湖北文理学院
单片机课程设计
题目:用51单片机实现电子时钟
院部物理与电子信息工程学院
专业名称电子信息科学与技术
班级 1111
姓名杨庆月
指导教师李刚
2013年12月09日
目录
摘要:单片计算机即单片微型计算机。由 RAM ,ROM,CPU构成,定时,计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小,成本低,功能强,广泛应用于智能产业和工业自动化上。而 51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次课程设计通过对它的学习,应用,从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。
本设计主要设计了一个基于 AT89C52单片机的电子时钟。并在 1602上显示相应的时间。并通过一个控制键用来实现时间的调节和是否进入省电模式的转换。
功能
关键字:单片机;子时钟;键盘控制;LCD1602。
1 单片机识的相关知识
1.1 单片机简介
MCS-51是 INTEL公司在成功推广的 MCS-48单片机基础上加以改进而成的 8位单片机。
这种单片机大约是上世纪 70年代末推出的,内部程序可重写的为8751,外扩程序的是 8031,一次性生产,不可改变程序的是 8051。外形一般为 DIP40封装。不久又推出了增强型的 8052,其资源更加丰富。以后又采用 CHMOS技术推出了 80c51,耗电大大降低。到了 90年代,INTEL公司把精力放到更赚钱的计算机上,将 51单片机技术转让给了一此其它公司,如 ATMEL Philips等半导体制造公司,使 51系列单片机的市场份额不断扩大。
尽管十多年前就有人认为 51单片机会很快淘汰,但事实证明 51单片机经过不断的改进后,由于技术成熟,使用方便,至今在 8位单片机市场仍然拥有庞大的用户。特别是 MCS-51技术的 20年专利期限到期后,大量的兼容型号不断推出。从上世纪 90年代后期开始,美国 ATMEL公司在掌
握快速擦写的存储器后,推出了 AT89C系列,此系列在中国获得了广泛的应用。
在此之前,由于可擦写的 8751价格昂贵,国内长时间采用
8031+27C64这样的外扩存程序储器方式。
51单片机最初只有 DIP40这种很古老的封装,后来推出了 CHMOS工艺的80C51后开始有了 PLCC44这种相对较小的方形封装。AT89C系列中开始有 20脚的 DIP20的精简型封装,这极大方便了在一些相对简单的单片机应用,缩小了 PCB的体积。20脚的有 AT89C1051、AT89C1051、AT89C1051,对应程序存储器分别为 1K、2K、4K。
标准的 51为 4K程序空间,128字节的 RAM,32条端口,5个中断,2个定时计数器,12个时钟周期执行一条基本指令,最长的除法为 48个周期。52为 8K程序空间,256字节的 RAM,32条端口,6个中断,3个定时
计数器。AT89S51是可在板上直接下载程序的改进型号,并增加了看门狗功能,AT89C51只能在编程器下写入程序,所以经常会有人在 PCB上安装IC插座,以便取下来编程更新程序。
AT的 51系列后来也推出了单周期的 51,但价格没什么优势,国内很少使用。最近几年宏晶在国内大量推广 STC51系列单片机,最近又推出不少所谓 1T的单片机,价格较低
STC采用串口直接下载程序,写入程序很方便。
1.2 单片机的特点
1 . 单片机的存储器ROM 和RAM 时严格区分的。ROM 称为程序存储器,只存放
程序,固定常数,及数据表格。RAM 则为数据存储器,用作工作区及存放用户数
据。
2 . 采用面向控制的指令系统。为满足控制需要,单片机有更强的逻辑控制能力,
特别是单片机具有很强的位处理能力。
3 . 单片机的IO 口通常时多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限,为了
解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾,采用了引脚功能复用的方法,引脚处于
何种功能,可由指令来设置或由机器状态来区分。
4 . 单片机的外部扩展能力很强。在内部的各种功能部件不能满足应用的需求
时,均可在外部进行扩展,与许多通用的微机接口芯片兼容,给应用系统设计带
来了很大的方便。
1.3 89C52单片机介绍
P0 口:P0 口为一个8 位漏级开路双向IO 口,每脚可吸收8TTL 门电流。当
P1 口的管脚第一次写1 时,被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储
器,它可以被定义为数据地址的第八位。在FIASH 编程时,P0 口作为原码输入
口,当FIASH 进行校验时,P0 输出原码,此时P0 外部必须被拉高。
P1 口:P1 口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向IO 口,P1 口缓冲器能接
收输出4TTL 门电流。P1 口管脚写入1 后,被内部上拉为高,可用作输入,P1
口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH
编程和校验时,P1 口作为第八位地址接收。
P2 口:P2 口为一个内部上拉电阻的8 位双向IO 口,P2 口缓冲器可接收,输出4 个TTL 门电流,当P2 口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且
作为输入。并因此作为输入时,P2 口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由
于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器
进行存取时,P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优
