存檔資料 成績： 華東交通大學理工學院 課 程 設 計 報 告 書 所屬課程名稱 單片機原理與應用 題 目 萬年 電子歷 分 院 電 信分院 專業班級 2007 級計算機科學與技術（ 2）班 學 號 學生姓名 指導教師 2010 年 7 月 16 日 第 2 頁 共 25 頁 華東交通大學理工學院 課 程 設 計（ 論 文 ）任 務 書 專 業 07 計算機科學與技術 班 級 （ 2）班 姓名 一、 課程設計（論文）題目 二、 課程設計（論文）工作：自 2010 年 7 月 5 日起至 2010 年 7 月 16 日止。 三、 課程設計（論文）的目的要求和任務內容： 一 .實驗目的 通過本次課 程設計達到如下目的： 1、熟悉 AT89C51 單片機與時鐘芯片 DS1302 的應用。 2、熟悉時鐘時、分、秒計時方法，掌握編程技巧。 3、掌握鍵盤的基本工作原理，鍵的識別，鍵抖動和重鍵問題的解決，鍵盤工作方式和鍵盤程序的編程。 4、掌握七段碼 LED 顯示器的結構，七段碼 LED 顯示器的工作方式和顯示程序的編程。 5、掌握串行通信程序的編寫。 二 .設計要求 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 3 頁 共 25 頁 利用 AT89C51 單片機 ， 時鐘芯片 DS1302、七段碼 LED 顯示器、按鍵、MAX7219 及常用外圍器件，設計一個具有動態 顯示 功能的電子萬年歷，具體要求 如下： 1、設計實現電子萬年歷的 電路系統構成框圖 。 2、 能 動態 顯示年、月、 日、星期、小時、分鐘、秒 。 3、可用鍵盤進行校對時間，以及日期時間的修改。 學生簽名： _ 2010 年 7 月 16 日 課程設計（論文）評閱意見 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 4 頁 共 25 頁 評閱人 職稱 2010 年 7 月 16 日 序號 項 目 等 級 優秀 良好 中等 及格 不及格 1 課程設計態度評價 2 出勤情況評價 3 任務難度評價 4 工作量飽滿評價 5 任務難度評價 6 設計中創新性評 價 7 論文書寫規范化評價 8 綜合應用能力評價 綜合評定等級 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 5 頁 共 25 頁 目 錄 第一章 課程設計任務書 .2 第二章 設計方案 . .6 第三章 硬件設計 .7 第四章 軟件設計 .15 第五章 程序清單 .17 第六章 課程設計心得 .24 第七章 參考文獻 .25 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 6 頁 共 25 頁 第二章 設計方案 按照系統設計功能的要求，初步確定系統由主控模塊、時控模塊、顯示驅動及顯示 模塊和鍵盤接口模塊共 4 個模塊組成，電路系統構成框圖如圖所示。 圖 2.1 電子萬年歷電路系統構成框圖 主控芯片使用 51 系列 AT89C51 單片機， 時鐘芯片使用美國 DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實時時鐘 DS1302。采用 DS1302作為計時芯片，可以做到計時準確。更重要的是， DS1302 可以在很小電流的后備電源（ 2.5 5.5V 電源，再 2.5V 時耗電小于 300nA），而且 DS1302 可以編程選擇多種充電電流來隊后備電源進行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電。 顯示驅動采用 MAX7219， MAX7219 是微處理器和共陰極八段八位 LED 數碼管顯示、圖條 /柱圖顯示或 64 點陣顯示接口的小型串行輸入 /輸出芯片。片內包括 BCD 譯碼器 、多路掃描控制器、字和位驅動器和 8 8 靜態 RAM。外部只需要一個電阻設置所有 LED 顯示器字段電流。 MAX7219 和微處理器只需三根導線連接，每位顯示數字有一個地址由微處理器寫入。允許使用者選擇每位是 BCD 譯碼或不譯碼。使用者還可選擇停機模式、數字亮度控制、從 1 8 選擇掃描位數和對所有 LED 顯示器的測試模式。 顯示模塊采用普通的 共陰極四位一體八段 LED 數碼管 。 