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文檔簡介
1、<p> 基于單片機(jī)的電子鐘的設(shè)計(jì)</p><p> 重慶XXX大學(xué)畢業(yè)論文</p><p><b> 學(xué)生姓名:</b></p><p><b> 指導(dǎo)教師: </b></p><p> ?! I(yè):機(jī)電一體化</p><p><b> 二O
2、一二年四月</b></p><p><b> 摘 要</b></p><p> 20世紀(jì)末電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展,在其推動下,現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個(gè)領(lǐng)域,有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高,同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高,產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。</p><p> 現(xiàn)代生活的人們越來越
3、重視起了時(shí)間觀念,可以說是時(shí)間和金錢劃上了等號。對于那些對時(shí)間把握非常嚴(yán)格和準(zhǔn)確的人或事來說,時(shí)間的不準(zhǔn)確會帶來非常大的麻煩,所以以數(shù)碼管為顯示器的時(shí)鐘比指針式的時(shí)鐘表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢。數(shù)碼管顯示的時(shí)間簡單明了而且讀數(shù)快、時(shí)間準(zhǔn)確顯示到秒。而機(jī)械式的依賴于晶體震蕩器,可能會導(dǎo)致誤差。</p><p> 數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對“時(shí)”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式機(jī)械鐘。在
4、這次設(shè)計(jì)中,我們采用LED數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒,以24小時(shí)計(jì)時(shí)方式,根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進(jìn)行顯示,利用AT89C51讀取DS1302時(shí)鐘芯片的信息。在此次設(shè)計(jì)中,電路具有顯示時(shí)間的其本功能,還可以實(shí)現(xiàn)對時(shí)間的調(diào)整。數(shù)字鐘是其小巧,價(jià)格低廉,走時(shí)度高,使用方便,功能多,便于集成化而受廣大消費(fèi)的喜愛,因此得到了廣泛的使用。</p><p> 關(guān)鍵字:時(shí)鐘、單片機(jī)、精確</p><p>&
5、lt;b> 目 錄</b></p><p> 摘 要…………………………………………………………………………… 0</p><p> 1 緒 論……………………………………………………………………………… 1</p><p> 1.1數(shù)字電子鐘的背景1</p><p> 1.2數(shù)字電子鐘的意義1&l
6、t;/p><p> 1.3數(shù)字電子鐘的應(yīng)用1</p><p> 1.4系統(tǒng)組成模塊2</p><p> 2 控制模塊…………………………………………………………………………… 3</p><p> 2.1 SCT89C52簡介3</p><p> 2.2管腳及功能3</p><p>
7、; 2.3單片機(jī)的最小系統(tǒng)5</p><p> 2.3.1時(shí)鐘電路5</p><p> 2.3.2復(fù)位及復(fù)位電路5</p><p> 2.4 內(nèi)存狀態(tài)7</p><p><b> 2.4應(yīng)用領(lǐng)域7</b></p><p> 3時(shí)鐘模塊………………………………………………………
8、…………………… 9</p><p> 3.1 時(shí)鐘方法的論證與選擇9</p><p> 3.2 DS1302時(shí)鐘芯片9</p><p> 3.2.1 DS1302簡介9</p><p> 3.2.2 引腳功能及結(jié)構(gòu)9</p><p> 3.2.3 DS1302的控制字節(jié)10</p>
9、<p> 3.2.4 數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O)10</p><p> 3.2.5 DS1302的寄存器10</p><p> 4 顯示模塊……………………………………………………………………………12</p><p> 4.1 顯示方法的論證與選擇12</p><p> 4.2 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)與工作原理12&
10、lt;/p><p> 4.3 7段數(shù)碼管驅(qū)動方法13</p><p> 5系統(tǒng)總體方案……………………………………………………………………… 15</p><p> 5.1系統(tǒng)框架15</p><p> 5.2系統(tǒng)原理圖及功能15</p><p> 5.2.1時(shí)鐘模塊原理圖設(shè)計(jì)15</p>
11、<p> 5.2.2顯示模塊原理圖設(shè)計(jì)16</p><p> 5.2.3調(diào)整模塊原理圖設(shè)計(jì)16</p><p> 附錄1:電路原理圖……………………………………………………………………18</p><p> 附錄2:程序代碼…………………………………………………………………… 19</p><p> 致 謝……………
12、…………………………………………………………………25</p><p> 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………26</p><p><b> 1 緒 論</b></p><p> 1.1數(shù)字電子鐘的背景 </p><p> 20世紀(jì)末電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展,在其推動下,
13、現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個(gè)領(lǐng)域,有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高,同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高,產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時(shí)間對人們來說總是那么寶貴,工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情,當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候,這種遺忘無傷大雅。但是,一旦重要事情,一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。</p><p> 目前,單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著C
