畢業設計-基于89c51單片機的電子時鐘設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 據 。位 5至位 1指示操作單元的地址 。最低有效位 (位 0)如為 0表示要進行寫操作，為 1表示進行讀操作，控制字節總是從最低位開始輸出。 在控制指令字輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時，數據被寫入 DS1902，數據輸入從低位即位 0 開始。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下一個 SCLK脈沖的下降沿讀出 DS1302的數據，讀出數據時從低位 0 位到高位 7。 DS1302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見表 1。此外， DS1302 還有年第 16 頁 共 50 頁 16 份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發寄存器及與 RAM 相關的寄存器等。時鐘突發寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內容。 DS1302與 RAM 相關的寄存器分為兩類：一類是單個 RAM 單元，共 31 個，每個單元組態為一個 8 位的字節，其命令控制字為 C0H～ FDH，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作；另一類為突發方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM的 31 個字節， 命令控制 字為 FEH(寫 )、 FFH(讀 )。 DS1302 與 CPU 的連接需要三條線，即 SCLK(7)、 I/O(6)、 RST(5)。 DS1902與 89C2051 的連接圖，其中， 時鐘的顯示用 LED。 DS1302 與 CPU 的連接 ， 實際上，在調試程序時可以不加電容器，只加一個 的晶振即可。只是選擇晶振時，不同的晶振，誤差也較大。另外，還可以在上面的電路中加入 DS18B20，同時顯示實時溫度。只要占用 CPU 一個口線即可。 LED 還可以換成 LCD，還可以使用北京衛信杰科技發展有限公司生產的10 位多功能 8 段液晶顯示模塊 LCM101，內含看門狗 (WDT)/時鐘發生器及兩種頻率的蜂鳴器驅動電路，并有內置顯示 RAM，可顯示任意字段筆劃，具有 3－ 4 線串行接口，可與任何單片 機、 IC 接口。功耗低，顯示狀態時電流為 2μA ( 典型值 )，省電模式時小于 1μA ，工作電壓為 ～ ，顯示清晰。 DS1302的實時時間流程。根據流程框圖，不難采集實時時間。下面對 DS1302的基本操作進行編程： 根據本人在調試中遇到的問題，特作如下說明： DS1302 與微處理器進行數據交換時，首先由微處理器向電路發送命令字節，命令字節最高位 MSB(D7)必須為邏輯 1，如果 D7=0，則禁止寫 DS1302，即寫保護；D6=0，指定時鐘數據， D6=1，指定 RAM 數據； D5～ D1 指定輸入或輸 出的特定寄存器；最低位 LSB(D0)為邏輯 0，指定寫操作 (輸入 )， D0=1，指定讀操作 (輸出 )。 在 DS1302 的時鐘日歷或 RAM 進行數據傳送時， DS1302必須首先發送命令字節。若進行單字節傳送， 8 位命令字節傳送結束之后，在下 2 個 SCLK 周期的上升沿輸入數據字節，或在下 8個 SCLK 周期的下降沿輸出數據字節。 DS1302 與 RAM 相關的寄存器分為兩類 :一類是單個 RAM 單元，共 31 個，每個單元組態為一個 8位的字節，其命令控制字為 C0H～ FDH，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作；再一類為突發 方式下的 RAM 寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的 RAM 的 31個字節。 要特別說明的是備用電源 B1，可以用電池或者超級電容器 ( 以上 )。