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 7 頁 共 25 頁 第三章 硬件設計 3.1 系統硬件概述 3.1.1 主控制器 AT89C51 ATMEL 公司生產的 AT89C51 單片機采用高性能的 靜態 80C51 設計，并 采用先進工藝制造，還帶有非易失性 Flash 程序存儲器。它是一種高性能、低功耗的 8 位 CMOS 微處理芯片，市場應用最多。其主要特點如下： 8KB Flash ROM，可以擦除 1000 次以上，數據保存 10 年。 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 8 頁 共 25 頁 256 字節內部 RAM； 電源控制模式 ； 時鐘可停止和恢復； 空閑模式 ； 掉電模式 ； 6 個中斷源 ； 4 個中斷優先級 ； 4 個 8 位 I/O 口 ； 全雙工增強型 TUAR； 3 個 16 位定時 /計數器： T0、 T1(標準 80C51)和增加的 T2（捕獲和比較） 全靜態工作方式： 0 24MHZ 3.1.2 時鐘電路 DS1302 DS1302 的性能特性 : 實時時鐘，可對秒、分、時、日、周、月以及帶閏年補償的年進行比較； 用于高速數據暫存的 31*8 位 RAM； 最少引腳的串行 I/O； 2.5 5.5V 電壓工作范圍； 2.5V 時耗小于 300nA； 用于時鐘或 RAM 數據讀 /寫的單字節或多字節（脈沖方式）數據傳送方式； 簡單的三線接口； 可選的慢速充電（至 Vcc1）的能力。 DS1302 在任何數據傳送時必須先初始化，把 RST 腳置為高電平，然后把 8 位地址和命令字裝入移位寄存器，數據在 SCLK 的上升沿被訪問到。在開始 8 個時鐘周期，把命令字節裝入移位寄存器后，另外的時鐘周期在讀操作時輸出數據，在寫操作時寫入數據。時鐘脈沖的個數在單字節方式下為 8+8，在多字節方式下為 8+字節數，最大可達 248 字節數。如果在傳送過程中置 RST 腳為低電平，則會終止本次數據傳送，并且 I/O 引腳變為華東交通大學理工學院課程設計報告 第 9 頁 共 25 頁 高阻態。上電運行時，在 Vcc2.5V 之前， RST 腳必須保持低電平。只有在SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。 DS1302 的控制字如 表 所示。控制字節的最高有效位（位 7）必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數據寫入到 DS1302 中。位 6 如果為 0， 則表示存取日歷時鐘數據；為 1 則表示存取 RAM 數據。位 5 1（ A4 A0）指示操作單元的地址。最低有效位（位 0）如果為 0，則表示藥進行寫操作；為 1 表示進行讀操作。控制字節總是從最低位開始輸入 /輸出 。 為了提高對 32 個地址尋址能力（地址 /命令位 1 5=邏輯 1） ,可以把時鐘 /日歷或 RAM 寄存器規定為多字節（ burst）方式。位 6 規定時鐘或 RAM，而位 0 規定讀或寫。在時鐘 /日歷寄存器中的地址 9 31 或 RAM 寄存器中的地址 31 不能存儲數據。在多字節方式下，讀或寫從地址 0 的位 0 開始。必須按數據傳送的次序寫最先的 8 個寄存 器。但是，當以多字節方式寫 RAM時，為了傳送數據不必寫所有的 31 字節，不管是否謝了全部 31 字節，所寫的每一字節都將傳送至 RAM。 表 3.1 DS1302 控制字 DS1302 共有 12 個寄存器，其中有 7 個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數據位為 BCD 碼形式。其日歷、時間寄存器及其控制字如 上 表所示，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作。 時鐘暫停：秒寄存器的位 7 定義位時鐘暫停位。當它為 1 時， DS1302停止振蕩，進入低功耗的備份方式，通常在對 DS1302 進行寫操作時（如進入時鐘調整程序） ,停止振蕩。當它為 0 時， 時鐘將開始啟動。 AM-PM/12-24 小時方式：小時寄存器的位 7 定義為 12 或 24 小時方式選擇位。它為高電平時，選擇 12 小時方式。在此方式下，位 5 為第二個 10小時位（ 20 23h）。 DS1302 的晶振選用 32768Hz，電容推薦值為 6pF。