14、MOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于,它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能,現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù),是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。</p><p> 單片機(jī)模塊中最常見的是數(shù)字鐘,數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技
15、術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置,與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性,且無機(jī)械裝置,具有更更長的使用壽命,因此得到了廣泛的使用。</p><p> 1.2數(shù)字電子鐘的意義</p><p> 數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對時(shí)、分、秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人、家庭、車站、碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘I钪胁豢缮俚谋匦杵?,由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘
16、的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便,而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動報(bào)警、按時(shí)自動打鈴、時(shí)間程序自動控制、定時(shí)廣播、自動起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動啟用等,所有這些,都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此,研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用,有著非?,F(xiàn)實(shí)的意義。</p><p> 1.3數(shù)字電子鐘的應(yīng)用 </p><p>
17、 數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘I钪斜夭豢缮俚谋匦杵罚瑥V泛用于個(gè)人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所,給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù),使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn),它還用于計(jì)時(shí)、自動報(bào)時(shí)及自動控制等各個(gè)領(lǐng)域。</p><p><b> 1.4系統(tǒng)組成模塊</b></p><p>
18、根據(jù)功能要求及系統(tǒng)分析,此系統(tǒng)由四大模塊組成控制器模塊、顯示模塊、時(shí)鐘模塊、調(diào)整模塊組成,第一節(jié)將介紹控制模塊,以STC89C52為模板,第二節(jié)將對時(shí)鐘模塊進(jìn)行介紹,第三節(jié)介紹顯示模塊,在現(xiàn)在的應(yīng)用中的幾種常見的幾種顯示器件。第四節(jié)將進(jìn)行本設(shè)計(jì)的具體功能和原理。</p><p><b> 2 控制模塊</b></p><p> 2.1 SCT89C52簡介<
19、/p><p> 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支,也是頗具生命力的機(jī)種帶有AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機(jī)。單片機(jī)經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展,正朝著多功能、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格、大存儲容量、強(qiáng)I/O功能及較好的結(jié)
20、構(gòu)兼容性方向發(fā)展。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中,STC 89C52是一種高效微控制器,為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p> 圖2.1 STC89C51外觀 圖2.2 管腳排列</p><p&g
21、t;<b> 2.2管腳及功能</b></p><p> STC89C52有兩種封裝形式,其中一種采用DIP40封裝形式(如圖2.2),其具體管腳功能如其下。</p><p> ?、?主電源引腳(2根)</p><p> VCC(Pin40):電源輸入,接+5V電源</p><p> GND(Pin20):接地線
22、</p><p> ②外接晶振引腳(2根)</p><p> XTAL1(Pin19):片內(nèi)振蕩電路的輸入端</p><p> XTAL2(Pin20):片內(nèi)振蕩電路的輸出端</p><p><b> ?、劭刂埔_(4根)</b></p><p> RST/VPP(Pin9):復(fù)位引腳,引
23、腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p><p> ALE/PROG(Pin30):地址鎖存允許信號</p><p> PSEN(Pin29):外部存儲器讀選通信號</p><p> EA/VPP(Pin31):程序存儲器的內(nèi)外部選通,接低電平從外部程序存儲器讀指令,如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。</p><p>
24、?、芸删幊梯斎?輸出引腳(32根)</p><p> STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口,分別位P0、P1、P2、P3口,每個(gè)口有8位(8根引腳),共32根。</p><p> PO口(Pin39~Pin32):8位雙向I/O口線,名稱為P0.0~P0.7</p><p> P1口(Pin1~Pin8):8位準(zhǔn)雙向I/O口線,名稱為P1.0~P1
25、.7 </p><p> P2口(Pin21~Pin28):8位準(zhǔn)雙向I/O口線,名稱為P2.0~P2.7 </p><p> P3口(Pin10~Pin17):8位準(zhǔn)雙向I/O口線,名稱為P3.0~P3.7</p><p> STC89C52主要功能如表2.1所示。</p><p> 表2.1 STC89C52主要功能</p&