势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2 口输出其特殊功能寄存器的
内容。P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3 口:P3 口管脚是8 个带内部上拉电阻的双向IO 口,可接收输出4 个TTL
门电流。当P3 口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输
入,由于外部下拉为低电平,P3 口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3 口也可作为AT89C52 的一些特殊功能口,如下表所示:
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0)P3.3 INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0 外部输入)P3.5 T1(记时器
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)
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。
ALEPROG: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。在平时,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16。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。
EAVPP:当EA 保持低电平时,则在此期间外部程序存储(0000H-FFFFH),
管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时, EA 将内部锁定为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)。
2 电子时钟
2.1 电子时钟的基本特点
现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子钟、石英
钟、石英表都采用了石英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要
经常调试,数字式电子钟用集成电路计时时,译码代替机械式传动,用用液晶显
示器代替指针显示进而显示时间,减小了计时误差,这种表具有时、分、秒显示
时间的功能,还可以进行时和分的校对,片选的灵活性好。
2.2 电子时钟的原理
该电子时钟由89C52,1602 液晶等构成,采用晶振电路作为驱动电路,由延时程序和循环程序达到时分秒的计时,六十秒为一分钟,六十分钟为一小时,满二十四小时为一天。而电路中有四个控制按键,一个是选择,一个进行加数,一个进行减数,还有一个保存。例如按下选择键,然后1602显示光标,此时可以用加或减来进行调节,在按下选择键,光标移到不同的单位上,同理进行调节,最后待日期时间调节好后,按下保存键,时钟
开始计时。
3 控制系统的硬件设计
3.1 单片机型号的选择
通过对51单片机的学习,认为STC89C52 是最理想的电子时钟开发芯片。STC89C52,最终认为89C52是一种带8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS8位微处理器,器件采用高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-52指令集和输出引脚相兼容。还有一点重要原因,就是采用AT89C52时不能用开发板进行程序的下载,所以最终选用STC89C52进行设计。
3.2 1602 工作原理及显示电路
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VCC(15 脚)和地线GND(16 脚),其控制原理与14 脚的LCD 完全一样
1602液晶的基本的操作分为以下四种:
状态字读操作:输入RS=低、RW=高、EP=高;输出:DB0~7 读出为状态字;数据读出操作:输入RS=高、RW=高、EP=高;输出:DB0~7 读出为数据;指令写入操作:输入RS=低、RW=低、EP=上升沿;输出:无;
数据写入操作:输入RS=高、RW=低、EP=上升沿;输出:无。
如图 1602模块的引脚
LCD1602正面
LCD1602背面
1602与单片机连接图
3.3 键盘电路设计
本时钟采用四个按键控制,一个(实物图蓝色线24号引脚)是选择,一个进行加数(实物图紫色线25号引脚),一个进行减数(实物图灰色线26号引脚),还有一个保存(实物图白色线27号引脚)。例如按下选择键,然
后1602显示光标,此时可以用加或减来进行调节,在按下选择键,光标移到不同的单位上,同理进行调节,最后待日期时间调节好后,按下保存键,时钟开始计时。
3.4 复位电路设计
单片机复位有上电复位和手动复位两种方式,上电复位是接通电源后利用RC充电来实现复位。手动复位是通过人为干预,强制系统复位。
连接至9号复位引脚复位电路如图所示,可以实现上电复位和手动复位功能。
3.5 时钟电路设计
系统时钟源由内部时钟方式产生,时钟电路由12MH晶振和两个30PF 瓷片电容组成,构成自激振荡,形成振荡源提供给单片机。电容可在5PF 到30PF之间选择,电容的大小对振荡频率有微小影响,可起频率微调作用。
3.6整体电路原理图
4 控制系统的软件设计
4.1 程序设计
由于C 语言程序设计较汇编可读性强,可移植性,且可以大大降低编
程的难
度和缩短开发周期,本系统程序采用c 语言设计。
4.2 程序源代码
