法選擇 方案一 以硬件為主的 LCD 顯示接口電路 這種接口方法的電路圖見圖 2-3，可以看出，在數(shù)據(jù)總線和 LCD 之間，必須有 鎖存器或 I/O 接口電路，此外，還應有專門的譯碼/限流電阻。通過譯碼器把 1 位十 六進制或 BCD 碼譯為相應的顯示段碼，然后由限流電阻限制電流防止顯示器因電流 過大而燒壞。這種接口方法僅用一條輸出指令，就可以進行 LCD 顯示。但是所使用 的硬件電路較多，而硬件譯碼缺乏靈活性，只能顯示十進制數(shù)或十六進制。 圖 2-3 硬件為主的 LED 顯示接口電路框圖 方案二 以軟件為主的 LCD 顯示接口電路 這

7、種接口方法的電路如圖 2-4 ，它以軟件查表代替硬件譯碼的方法，不但省去 了譯碼器，而且還能顯示更多的字符，但是電阻限流是必不可少的。本次設(shè)計采用 這種接口電路。 圖 2-4 以軟件為主的 LCD 顯示接口電路框圖 2.4 液晶顯示器限流電阻選擇液晶顯示器限流電阻選擇 由于 LCD 的電流參數(shù)較小，為了防止因電流過大而被燒壞，能夠幫助內(nèi)存起到 穩(wěn)壓作用，讓內(nèi)存工作更穩(wěn)定，因此必須加入限流電阻。限流電阻有兩種實現(xiàn)方式， 比較如下： 方案一 直接用單個電阻限流 直接用單個電阻進行限流，散熱快，但是既占空間又接線麻煩。 方案二 用排阻進行限流 用多個電阻排列而成的排阻能減少占用的空間，易于連線。 綜

8、上分析，本設(shè)計采用方案二排阻限流。 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 經(jīng)上述比較，本次作品采用以 AT89C52 為核心的單片機最小系統(tǒng)板，顯示模塊 采用數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示。經(jīng)過方案論證與比較，選擇出最優(yōu)方案的系統(tǒng)總體方案 框圖如圖 3-1 所示。 3.1 主控模塊主控模塊 AT89C52 主控模塊采用的是 AT89C52 單片機芯片。AT89C52 是一個低電壓,高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi) 8KB ROM 全部采用 FLASH ROM 技術(shù)，晶振時鐘為 12MHz。器件采用 ATMEL 公司的高密度，肥易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS-51 指令系統(tǒng)，騙內(nèi)置 通用 8

9、位中央處理器和 Flash 存儲單元。 AT89C52 是標準的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片，有 4 個八位的并行雙向 I/O 端口，分別記作 P0、P1、P2、P3。3 個 16 位可編程定時計數(shù)器，2 個全雙工串 行通信口，2 個讀寫口線。 第 31 引腳需要接高電位使單片機選用內(nèi)部程序存儲器。P0-P3 為可編成通用輸 入輸出引腳，其功能用途由軟件定義。第 9 引腳是復位引腳，要接一個上電手動復 位電路；第 40 腳為電源端 VCC，接+5V 電源，第 20 引腳為接地端 VSS，通常在 VCC 和 VSS 引腳之間接 0.1F 高頻濾波電容。第 18、19 腳之間接上一個 12M

10、Hz 的晶振 為單片機提供時鐘信號。主控模塊電路圖見圖 3-2。 按鍵模塊 電源 時間調(diào)整模塊 顯示模塊 溫度顯示 星期顯示 時間顯示 年份顯示 顯示 主控模塊 圖 3-1 系統(tǒng)總體方 案框圖 圖 3-2AT89C52 單片機芯片 3.2 顯示模塊電路設(shè)計顯示模塊電路設(shè)計 P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動 （吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口 P2 寫“1”，通過內(nèi)部的上 拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上 拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (IIL)。在訪問外部程序存 儲器或

11、16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令）時，P2 口 送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX RI 指令）時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容 。Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位 地址和一些控制信號。 P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。 作為輸出口用時，每位能吸收電流的 方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時， 這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉 電阻。 在