26、gt;<p> 2.3單片機(jī)的最小系統(tǒng)</p><p><b> 2.3.1時(shí)鐘電路</b></p><p> STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器,引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖2.3 (a) 所示,在RXD和TXD引腳上外接定時(shí)元件,內(nèi)部振蕩器
27、就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.2~12MHz之間選擇,電容值在5~30pF之間選擇,電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。</p><p> 外部方式的時(shí)鐘電路如圖2.3(b)所示,RXD接地,TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求,只要求保證脈沖寬度,一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻,產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2,供
28、單片機(jī)使用。</p><p> 示,RXD接地,TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求,只要求保證脈沖寬度,一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻,產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2,供單片機(jī)使用。</p><p> RXD接地,TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求,只要求保證脈沖寬度,一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩
29、分頻,產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2,供單片機(jī)使用。</p><p> ?。╝)內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 (b)外部方式時(shí)鐘電路</p><p><b> 圖2.3時(shí)鐘電路</b></p><p> 2.3.2復(fù)位及復(fù)位電路</p><p><b> ?。?)復(fù)位操作</b></p>
30、;<p> 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H,使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外,當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí),為擺脫困境,也需按復(fù)位鍵重新啟動。</p><p> (2)復(fù)位信號及其產(chǎn)生</p><p> RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效,其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期
31、(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頗率為12MHz的晶振,則復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過2us才能完成復(fù)位操作。</p><p> 產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如圖2.4所示:</p><p> 圖2.4 復(fù)位信號的電路邏輯圖</p><p> 整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(RST)送至施密特觸發(fā)器,再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻對
32、施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣,然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。</p><p> 復(fù)位操作有上電自動復(fù)位相按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的,其電路如圖2.5(a)所示。這佯,只要電源Vcc的上升時(shí)間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位,即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。</p><p> 按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中,按鍵電平復(fù)位是
33、通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的,其電路如圖2.5(b)所示;而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的,其電路如圖2.5(c)所示:</p><p> ?。╝)上電復(fù)位 (b)按鍵電平復(fù)位 (c)按鍵脈沖復(fù)位</p><p><b> 圖2.5復(fù)位電路</b></p><p> 上述電路圖中的電
34、阻、電容參數(shù)適用于12MHz晶振,能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。</p><p><b> 2.4 內(nèi)存狀態(tài)</b></p><p> 機(jī)算計(jì)的存儲器地址空間有兩種結(jié)構(gòu)形式:普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)。51單片機(jī)系列通常采用哈佛結(jié)構(gòu),其特點(diǎn)ROM和RAM被安排在兩個(gè)不同的地址空間,RO和MRAM可以有相同的地址,但CPU訪問ROM和RAM使用的是不同的
35、訪問指令。</p><p> 從物理地址上看,STC89C52單片機(jī)共有4個(gè)存儲空間,即片內(nèi)程序存儲器(簡稱片內(nèi)ROM),片外程序存儲器(簡稱片外ROM),片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(簡稱片內(nèi)RAM),片外數(shù)據(jù)存儲器(簡稱片外RAM)。 </p><p> 由于片內(nèi)和片外程序存儲器是統(tǒng)一編址的,因此從邏輯的地址空間來看,STC89C52系列單片機(jī)只有三個(gè)存儲器空間:程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)儲存器和片外