雖然 DS1302 在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長時間保證時鐘正常，最好選用小型充電電池。可以用老式電腦主板上的 充電電池。如果斷電時間較短 (幾小時或幾天 )時，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。 100 μF 就第 17 頁 共 50 頁 17 可以保證 1 小時的正常走時。 DS1302 在第一次加電后，必須進行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調整時間。 DS1302 存在時鐘精度 不高，易受環境影響，出現時鐘混亂等缺點。 DS1302 可以用于數據記錄，特別是對某些具有特殊意義的數據點的記錄，能實現數據與出現該數據的時間同時記錄。這種記錄對長時間的連續測控系統結果的分析及對異常數據出現的原因的查找具有重要意義。傳統的數據記錄方式是隔時采樣或定時采樣，沒有具體的時間記錄，因此，只能記錄數據而無法準確記錄其出現的時間；若采用單片機計時，一方面需要采用計數器，占用硬件資源，另一方面需要設置中斷、查詢等，同樣耗費單片機的資源，而且，某些測控系統可能不允許。但是，如果在系統中采用時鐘芯片 DS1302，則能很好地解決這個問題。 第 18 頁 共 50 頁 18 4 系統的軟件設計 電子萬年歷的功能是在程序控制下實現的。該系統的軟件設計方法與硬件設計相對應，按整體功能分成多個不同的程序模塊，分別進行設計、編程和調試，最后通過主程序將各程序模塊連接起來。這樣有利于程序修改和調試，增強了程序的可移植性。 主程序 主程序如圖 41所示： 圖 41 主程序圖 開始 讀年、月、日 送第一塊 LED 顯示 讀星期、閏、年、日 送第二塊 LED 顯示 讀 時、分、秒 送第三塊 LED 顯示 返回 第 19 頁 共 50 頁 19 從 1302 讀取日期和時間程序 圖 42 從 1302讀取程序 第 20 頁 共 50 頁 20 5 PROTEUS 使用 編程環境 PROTEUS PROTEUS 軟件是由英國 LabCenter Electronics 公司開發的 EDA 工具軟件，由 ISIS 和 ARES 兩個軟件構成，其中 ISIS 是一款便捷的電子系統仿真平臺軟件，ARES 是一款高級的布線編輯軟件，它集成了高級原理布線圖、混合模式 SPICE電路仿真、 PCB 設計以及自動布線來實現一個完整的電子設計。 用 PROTEUS ISIS 對電子萬年歷的硬件電路設計 通過 PROTEUS ISIS 軟件的 VSM（虛擬仿真技術），用戶可以對模擬電路、數字電路、模數混合電路，以及基于微控制器的系統連同所有外圍接口電子元器件一起仿真。 用 PROTEUS ISIS 設計硬件電路的過程 ① 選擇設計圖紙的到小 根 據設計所使用到元器件的多少，選擇合適大小的設計圖紙，操作是單擊菜單欄上的 System→ Set Sheet Size ，然后彈出如圖 51所示的對話框，從中選擇合適大小的圖紙，也可以選擇 User 進行圖紙的自定義設置。在設計過程中也可以通過此方法調整圖紙的大小。 圖 51 ② 選取仿真所 需的元器件 選取元器件的方式是，單擊如圖 52 所示的按鈕“ P”。會彈出如圖 53 所示的窗口。 第 21 頁 共 50 頁 21 圖 52 圖 53 從此窗口的左上角的“ Keywords”中輸入電子萬年歷設計用到的器件，如輸入“ AT89C51”，在中間會列出帶有輸入關鍵字的元器件，選擇合適的元器件并雙擊它，則已經選擇好了該元器件。然后再在“ Keywords”中輸入其他所需的元器件，用同樣的方法進行操作。最后選擇好所有的元器件如圖 54 所示。 第 22 頁 共 50 頁 22 圖 54 所用器件 其中 74LS174 表示三個串行接口， AT89C51 代表單片機會， DS1302 代表時鐘芯片， RESPACK8 代表八排電阻。 ③ 把元器件放到圖紙的合適位置，進行布線 單擊如圖 54 所示的元器件 AT89C51，再在右邊圖紙上單擊，就把元器件放入到了圖紙上。再用同樣的方法把 ds1302 放入到圖紙的合適位置。