因為振蕩頻率較低，華東交通大學理工學院課程設計報告 第 10 頁 共 25 頁 也可以不接電容，對計時精度影響不大。 3.1.3 顯示驅動 MAX7219 MAX7219 和單片計算機連接有三條引線（ DIN、 CLK、 LOAD），采用 16 位數據串行移位接收方式 八位 LED 顯示、圖條 /柱圖顯示或 64 點陣顯示 包括 BCD 譯碼器、多路掃描控制器、字和位驅動器和 8 8 靜態RAM 可選擇停機模式、數字亮度控制、從 1 8 選擇掃描位數和對所有LED 顯示器的測試模式 最多能驅動 8 位 LED 顯示器 內部 RAM 地址 01 08H 分別對應于 DIG0 DIG7。 掃描界限寄存器（地址 0BH）：該寄存器中 D0 D3 位數據設定值為 0 7H，設定值表示顯示器動態掃描個數位 1 8。 停機寄存器（地址 0CH）：當 D0=0 時， MAX721 處于停機狀態；當 D0=1 時，處于正常工作狀態。 顯示測試寄存 器（地址 0FH）：當 D0=0 時， MAX7219 按設定模式正常工作；當 D0=1 時，處于測試狀態。在該狀態下，不管MAX7219 處于什么模式，全部 LED 將按最大亮度顯示。 亮度寄存器（地址 0AH）：亮度可以用硬件和軟件兩種方法調節亮度寄存器中的 D0 D3 位可以控制 LED 顯示器的亮度。 MAX7219 通過 D11 D84 位地址位譯碼 ,可尋址 14 個內部寄存器 ,分別是 8 個 LED 顯示位寄存器 ,5 個控制寄存器和 1 個空操作寄存器。 LED 顯示寄存器由內部 8 8 靜態 RAM 構成 ,操作者可直接 對位寄存器 進行個別尋址 , 以刷新和保持數據 , 只要 V 超過 2 V(一般為 5V)。 控制寄存器包括 : 譯碼模式 , 顯示亮度調節 , 掃描限制 (選擇掃描位數 ),關斷和顯示測試寄存器。 MAX7219 的驅動程序首先必須對 5 個控制寄存器初始設置即初始化 , 各控制寄存器設置含義如下 :譯碼模式選擇寄存器 (地址 F9H)；MAX7219 有兩種譯碼方式 :B 譯碼方式和不譯碼方式。當選擇不譯碼時 , 8 個數據為分別一一對應 7 個段和小數點位 ；B 譯碼方式是 BCD 譯碼 ,直接送數據就華東交通大學理工學院課程設計報告 第 11 頁 共 25 頁 可以顯示。實際應用中可以按位設 置選擇 B 譯碼或是不譯碼方式。 掃描限制寄存器 : 地址 FBH；用于設置顯示的 LED 個數 ( 1 8 ) , 比如當設置為 0xX4 時 ,LED 05 顯示。 亮度調節寄存器 : 地址 FAH；共有 16 級選擇 ,用于 LED 顯示亮度的強弱設置。 關斷模式寄存器 :地址 FCH；有兩種模式選擇 :一種是關斷狀態模式(D0 0)；一種是正常操作狀態 (D0 1),通常選擇正常操作狀態。 顯示測試寄存器 :地址 FFH；有兩種選擇用于設置 LED 是測試狀態還是正常操作狀態 :當在測試狀態時 (D0 1)各 位全應亮 ,一般選擇正常操作狀態（ D0 0）。 3.2 主要單元電路的設計 3.2.1 顯示電路 顯示部分采用普通的共 陰 數碼管顯示，采用動態掃描，以減少硬件電 表 3.2 MAX7219 引腳功能 路。 年月日時分秒星期共需要 17 位數碼顯示， 考慮到一次掃描 17 位數碼 管顯示時會出現閃爍情況， 故采用動態掃描，可將數碼管數量減少至 9 位， 也就是兩個四位一體八段 LED 顯示數碼管和一個一位 LED 數碼管 設計時數碼管同時掃描，顯示時采用串行口輸出段碼，用 MAX7219 驅動數碼管 。 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 12 頁 共 25 頁 圖 3.2 MAX7219 主要引腳 3.2.2 鍵盤接口 鍵盤在單片機系統中是一個很重要的部件。為了輸入數據、查詢和控制系統的工作狀態，都要用到鍵盤，鍵盤是人工干預計算機的主要手段。 鍵盤可分為編碼和非編碼鍵盤兩種。編碼鍵盤采用硬件線線路來實現鍵盤編碼，每按下一個鍵，鍵盤能自動生成按鍵代碼，鍵數較多，而且還具有去抖動功能。這種鍵盤使用方便，但硬件較復雜， PC 機所用的鍵盤就屬于這種。非編碼鍵盤僅提供按鍵開關工作狀態，其他工作由軟件完成，這種鍵盤鍵數較少，硬件簡單，一般在單片機應用系統中廣泛使用。此處主要介紹該類非編碼鍵盤及其與 MCS 51 型單片機的接口。 