36、數(shù)據(jù)儲存器。</p><p> 為區(qū)別不同的存儲單元,需要使用不同的編程指令。其中MOV指令用于訪問片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器,MPVC指令用于訪問片外數(shù)據(jù)存儲器。</p><p> 片內(nèi)ROM地址空間為000H-0FFFH(共4KB),片外ROM地址空間為0000H-FFFFH(共64KB)。片內(nèi)RAM地址空間為00H-7符號(共128B),特殊功能寄存器占用片內(nèi)RAM的80H-FFH地址空間(
37、128B),片外RAM地址空間為0000H-FFFFH(64KB)。</p><p><b> 2.4應(yīng)用領(lǐng)域</b></p><p><b> ?。?)家用電器領(lǐng)域</b></p><p> 用單片機(jī)控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字控制電路,使家用電器(如洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱、微波爐、和電視機(jī)等)功能更完善,更加智能化和易
38、于使用。</p><p> ?。?)辦公自動化領(lǐng)域</p><p> 單片機(jī)作為嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代辦公設(shè)備,如計(jì)算機(jī)的鍵盤、磁盤驅(qū)動、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、電話機(jī)和傳真機(jī)等。 </p><p><b> ?。?)工業(yè)自動化</b></p><p> 在工業(yè)控制和機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中,除了采用工控計(jì)算機(jī)外,很多都是以單
39、片機(jī)為核心的單片機(jī)和多機(jī)系統(tǒng)。</p><p> ?。?)智能儀表與集成智能傳感器</p><p> 目前在各種電氣測量儀表中普遍采用了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量系統(tǒng),使得測量系統(tǒng)具有存儲、數(shù)據(jù)處理、查詢及聯(lián)網(wǎng)等智能功能。將單片機(jī)和傳感器相結(jié)合,可以構(gòu)成新一代的智能傳感器。它將傳感器變換后的物理量作進(jìn)一步的變化和處理,使其成為數(shù)字信號,可以遠(yuǎn)距離傳輸并與計(jì)算機(jī)接口。</p>
40、;<p> (5)現(xiàn)代交通與航空航天領(lǐng)域</p><p> 通常應(yīng)用于電子綜合顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)控系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)等。這些領(lǐng)域?qū)w積、功耗、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性的要求往往比商用系統(tǒng)還要高,因此采用單片機(jī)系統(tǒng)更加重要。</p><p><b> 3時(shí)鐘模塊</b></p><p> 3.1 時(shí)鐘方法的論證
41、與選擇</p><p> 案一:利用SCT89C52的定時(shí)中斷進(jìn)行計(jì)時(shí),但此方案的計(jì)時(shí)不精確,對于時(shí)間精度要求高的場合不太適用,所以此設(shè)計(jì)不選用該方案。</p><p> 方案二:利用DS1302時(shí)鐘芯片,利用CPU對其進(jìn)行讀寫,此方案計(jì)時(shí)精度高,相比應(yīng)用范圍廣,所以選用此方案。</p><p> 3.2 DS1302時(shí)鐘芯片</p><p
42、> 3.2.1 DS1302簡介</p><p> DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路,它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí),具有閏年補(bǔ)償功能,工作電壓為2.5V~5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信,并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS13
43、02是DS1202的升級產(chǎn)品,與DS1202兼容,但增加了主電源/后背電源雙電源引腳,同時(shí)提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。</p><p> 3.1 DS1302外觀</p><p> 3.2.2 引腳功能及結(jié)構(gòu)</p><p> DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源,VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下,也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS130
44、2由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí),Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí),DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源,外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線,通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能:首先,RST接通控制邏輯,允許地址/命令序列送入移位寄存器;其次,RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí),所有的數(shù)
45、據(jù)傳送被初始化,允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平,則會終止此次數(shù)據(jù)傳送,I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí),在Vcc>2.0V之前,RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí),才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向),后面有詳細(xì)說明。SCLK為時(shí)鐘輸入端。 下圖為DS1302的引腳功能圖及外部電路的電路圖:</p><p> 3.2 DS1302管腳排列 &