#include { uchar i,a,b; for(i=0;i for(b=199;b>0;b--) for(a=1;a>0;a--); } *********************************************** 函数功能:判断液晶模块的忙碌状态 返回值:result。result=1,忙碌;result=0,不忙 ************************************************ uchar BusyTest(void) { bit result; RS=0; 根据规定,RS为低电平,RW为高电平时,可以读状态RW=1; E=1; E=1,才允许读写 _nop_(); 空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); 空操作四个机器周期,给硬件反应时间 result=BF; 将忙碌标志电平赋给result E=0; 将E恢复低电平 return result; } ******************************************** 函数功能:写指令 入口参数:dictate ********************************************* void WriteInstruction(uchar dictate) { while(BusyTest()==1); 如果忙就等待 RS=0; 根据规定,RS和RW同时为低电平时,可以写入指令RW=0; E=0; E置低电平(根据表8-6,写指令时,E为高脉冲, 就是让E从0到1发生正跳变,所以应先置"0" _nop_(); _nop_(); 空操作两个机器周期,给硬件反应时间 P0=dictate; 将数据送入P0口,即写入指令或地址 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); 空操作四个机器周期,给硬件反应时间 E=1; E置高电平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); 空操作四个机器周期,给硬件反应时间 E=0; 当E由高电平跳变成低电平时,液晶模块开始执行命令} ********************************************* 函数功能:写数据 入口参数:y(为字符常量) ********************************************** void WriteData(uchar y) { while(BusyTest()==1); RS=1; RS为高电平,RW为低电平时,可以写入数据 RW=0; E=0; E置低电平(根据表8-6,写指令时,E为高脉冲, 就是让E从0到1发生正跳变,所以应先置"0" P0=y; 将数据送入P0口,即将数据写入液晶模块 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); 空操作四个机器周期,给硬件反应时间 E=1; E置高电平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); 空操作四个机器周期,给硬件反应时间 E=0; 当E由高电平跳变成低电平时,液晶模块开始执行命令 } ****************************************** 函数功能:对LCD的显示模式进行初始化设置 ******************************************* void LcdInitiate(void) { uchar num; second=50; minute=27; (0x38); 显示模式设置:16×2显示, 5×7点阵,8位数据接口delay(5); 延时5ms?,给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x38); delay(5); WriteInstruction(0x38); 连续三次,确保初始化成功 delay(5); WriteInstruction(0x0c); 显示模式设置:显示开,无光标, 光标不闪烁 delay(5); WriteInstruction(0x06); 显示模式设置:光标右移,字符不移delay(5); WriteInstruction(0x01); 清屏幕指令,将以前的显示内容清除delay(5); WriteInstruction(0x80); for(num=0;num<16;num++) 让液晶显示日期 { WriteData(table[num]); delay(5); } WriteInstruction(0x80+0x40); for(num=0;num<14;num++) 让液晶显示时间{ WriteData(table1[num]); delay(5); } TMOD=0x01; 定时器中断初始化 EA=1; ET0=1; TR0=1; } void write_nyr(uchar add,uchar date) { uchar i,j; i=date10; j=date%10; WriteInstruction(0x80+add); WriteData(0x30+i); WriteData(0x30+j); } void write_sfm(uchar add,uchar date) { uchar i,j; i=date10; j=date%10; WriteInstruction(0x80+0x40+add); WriteData(0x30+i); WriteData(0x30+j); } void write_week(uchar add,uchar date) { WriteInstruction(0x80+add); WriteData(0x30+date); } bit leap_year() { int leap; if((year%4==0&&year%100!=0)||year%400==0) leap=1; 是闰年 else leap=0; 非闰年 return leap; } void keyscan() { if(s1==0) 第一个键是否按下