如果元器件放置錯誤，這可通過兩次右擊刪除所放置的元器件，如果位置放得不理想，可以先右擊該器件，然后按住左鍵進行移動。在布線之前，如果覺得元器件的引腳的方向不好布線，則可以通過單擊 這四個按鈕進行調整，這四按鈕的意思分別是：順時針旋轉 90176。，逆時針旋轉 90176。，沿 Y 軸對稱，沿 X 軸對稱。通過這樣的調整，可以使整個布局合理一些。接著進行布線，由于 PROTEUS ISIS 有自動布線的功能，比如要把 AT89C51 的 P2 口連到 74LS164 的 OUT8 口，只要先在 P2引腳上單擊一下，再在 OUT8 引腳上單擊，則 ISIS 自動將兩個引腳連上線。 第 23 頁 共 50 頁 23 圖 55 at89c51與 ds1302的連接 ISIS 還提供了網絡布線，即不使用線連接也可以把兩個引腳虛擬的連接了起來。具體操作是：單擊要連線的一個引腳，連出適當的距離后雙擊，另一個引腳也 同樣操作，在單擊如圖 65 所示的“ LBL”按鈕，再在圖中 引腳的 A處單擊，在彈出的窗口中的“ String”中填入名稱，如“ A” ，對 OUT7 引腳進行同樣的操作，在“ String”中也填入名稱“ A”，這樣就完成了 引腳與 RES引腳的網絡連接，這個好處避免兩個距離比較遠的器件進行真實線的連接，使布線美觀。 ④ 編輯窗口連接端子 要讓最后的設計成功仿真時，必須放置并連接端子。選擇 ，從中可以選擇電路原理中的兩個通用的端子，一個是接地，一個是電源。 如圖 56所示。 圖 56 連接端子 第 24 頁 共 50 頁 24 在 PROTEUS ISIS 中的最終設計圖如圖 57所示 圖 57仿真圖 最后分別對各元器件的屬性值進行設置，單擊 按鈕，進行電氣檢測，查看接線是否合理，說明硬件電路已經順利的完成。 用 PROTEUS ISIS 進行電子萬年歷的仿真測試 ① 添加 Keil 中編寫的代碼文件 單擊工具欄中的 Source→ Add/Remove Source files...，彈出一個對話框，分別單擊“ New” ，然后選擇在 Keil 中編寫的數字電壓表 .ASM 匯編語言程序，單擊“ OK” ，完成添加代碼文件。 ② 編譯源程序，生成 .HEX 目 標代碼文件 單擊 Source→ Build All。如果編譯結果沒有錯誤，會出現如圖 58所示的結果。 第 25 頁 共 50 頁 25 圖 58 ③ 加載 .HEX 目標代碼文件 通過如圖 59 所示的對話框，選擇剛才編譯生成的 .HEX 文件。設置使單片機的運行頻率為 6MHz 。 圖 59 ④ 單擊 按鈕，進行對電子萬年歷的仿真測試， 運行結果如圖 510所示 第 26 頁 共 50 頁 26 圖 510仿真測試 ⑤ PROTEUS 的調試功能 由于使用的是匯編語言編寫的程序，如果在測量的時候測量值顯示錯誤，說明程序中存在問題，這個問題只用在仿真測量的時候才能被發現， 這時可以使用PROTEUS 對程序進行調試。單擊 按鈕，再單擊菜單欄中的 Debug，可以在最下面選擇打開內存觀察窗口，寄存器值觀察窗口，匯編語言源代碼窗口等等。在匯編語言源代碼窗口中，也可以在所需要設置斷點的語句前雙擊設置斷點，當設置斷點的時候，程序運行到所設斷點處停止，從而可以在內存、寄存器等的值的變化，從而找出程序出錯的地方。 第 27 頁 共 50 頁 27 結論 本課題從理論到實際應用，用 AT89C51 單片機與 8 位模數轉換芯片 74LS164等一些電路的組合，成功的設計出了一個電子萬年歷。而且 所設計的 電子萬年歷設計 也按當初要求的能夠在 PROTEUS 中進行仿真，并且能夠很精確的顯示年歷。可以說該電子萬年歷具有很高的實用價值。 在軟件設計的過程中，利用了 Keil 這個軟件在程序錄入和調試的時候的優越性，讓我能夠在編寫軟件的時候很方便的發現軟件中的錯誤，現在已經能夠使用 Keil 對所設計的程序進行調試。對于 PROTEUS 這款軟件，也能熟練掌握電路設計仿真。由于平時沒有接觸過這兩個軟件，加上畢業設計的時間有限，對于他們的連接調試程序，未能熟練掌握，但以后有機會的話會再好好學習的。 本次設計的 電子萬年歷 也存在的不足的地方，有待于以 后的改進。 第 28 頁 共 50 頁 28 致謝