46、lt;/p><p> 3.2.3 DS1302的控制字節(jié) </p><p> DS1302 的控制字如圖2所示??刂谱止?jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1,如果它為0,則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中,位6如果為0,則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù),為1表示存取RAM數(shù)據(jù);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(jìn)行寫操作,為1表示進(jìn)行讀操作,控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 <
47、/p><p> 3.2.4 數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O) </p><p> 在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí),數(shù)據(jù)被寫入DS1302,數(shù)據(jù)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(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù),讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。 </p><p> 3.2.5 DS1302的寄存器 </p>&
48、lt;p> DS1302有12個(gè)寄存器,其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān),存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見表1。</p><p> 此外,DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)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(nèi)容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類:一類是單個(gè)RAM單元,共31個(gè),每個(gè)單元組
49、態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié),其命令控制字為C0H~FDH,其中奇數(shù)為讀操作,偶數(shù)為寫操作;另一類為突發(fā)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(gè)字節(jié),命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。</p><p><b> 4 顯示模塊</b></p><p> 4.1 顯示方法的論證與選擇</p><p> 方案一:LED數(shù)碼管,
50、LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的,加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。此方法實(shí)現(xiàn)簡單、顯示清楚,而且價(jià)格便宜題目所需功能的要求,因此此方案為最佳方案。</p><p> 方案二:LCD1602,應(yīng)用極為廣泛的小型液晶,該模塊操作簡單、指令明確、控制方便,作為顯示完全可以滿足要求,但由于題目中要求簡單,因此無法選用。</p><p>
51、 方案三:LCD12864,12864是128*64點(diǎn)陣液晶模塊的點(diǎn)陣數(shù)簡稱,適用于各類儀器,小型設(shè)備的顯示領(lǐng)域,但結(jié)合題目而言,12864相比價(jià)格較貴,所以不必采用此方案。</p><p> 方案四:全彩LCD,全彩是目前的發(fā)展趨勢,但由于我們初定是采用單片機(jī)作為主控芯片,與主流彩屏所需的ARM控制器相比有很大差距,因此不予考慮。</p><p> 綜合以上因素,考慮采用方案一。
52、</p><p> 4.2 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)與工作原理</p><p> 7段數(shù)碼管一般由8個(gè)發(fā)光二極管組成,其中由7個(gè)細(xì)長的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示,另外一個(gè)圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點(diǎn)。</p><p><b> 共陰極</b></p><p><b> 共陽極</b></p>
53、<p> 圖4.1管腳排列圖 圖4.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p> 當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí),相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)光??刂葡鄳?yīng)的二極管導(dǎo)通,就能顯示出各種字符,盡管顯示的字符形狀有些失真,能顯示的數(shù)符數(shù)量也有限,但其控制簡單,使有也方便。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極數(shù)碼管,陰極連在一起的稱為共陰極數(shù)碼管,如圖4.2所示。</p>&l
54、t;p> 4.3 7段數(shù)碼管驅(qū)動方法</p><p> 發(fā)光二極管(LED是一種由磷化鎵(GaP)等半導(dǎo)體材料制成的,能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一一電流通過時(shí),它就會發(fā)光。7段數(shù)碼管每段的驅(qū)動電流和其他單個(gè)LED發(fā)光二極管一樣,一般為5-10mA;正向電壓隨發(fā)光材料不同表現(xiàn)為1.8-2.5V不等。</p><p> 7段數(shù)碼管的顯示方法可分為靜態(tài)顯示與動
55、態(tài)顯示,下面分別介紹。</p><p><b> ?。?) 靜太顯示</b></p><p> 所謂靜態(tài)顯示,就是當(dāng)顯示某一字符時(shí),相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地尋能可截止。這種顯示方法為每一們都需要有一個(gè)8位輸出口控制。對于51單片機(jī),可以在并行口上擴(kuò)展多片鎖存74LS573作為靜態(tài)顯示器接口。</p><p> 靜態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定,在