3.2.3 時鐘電路 3.2.3.1 DS1302 工作方式簡介及 數據操作原理 DS1302可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時 , 且具有閏年補償功能 , 工作電壓寬達 2.55.5V。采用三線接口與 CPU進行同步通信 , 并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或 RAM數據。 DS1302內部有一個 33x8的用于臨時性存放數據的 RAM寄存器。 DS1302是的 DS1202升級產品 , 與 DS1202兼容 , 但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳 , 同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 DS1302 時鐘芯片包括實時時鐘 /日歷和 31 字節的靜態 RAM。它經過一個簡單的串行接口與微處理器通信。實時時鐘 /日歷提供秒、分、時、日、周、月和年等信息。對于小于 31 天的月和月末的日期自動進行調整，還包括閏年校正的功能。時鐘的運行可以采用 24時或帶 AM/PM 的 12 小時華東交通大學理工學院課程設計報告 第 13 頁 共 25 頁 格式。采用三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多字節的時鐘信號或 RAM 數據。 DS1302 有主電源 /后備電源雙電源引腳： Vcc1 在單電源與電池供電的系統中提供低電源，并提供低功率的電磁備份； Vcc1 在雙電池系統中提供主電源。在這種運行方式中， Vcc1 里連接到后備電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數據。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 中較打大者供電。當 Vcc2（ Vcc1+0.2V） 時， Vcc2 給 DS1302 供電；當 Vcc2 Vcc1時， DS1302 由 Vcc1 供電。 圖 3.5 DS1302 DS1302 在任何數據傳送時必須先初始化，把 RST 腳置為高電平，然后把 8 位地址和命令字裝入移位寄存器，數據在 SCLK 的上升沿被訪問到。在開始 8 個時鐘周期，把命令字 節裝入移位寄存器后，另外的時鐘周期在讀操作時輸出數據，在寫操作時寫入數據。時鐘脈沖的個數在單字節方式下為 8+8，在多字節方式下為 8+字節數，最大可達 248 字節數。如果在傳送過程中置 RST 腳為低電平，則會終止本次數據傳送，并且 I/O 引腳變為高阻態。上電運行時，在 Vcc2.5V 之前， RST 腳必須保持低電平。只有在SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。 DS1302 的控制字如圖所示。控制字節的最高有效位（位 7）必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數據寫入到 DS1302 中。位 6 如果為 0，則表示存取日歷時鐘數據 ；為 1 則表示存取 RAM 數據。位 5 1（ A4 A0）指示操作單元的地址。最低有效位（位 0）如果為 0，則表示藥進行寫操作；為 1 表示進行讀操作。控制字節總是從最低位開始輸入 /輸出 。 為了提高對 32 個地址尋址能力（地址 /命令位 1 5=邏輯 1） ,可以把時鐘 /日歷或 RAM 寄存器規定為多字節（ burst）方式。位 6 規定時鐘或 RAM，而位 0 規定讀或寫。在時鐘 /日歷寄存器中的地址 9 31 或 RAM 寄存器中華東交通大學理工學院課程設計報告 第 14 頁 共 25 頁 的地址 31 不能存儲數據。在多字節方式下，讀或寫從地址 0 的位 0 開始。必須按數據傳送的次序寫最先的 8 個寄存器。但是，當以多字節方 式寫 RAM時，為了傳送數據不必寫所有的 31 字節，不管是否謝了全部 31 字節，所寫的每一字節都將傳送至 RAM。 DS1302 共有 12 個寄存器，其中有 7 個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數據位為 BCD 碼形式。其日歷、時間寄存器及其控制字如下表所示，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作。 