12、 Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字 節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 本設(shè)計中要對時間、溫度進行顯示。單片機 AT89C52 的 P2 口分別接 LCD 控制 屏幕的顯示。而 P0 口用來顯示信息的輸入，為了防止電流過大而燒壞 LCD，所以用 排阻 RESPACK-8 來限流。液晶顯示電路圖見圖 3-3。 圖 3-3 顯示模塊電路 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 系統(tǒng)軟件概述系統(tǒng)軟件概述 在編程上,首先進行了初始化，定義程序的入口地址以及中斷的入口地址,在主 程序的開始定義了一組固定單元用來存儲計數(shù)的分、秒、年、月、日、星期的存儲 單元。調(diào)用閏年判斷程序

13、后，進入主程序中循環(huán)。在主程序中，對不同的按鍵進行 掃描，實現(xiàn)秒表，時間調(diào)整、開關(guān)屏設(shè)置等擴展功能。時鐘計時利用定時器 T0 中斷 子程序?qū)崿F(xiàn)，秒表和時間調(diào)整閃爍程序由定時器 T1 的中斷服務子程序?qū)崿F(xiàn)。考慮到 實用性,在該電子鐘的時間調(diào)整時采用了閃爍，而開關(guān)屏設(shè)置采用了符號標志。在自 動開、關(guān)屏設(shè)置子程序中，另外開辟內(nèi)存單元用來存放開、關(guān)屏設(shè)置時間，而在另 外的子程序中不斷比較當前時間是否和設(shè)置時間相等并設(shè)置標志位，然后程序中檢 測標志位，從而實現(xiàn)開、關(guān)屏操作。系統(tǒng)總體流程圖見圖 4-1。 4.2 主要子程序設(shè)計主要子程序設(shè)計 顯示完畢后，P2 口和 P1 口復位，準備下一輪的顯示。在系統(tǒng)總

14、體流程設(shè)計思 想的指導下，分模塊對程序進行設(shè)計，主要模塊設(shè)計有時鐘中斷服務子程序設(shè)計、 時間調(diào)整子程序設(shè)計、判斷閏年子程序設(shè)計等。各子程序分析如下： 4.2.1 時鐘中斷服務子程序設(shè)計 首先設(shè)定定時器 T0 的初值，T0 的最大定時不足 1s，為便于計算，取定時 50ms。這樣每 50ms 中斷 1 次，中斷 20 次為 1s。50ms 的定時初值的計算如下： 0.05/（1/12*106/12）)=C350H ,補碼為 3CB0H。啟動定時器后，運行中斷服務程 序。在中斷服務程序中，由秒信號來計數(shù)，當達到 60 后向“分”進位；分計數(shù)，當 達到 60 后向“時”進位；時計數(shù)，當達到 24 后

15、向“日”進位；日計數(shù)，日超出當 月上限后進位到“月”；月計數(shù)，當月計數(shù)到達 12 后向“年”進位，在日計數(shù) 圖 4-1 系統(tǒng)總體流程圖 程序中，日每增加一天，都對星期進行調(diào)整，具體為：若上一天不是星期日，則直 接在星期上加一，若上一天是星期日，則當前星期變?yōu)樾瞧谝弧?4.2.2 時間調(diào)整子程序設(shè)計 在主程序中通過按鍵進入時間調(diào)整界面，可實現(xiàn)年、月、日、星期及時間的調(diào) 整。每次調(diào)整時，調(diào)用閃爍程序，使相應的位閃爍，再通過按鍵進行加減調(diào)整。閃 爍程序也采用定時器 T1 中斷實現(xiàn)，每次計時 50ms，中斷 6 次也就是 0.3 秒過后， 閃爍標志位取反，顯示熄滅。 在時間顯示子程序中，單片機向 P0

16、 口送段選信號，向 P2 口送位選信號，數(shù)碼 管采用動態(tài)掃描方式，位選信號每次左移一位，每次點亮一個數(shù)碼管，一輪 4.2.3 判斷閏年子程序設(shè)計 程序中年每加一，則調(diào)用一次判斷閏年子程序，再通過置標志平 20H.3，以便 于以后的程序識別（如在月加一程序中，就需要知道是否是閏年的 2 月還是平年的 2 月）。判斷閏年子程序的設(shè)計思想是：不能被 4 整除的年份不是閏年；能被 100 整除但不能被 400 整除的年份不是閏年。閏年判斷流程圖見圖 4-2。 圖 4-2 顯示子程序流程圖 4.2.4 精度分析分析與計算 在 MCS-51 單片機中，脈沖源是由系統(tǒng)的晶振經(jīng)過 12 分頻后獲得的，故定時器