56、發(fā)光二極管導(dǎo)通電注一定的情況下顯示器的亮度高,控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,僅僅在需要更新顯示內(nèi)容時(shí),CPU才執(zhí)行一次顯示更新子程序,這樣大大節(jié)省了CPU的時(shí)間,提高了CPU的工作效率;缺點(diǎn)是位數(shù)較多時(shí),所需I/O口太多,硬件開銷太大,因此常采用另外一種顯示方式——動態(tài)顯示。</p><p><b> (2)動態(tài)顯示</b></p><p> 所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪
57、流點(diǎn)亮各位顯示器(掃描),對于顯示器的每一位而言,每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。雖然在同一時(shí)刻只有一位顯示器在工作(點(diǎn)亮),但利用人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄 滅時(shí)的余輝效應(yīng),看到的卻是多個(gè)字符“同時(shí)”顯示。顯示器亮度既與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān),也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參烽,可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位,則控制顯示器公共極電位只需一個(gè)8位I/O口(稱為掃描口或字位口),控制各位LED顯示器所顯示
58、的字形也需要一個(gè)8位口(稱為數(shù)據(jù)口或字形口)。</p><p> 動態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件資源,成本較低,但在控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中,要保證顯示器正常顯示,CPU必須每隔一段時(shí)間執(zhí)行一次顯示子程序,這占用了CPU的大量時(shí)間,降低了CPU工作效率,同時(shí)顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。</p><p> 綜合以上考慮,由于時(shí)間顯示具有時(shí)、分、秒,故需要采用6個(gè)數(shù)碼管,又考慮到CPU工作效率與電源效率
59、,本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用動態(tài)顯示。為共陽極顯示。</p><p><b> 5系統(tǒng)總體方案</b></p><p><b> 5.1系統(tǒng)框架 </b></p><p> 該項(xiàng)目選用STC89C52單片機(jī)作為控制器,完成數(shù)據(jù)采集、顯示控制功能。采用DS1302的時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能計(jì)時(shí),利用與單片機(jī)之間相互通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,達(dá)
60、到設(shè)定時(shí)間等功能。用六位數(shù)碼管動態(tài)顯示,分別顯示出時(shí)、分、秒。利用四位按鍵對時(shí)間進(jìn)行調(diào)整,達(dá)到電子鐘的全部功能,其大體框圖如圖5.1所示:</p><p> 圖5.1 系統(tǒng)框架圖</p><p> 5.2系統(tǒng)原理圖及功能</p><p> 系統(tǒng)整體原理圖見 附錄1</p><p> 5.2.1時(shí)鐘模塊原理圖設(shè)計(jì)</p>
61、<p> 圖5.2時(shí)鐘模塊原理圖</p><p> 如圖5.2所示:將DS1302的1、4腳接5V的電源,是芯片不可缺少的條件2、3腳接一個(gè)32.768的石英晶振,晶振振蕩進(jìn)行計(jì)數(shù)來達(dá)到計(jì)數(shù)效果。5腳與單片機(jī)的P1.6口相連,6腳與單片機(jī)的P1.5口相連,7腳與單片機(jī)的P1.4口相連。這就是時(shí)鐘芯片所需原理圖。在相應(yīng)的軟件程序驅(qū)動下,DS1302與單片機(jī)就能達(dá)到讀寫時(shí)、分、秒的功能,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈魂。
62、</p><p> 5.2.2顯示模塊原理圖設(shè)計(jì)</p><p> 如圖5.3:將所有數(shù)碼管的數(shù)據(jù)管腳分別連接到一起,然后接入單片機(jī)的P0口。其公共段分別接上一個(gè)三極管,在此三極管做開關(guān)功能,所有三極管的基極分別連接到P2.0 - P2.5口,當(dāng)對應(yīng)的三極管基極為高電平時(shí),對應(yīng)的數(shù)碼管就將顯示出來,這樣就達(dá)到流水顯示每位數(shù)碼管。前兩位顯示時(shí)范圍為0——23,3、4位顯示分0——59,
63、后兩位顯示秒0——59。</p><p> 圖5.3顯示模塊原理圖</p><p> 5.2.3調(diào)整模塊原理圖設(shè)計(jì)</p><p> 圖5.4調(diào)整模塊原理圖</p><p> 如圖5.4中的1、2、3、4分別接到單片機(jī)的P1.0-P1.3口,當(dāng)?shù)谝淮伟聪耂1按鍵時(shí),系統(tǒng)將進(jìn)入調(diào)整模式,第二次按下S1時(shí),系統(tǒng)將回到計(jì)時(shí)狀態(tài),并以調(diào)整模式
64、所調(diào)整的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)整模式時(shí),利用S2按鍵選擇調(diào)整時(shí)、分、秒。當(dāng)選擇調(diào)整某位是,當(dāng)按S4對應(yīng)位將以1位單位增長,當(dāng)按下S4時(shí)對應(yīng)為將以1為單位減小。</p><p><b> 附錄1:電路原理圖</b></p><p><b> 附錄2:程序代碼</b></p><p> DS1302驅(qū)動程序<
65、/p><p><b> /*</b></p><p> * DS1302 突發(fā)方式,連讀,連寫</p><p> #include <reg52.h></p><p> #include <intrins.h></p><p> typedef unsigned ch
66、ar uchar;</p><p> typedef unsigned int uint;</p><p> sbit SCK = P1^4;//時(shí)鐘</p><p> sbit SDA = P1^5;//數(shù)據(jù)</p><p> sbit RST = P1^6; //DS1302復(fù)位(片選)</p><
67、;p> #define DS1302_W_ADDR 0xBE</p><p> #define DS1302_R_ADDR 0xBF</p><p> void delay(uint n)</p><p><b> {</b></p><p> while (n--);</p><p&