表 3.3 DS1302 控制字 時鐘暫停：秒寄存器的位 7 定義位時鐘暫停位。當它為 1 時， DS1302停止振蕩，進入低功耗的備份方式，通常在對 DS1302 進行寫操作時（如進入時鐘調整程序） ,停 止振蕩。當它為 0 時，時鐘將開始啟動。 AM-PM/12-24 小時方式：小時寄存器的位 7 定義為 12 或 24 小時方式選擇位。它為高電平時，選擇 12 小時方式。在此方式下，位 5 為第二個 10小時位（ 20 23h）。 DS1302 的晶振選用 32768Hz，電容推薦值為 6pF。因為振蕩頻率較低，也可以不接電容，對計時精度影響不大。 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 15 頁 共 25 頁 第四章 軟件設計 4.1 程序設計 電子萬年歷的程序主要包括 3 個方面的內容：一是 DS1302 從單片機中讀取數據進行計數，二是利用按鍵進行時間的調整，三是 MAX7219 從單片機中讀取數據驅動 LED 數碼管顯示時間。 AT89C51 單片機主要 I/O 口的分配， P2.0-P2.2 分別接 MAX7219 的DIN,LOAD,CLK 三個功能端， P3 接查詢式按鍵， P1.0-P1.2 分別接 DS1302 的CLK， IO， RST 端。 4.2 程序流程圖 4.2.1 顯示驅動程序流程圖 圖 4. 1 MAX7219 顯示驅動程序流程圖 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 16 頁 共 25 頁 4.2.2 時間控制流程圖 圖 4.2 DS1302 時控流程圖 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 17 頁 共 25 頁 第五章 程序清單 #include #include intrins.h #define uint unsigned char #define uint unsigned int uchar xingqi,nian,yue,ri,xiaoshi,fen,miao； uchar nianh,nianl,yueh,yuel,rih,ril,xiaoshih,xiaoshil,fenh,fenl,miaoh,miaol； uchar dd=2；sbit clk=p10； sbit dat=p11；sbit rst=p12； sbitA0=ACC0；sbitA1=ACC1； sbitA2=ACC2；sbitA3=ACC3； sbitA4=ACC4；sbitA5=ACC5； sbitA6=ACC6；sbitA7=ACC7； sbit p30=p30； sbit p31=p31； sbit p32=p32； sbit p33=p33； sbit p34=p34； sbit p35=p35； sbit p36=p36； sbit p37=p37； sbit date=p20； sbit load=p21；sbit clkk=p22； uchar bdata bitmsb； sbit m7=bitmsb7； uchar x,y,c； bit flag=0； bit flagh=1； uchar code tab=0xff, /任意數 0x06,/*1*/ /共陰數碼管 0x5B,/*2*/ 0x4F,/*3*/ 0x66,/*4*/ 0x6D,/*5*/ 0x7D,/*6*/ 0x07,/*7*/ 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 18 頁 共 25 頁 ； uchar code tab2=0x7e,ox30,ox6d,ox7,ox33, ox5b,ox5f,ox70,ox7f,ox7b； /max7219,09 的字庫 uchar code tab1=ox00,ox01,ox02,ox03,ox04,ox05,ox06,ox07, ox08,ox09,ox010,ox11,ox12,ox13,ox14,ox15,ox16,ox17,ox18,ox19,ox20,ox21,ox22,ox23,ox24,ox25,ox26,ox27,ox28,ox29,ox30,ox31,ox32,ox33,ox34,ox35,ox36,ox37,ox38,ox39,ox40,ox41,ox42,ox43,ox44,ox45,ox46,ox47,ox48,ox49,ox50,ox51,ox52,ox53,ox54,ox55,ox56,ox57,ox58,ox59,ox60； void