17、 計數(shù)脈沖4周期為：T=12/fosc (1) 4.2.5 第一次初值的設(shè)置 根據(jù)(1)式可以分別算出定時器四種工作方式的最大計時時間。但實際應用中， 經(jīng)常會有不同定時值的要求，可以采用預置數(shù)的方法來實現(xiàn)。例如，方式 1 的最大 計數(shù)為 65536，現(xiàn)在假設(shè)需要定時計數(shù) 100，那么我們可以設(shè)預置數(shù)為 65436，讓定 時器經(jīng)過 100 個脈沖周期后，就可達到 65536。我們稱定時器中這種預置數(shù)為定時 器的第一次初值。下面推導第一次初值設(shè)置的公式。 設(shè)定時器在某種工作方式下計數(shù)的最大值為 M(見表 1)，X0 為第一次初值，T 為(1)式的計數(shù)周期，t 為要求定時的溢出時間，則有： t=(M

18、 -X0)*T (2) 上式可化為： X0=M -t/T (3) 4.2.6 重載初值的方法 設(shè)置定時器第一次初值后并啟動定時器，定時器開始計數(shù)。若定時器中斷處于 開放狀態(tài)，當定時器計滿后，將會引發(fā)定時中斷(T0 中斷入口地址為 000BH)，執(zhí)行 相應的中斷處理程序。定時器只有工作在方式 2 下方可自動重載前次初值，其余三 種方式都不能自動重載。因此，當希望定時器繼續(xù)定時，需要在中斷處理程序中重 新賦定時器初值。我們稱這種在中斷處理程序中重新賦定時器的初值為定時器的重 載初值。在定時精度要求不高的系統(tǒng)中，定時器的重載初值可以與第一次的初值相 同，即可按(3)式重載。但在定時精度要求較高的場合

19、，就不能簡單地按(3)式重載。 因為從定時器計滿發(fā)出溢出中斷請求到重載初值，存在一定的時間間隔，造成定時 的延遲。這個時間間隔包含兩部分的延遲，第一是中斷響應所需的延遲，包括執(zhí)行 轉(zhuǎn)向中斷服務程序的跳轉(zhuǎn)指令所需要的 2 個機器周期和等待正在執(zhí)行的指令執(zhí)行完 畢所需要 14 個機器周期；第二是重載初值所需的延遲，包括從中斷服務程序第一 條指令到重載初值之間所有指令的執(zhí)行機器周期數(shù)。綜合以上兩個延遲因素，考慮 到計數(shù)的方便性，我們可以在中斷服務程序中加入一條定時器停止計數(shù)指令，待重 載初值后，再加入一條定時器啟動計數(shù)指令，使定時器重新計數(shù)。通過這樣的技術(shù) 處理后，以上的延遲時間等效于兩個部分，即從

20、定時器計數(shù)溢出后自動從 0 開始計 數(shù)到關(guān)閉定時器計數(shù)所消耗的時間和關(guān)閉定時器到打開定時器所消耗的時間。前部 分時間可從定時器讀出，后部分時間為從關(guān)閉定時器到打開定時器之間所有指令的 執(zhí)行時間。綜上所述，設(shè) Z 定時器計數(shù)溢出后自動從 0 開始計數(shù)到關(guān)閉定時器計數(shù) 所需要的時間，Y 關(guān)閉定時器到打開定時器所需要的時間，X1 為重載初值，則： (M -X1+Y+Z)*T=t (4) 上式可化為： X1=M-t/T+Y+Z (5) 5 系統(tǒng)仿真與測試系統(tǒng)仿真與測試 5.1 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真 在仿真過程中，軟件運用到 Wave 6000 和 Proteus 7.12，先用 Wave 6000 進行