68、gt;<b> }</b></p><p><b> 寫一個(gè)字節(jié)</b></p><p> void write_ds1302_byte(uchar dat) </p><p><b> {</b></p><p><b> uchar i;</b&g
69、t;</p><p> for (i=0;i<8;i++) </p><p><b> { </b></p><p> SDA = dat & 0x01;</p><p><b> SCK = 1;</b></p><p> dat >>=
70、 1;</p><p><b> SCK = 0;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> 讀一個(gè)字節(jié)</b></p><p> uchar read_
71、ds1302_byte(void) </p><p><b> {</b></p><p> uchar i, dat=0;</p><p> for (i=0;i<8;i++)</p><p><b> {</b></p><p> dat >>
72、;= 1;</p><p><b> if (SDA)</b></p><p> dat |= 0x80;</p><p><b> SCK = 1;</b></p><p><b> SCK = 0;</b></p><p><b>
73、 } </b></p><p> return dat;</p><p><b> }</b></p><p> void reset_ds1302(void)</p><p><b> {</b></p><p><b> RST = 0;
74、</b></p><p><b> SCK = 0;</b></p><p><b> RST = 1;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> 清除寫保護(hù)</b></p><p>
75、; void clear_ds1302_WP(void) </p><p><b> {</b></p><p> reset_ds1302();</p><p><b> RST = 1;</b></p><p> write_ds1302_byte(0x8E);</p>
76、<p> write_ds1302_byte(0);</p><p><b> SDA = 0;</b></p><p><b> RST = 0;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> 設(shè)置寫保護(hù)</b&g
77、t;</p><p> void set_ds1302_WP(void) </p><p><b> {</b></p><p> reset_ds1302();</p><p><b> RST = 1;</b></p><p> write_ds1302_byt
78、e(0x8E);</p><p> write_ds1302_byte(0x80);</p><p><b> SDA = 0;</b></p><p><b> RST = 0;</b></p><p><b> }</b></p><p>&
79、lt;b> 設(shè)定時(shí)鐘數(shù)據(jù)</b></p><p> void set_time(uchar *timedata)</p><p><b> {</b></p><p> uchar i, tmp;</p><p> for (i=0; i<7; i++) // 轉(zhuǎn)化為BCD格式<
80、/p><p><b> {</b></p><p> tmp = timedata[i] / 10;</p><p> timedata[i] = timedata[i] % 10;</p><p> timedata[i] = timedata[i] + tmp*16;</p><p>&l
81、t;b> }</b></p><p> clear_ds1302_WP();</p><p> reset_ds1302();</p><p><b> RST = 1;</b></p><p> write_ds1302_byte(DS1302_W_ADDR);</p><
82、;p> for (i=0; i<7; i++)</p><p><b> {</b></p><p> write_ds1302_byte(timedata[i]);</p><p> delay(10);</p><p><b> }</b></p><p
83、> write_ds1302_byte(0);</p><p><b> SDA = 0;</b></p><p><b> RST = 0;</b></p><p> set_ds1302_WP();</p><p><b> }</b></p>
84、<p> 讀時(shí)鐘數(shù)據(jù)(BCD格式)</p><p> void read_time(uchar *timedata)</p><p><b> {</b></p><p><b> uchar i;</b></p><p> clear_ds1302_WP();</p&g
85、t;<p> reset_ds1302();</p><p><b> RST = 1;</b></p><p> write_ds1302_byte(DS1302_R_ADDR);</p><p> for (i=0; i<7; i++)</p><p><b> {</b
86、></p><p> timedata[i] = read_ds1302_byte();</p><p> delay(10);</p><p><b> }</b></p><p><b> SDA = 0;</b></p><p><b> RS
87、T = 0;</b></p><p> set_ds1302_WP();</p><p><b> }</b></p><p><b> 主程序</b></p><p> #include <reg52.h></p><p> #includ
88、e "wei.h"</p><p> typedef unsigned char uchar;</p><p> typedef unsigned intuint;</p><p> delay(uint n);</p><p> read_time(uchar *timedata);</p>&
89、lt;p> set_time(uchar *timedata);</p><p> uchar time[7]={00,00,00,28,2,7,10};//秒分時(shí)日月周年10-08-15 23:59:50</p><p> uchar timep[7];</p><p> uchar DC[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,
90、0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};</p><p> uint wei,tmp,g,gg;</p><p><b> uint i=0;</b></p><p> bit lock=0;</p><p> bit lock1=0;</p><p> bit lock2=
91、0;</p><p> bit lock3=0;</p><p> bitkaiguan=0,e=0 ,m=0;</p><p> 進(jìn)入調(diào)整或計(jì)時(shí)模式選擇</p><p> uchar Xuan()</p><p><b> {</b></p><p> if
92、(P1_0==0)</p><p><b> { </b></p><p> delay(1000);</p><p> if((P1_0==0)&&(lock==0))</p><p><b> {</b></p><p> kaiguan=!k
93、aiguan; </p><p><b> lock=1;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> if(P1_0==1)lock=0;</p><p> return kai
94、guan;</p><p><b> }</b></p><p> 對相應(yīng)的調(diào)整位加一或減一</p><p> bianliang(char ji)</p><p><b> {</b></p><p> if(P1_2==0)</p><p&g
95、t;<b> { </b></p><p> delay(1000);</p><p> if((P1_2==0)&&(lock2==0))</p><p><b> {</b></p><p> time[ji]++;</p><p&
96、gt;<b> lock2=1;</b></p><p><b> } </b></p><p><b> }</b></p><p> if(P1_2==1)lock2=0;</p><p> if(P1_3==0)</p><p>&l
97、t;b> { </b></p><p> delay(1000);</p><p> if((P1_3==0)&&(lock3==0))</p><p><b> {</b></p><p> time[ji]--;</p><p>&
98、lt;b> lock3=1;</b></p><p><b> } </b></p><p><b> }</b></p><p> if(P1_3==1)lock3=0;</p><p> for(gg=0;gg<7;gg++)</p><
99、p><b> {</b></p><p> tmp = time[gg] / 10;</p><p> timep[gg] = time[gg] % 10;</p><p> timep[gg] = timep[gg] + tmp*16;</p><p><b> }</b>&l
100、t;/p><p><b> }</b></p><p><b> MeShi()</b></p><p><b> {</b></p><p> if(Xuan()==0)</p><p><b> {</b></p&g
101、t;<p><b> if(e==1)</b></p><p><b> {</b></p><p> set_time(&time);</p><p><b> wei=0;</b></p><p><b> e=0;</b&
102、gt;</p><p><b> }</b></p><p> read_time( &time);</p><p><b> m=1;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> else
103、 </b></p><p><b> {</b></p><p><b> e=1;</b></p><p><b> if(m==1)</b></p><p><b> {</b></p><p> for
104、(g=0;g<7;g++) </p><p><b> {</b></p><p> time[g]=10*(time[g]/16)+time[g]%16;</p><p><b> }</b></p><p><b> m=0;</b></p>
105、;<p><b> }</b></p><p> if(P1_1==0)</p><p><b> { </b></p><p> delay(1000);</p><p> if((P1_1==0)&&(lock1==0))</p><
106、p><b> {</b></p><p><b> wei++;</b></p><p> if(wei==2)wei=0;</p><p><b> lock1=1;</b></p><p><b> } </b></p>
107、<p><b> }</b></p><p> if(P1_1==1)lock1=0;</p><p> bianliang(wei);</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p>
108、<b> 顯示程序</b></p><p> void liushui()</p><p><b> {</b></p><p><b> switch(i)</b></p><p><b> {</b></p><p>
109、; case 0: P2_0=1;P2_5=0;i++; P0=DC[time[2]/16];break;</p><p> case 1: P2_1=1;P2_0=0;i++; P0=DC[time[2]%16];break;</p><p> case 2: P2_2=1;P2_1=0;i++; P0=DC[time[1]/16];break;</p><
110、;p> case 3: P2_3=1;P2_2=0;i++; P0=DC[time[1]%16];break;</p><p> case 4: P2_4=1;P2_3=0;i++; P0=DC[time[0]/16];break;</p><p> case 5: P2_5=1;P2_4=0;i=0; P0=DC[time[0]%16];break;</p>
111、<p> default :break;</p><p><b> }</b></p><p><b> } </b></p><p><b> 主程序</b></p><p><b> main()</b></p>
112、<p><b> {</b></p><p> set_time(&time); //設(shè)定上電時(shí)間值</p><p> while ( 1 )</p><p><b> {</b></p><p><b> MeShi();</b></
113、p><p> liushui();</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> 致 謝</b></p><p> 在本論文的寫作過程中,我的指導(dǎo)老師xx老師傾注了大量的心血,從選題到開題報(bào)
114、告,從寫作提綱,到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題,嚴(yán)格把關(guān),循循善誘,在此我表示衷心感謝。同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。</p><p> 寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程,畢業(yè)論文的完成,同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [
115、1]李軍 51系列單片機(jī)高級實(shí)例開發(fā)指南[M]北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004</p><p> [2]王幸之 AT89系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M] 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004</p><p> [3]歐陽斌林 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M] 北京:中國水利水電出版社,2001</p><p> [4]潭浩強(qiáng) C程
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