send(void) uchar count； bitmsb=x； for(count=0；count8；count+) if(m7) clkk=0； date=1； -nop-（）； clkk=1； else clkk=0； date=0； nop-（）； clkk=1； bitmsb0； i-) dat=A0； clk=1； clk=0； ACC=ACC=1； void OutputByte(void) /從 DS1302 中讀出 i 個數據 uchar i； dat=1； for(i=8；i0；i-) ACC=ACC1； A7=dat； clk=1； clk=0； dd=ACC； 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 20 頁 共 25 頁 void Write(uchar addr,uchar num) rst=0； clk=0； rst=1； InputByte(addr)； /寫地址 InputByte(num)； /寫數據 clk=1； rst=0； rst=0； clk=0； rst=1； InputByte()； clk=1； rst=0； /初始化設置時間， 2008 年 5 月 27 號， 23 時 58 分 00 秒 void main(void) uchar i； uint xt=0； uchar fen1,fen2,fen3,fen4； p3=oxff； Disable WP()； /非寫保護 WriteSec(ox00)； /秒 WriteMin(ox58)； /分 WriteHr(ox23)； /時 WriteDay(ox27)； /日 WriteMn(ox05)； /月 WriteYs(ox08)； /年 WriteWe(ox02)； /星期 /7219 設置 ready()； for(i=0；i222；i+)； for(i=0；i=4； nian=fen3*10+fen2； nianh=nian/10； nianl=nian%10； Read(ox89)； /讀月數據 fen1=dd； fen2=fen1&oxof； fen3=fen1&oxfo； fen34； yue=fen3*10+fen2； yueh=yue/10； yuel=yue%10； Read(ox87)； /讀日數據 fen1=dd； fen2=fen1&oxof； fen3=4； ri=fen3*10+fen2； rih=ri/10； ril=ri%10； Read(ox85)； /讀小時數據 fen1=dd； fen2=fen1&oxof； fen3=fen1&oxfo； fen3=4； xiaoshi=fen3*10+fen2； xiaoshih=xiaoshi/10； xiaoshil=xiaoshi%10； Read(ox83)； /讀分數據 fen1=dd； fen2=fen1&oxof； fen3=fen1&oxfo； 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 22 頁 共 25 頁 fen34； fen=fen3*10+fen2； fenh=fen/10； fenl=fen%10； Read(ox81)； /讀秒數據 fen1=dd； miaoh=miao/10； miaol=miao%10； xingqi+； if(flag) Read(ox89)； /讀月數據 fen1=dd； fen2=fen1&oxof； fen3=fen1&oxf0； fen34； yue=fen3*10+fen2； yue+； if(yue=13) yue=1； WriteMn（ tab1yue)； while(p32=0)； if(p33=0) /日 if(flag) Read(ox87)； /讀日數據 fen1=dd； fen2=fen1&oxof； fen3=fen1&oxf0； fen3=4； ri=fen3*10+fen2； ri+； if(ri=32) ri=1； WriteDay(tab1ri)；/ri while(p33=0) ； 華東交通大學理工學院課程設計報告 第 23 頁 共 25 頁 if(p34=0) /小時 if(flag) Read(ox85)； /讀小時數據