21、編程測試再通過 Proteus 7.12 進行硬件仿真。本單片機課程設(shè)計仿真效果如圖 5- 1。 圖 5-1 系統(tǒng)仿真效果圖 5.2 功能測試功能測試 表 1 功能測試 計時功能 LCD 能顯示當前的時、分、和秒，具體是時跟分一起 顯示，分跟秒一起顯示，通過按鍵來切換 星期顯示功能 通過按鍵可以切換到星期顯示的界面，按返回鍵則重 新回到主界面顯示 時間調(diào)整功能 通過按鍵可以調(diào)整或設(shè)定年、月、日、星期、時、分， 且能實現(xiàn)秒的微調(diào)功能 室溫檢測并顯示功能 通過智能傳感器 DS18B20 能夠?qū)崿F(xiàn)檢測功能，并通過 LCD 能完成液晶顯示功能 閏年功能 能計時到萬年，且能自動判斷閏年與平年，并實現(xiàn)正

22、確的計時操作 經(jīng)過反復測試，本系統(tǒng)已能達到設(shè)計所要求的所有功能。 6 總結(jié)總結(jié) 通過十天的設(shè)計和調(diào)試，終于完成了設(shè)計任務，系統(tǒng)測試后，各項指標都達到 了規(guī)定要求。我的設(shè)計，在完成了預期功能的同時，另外我新增了時間暫停功能。 設(shè)計過程中也遇到過很多困難，特別是調(diào)試，花去了大量的時間，出不來預期 的效果。剛開始，在軟件的編寫與修改過程中也花費了大量的時間，主要是在平時 的學習過程中，對程序的編寫不熟練，許多問題凸現(xiàn)出來，成了攔路虎。由此可知 自己的水平還是相當有限，在以后的專業(yè)學習當中應該更加認真，更加深入地學習， 在這次的設(shè)計中,經(jīng)過自己的多次選材與調(diào)試,多參與實踐，多通過實例來鍛煉自己的 實際

23、操作和解決問題的能力。后來出現(xiàn)問題時，我總是誤以為是軟件問題，查了好 久才查出是一個小小的硬件連線錯誤，其實測試是應該從硬件起逐項排查到軟件。 還有，測試時也最好是先一個模塊地測試，都通過了才組合到一起再從整體上進行 調(diào)試，否則一個小問題也會變得錯綜復雜。整個設(shè)計與調(diào)試過程是一個讓人興奮與 激動的過程，盡管有時也會因為調(diào)試不順利而有點煩躁，但每次調(diào)試成功的喜悅又 會馬上沖刷掉原來的不快。在本次設(shè)計過程中，我深深地體會到了紙上得來終覺淺 的道理，不管是在學習態(tài)度還是專業(yè)技能方面都有了很大的改進和提高。通過本次 單片機的課程設(shè)計收獲頗大。 通過十多天的學習和實踐，這次設(shè)計終于取得了圓滿成功。設(shè)計過

24、程中，遇到 了很多困難，但是在老師和同學們的熱忱幫助下，都得以順利解決，在此對我可親 可敬的老師們和親如兄弟的同學們表示衷心的感謝。我定將這份深厚的感情永遠銘 記在心里，以此為動力，不斷鞭策自己，激勵自己，不斷提高，不斷進步，以后一 定更加努力地學好每門課程，以此來報答大家。 參考文獻參考文獻 1 李廣弟.單片機基礎(chǔ)（修訂本）.北京：北京航空航天大學出版社，2004 2 趙志剛，吳海彬編著.Protel DXP 實用教程.北京：清華大學出版社；北京交 通大學出版社，2004.11 3 朱定華，戴汝平編著.單片微機原理與應用.北京：清華大學出版社；北京交 通大學出版社，2003.8 4 樓然苗，

25、李光飛編著.單片機課程設(shè)計指導.北京：北京航空航天大學出版社， 2007.7 5 蔡明文，馮先成主編.單片機課程設(shè)計.武漢：華中科技大學出版社，2007.3 6 周立功等編著.單片機實驗與實踐.北京：北京航空航天大學出版社，2004 指導教師評語：指導教師評語： 成績：成績： 指導教師簽字：指導教師簽字： 年年 月月 日日 tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknB