嵌入式技术课程设计--数字时钟.doc

课 程 设 计 报 告 课程设计名称： 嵌入式技术基础与实践 系 别： 三 系 学生姓名： 吴 庆 明 班 级： 08 计本(2) 学 号： 080303232 成 绩： 指导教师： 张 兵 开课时间： 2010-2011 学年 2 学期目 录第一章 系统概要21.1 系统背景21.2 系统功能3第二章 系统硬件设计32.1 系统原理图32.2 单片机（mcu）模块42.2.1 mc9s08aw60单片机性能概述42.2.2 内部结构简图52.3 串行通信模块52.3.1 max232引脚图52.3.2 串行通信的电路原理72.4 液晶显示模块8第三章 系统软件设计93.1 mcu方（c）程序93.1.1串行通信子程序163.1.2 lcd子程序19第四章 系统测试22第五章 总结展望225.1 总结225.2 展望22参考文献22第一章 系统概要1.1 系统背景数字时钟，当我们听到这几个字时，第一反应就是我们所说的数字，不错数字钟就是以数字显示取代模拟表盘的钟表，在显示上它用数字反应出此时的时间，相比模拟钟能给人一种一目了然的感觉，不仅如此它还能同时显示时、分、秒。而且能对时、分、秒准确校时，这是普通钟所不及的。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、pc机外围以及网络通讯等广大领域。1.2 系统功能在实验箱上有一个启动键，当按下启动键给以一个低电平，电子时钟从当前设定值开始走时。按秒刷新，要求在lcd屏上显示。若按启动键给以高电平，则时间暂停，再按，时间继续按秒刷新。第二章 系统硬件设计2.1 系统原理图该系统由aw60最小系统电路为主要结构，利用串口进行数据的控制与采集。首先将开关接在aw60上的port_d口上，用于控制数字时钟系统的开关。然后将lcd的数据线7-14引脚（d0-d7）分别与mcu的pta0-pta7连接，lcd的控制线rs、r/w、e(4、5、6引脚)分别于mcu的ptc4、ptc6、ptf6连接，用于输出时间。数字时钟必须要有晶振电路，所以将该晶振电路与aw60的ptg5和ptg6相连，用于时间的自加。由于在运行系统时，以防电流不稳定，所以在ptb0端设置一个下拉电阻，稳定电流。2.2 单片机（mcu）模块2.2.1 mc9s08aw60单片机性能概述（1）最高达40mhz的cpu工作频率和20hz的内部总线工作频率表；时钟源选项包括晶振、谐振器、外部时钟或内部产生的时钟。（2）相比hc08 cpu指令集，s08 cpu增加了bgnd指令。（3）单线后台调试模式接口；增强的断点能力，允许单一的断点设置在线调试（在片内调试的模块增加了多于两个的断点）。（4）内含32个中断/复位源；内含2kb的片内ram；内含60kb的片内在线可编程flash存储器，带有块保护和安全选项。（5）可选的计算机正常操作（cop）复位；低电压检测和复位或中断；非法操作码检测与复位；非法地址检测与复位。（6）adc：多达16个通道，10位a/d转换器与自动比较功能；两个串行通信接口sci模块与可选的13位中断；一个串行外设接口spi模块；集成电路互连总线i2c模块运作高达100kbps的最高总线负载；8引脚键盘中断kbi模块。（7）timers:1个2通道和1个6通道16位定时器/脉冲宽度调制器模板。具有输入、捕捉、输出比较、脉宽调制功能。2.2.2 内部结构简图1. 内部结构简图如图所示，给出了aw60的内部结构图，它对于我们理解和应用aw60 mcu有重要作用，在学习了基本有法后，应在反过来熟悉这个内部结构图，以便更好地理解aw60 mcu的基本原理。从内部结构图可以看出，aw60主要有以下几个部分：s08 cpu、存储器、定时器接口模块、定时器模块、看门狗模块、通用io模块、串口通信模块（sci）、串行外设接口（spi）模块、i2c（iic）模块、a/d转换模块、键盘中断模块、时钟发生模块、复位与中断模块等。2.3 串行通信模块2.3.1 max232引脚图在mcu中，若用rs-232总线进行串行通信，则需外接电路实现电平转换。在发送端，需要用驱动电路将ttl 电平转换成rs-232电平；在接受端，需要用接收电路将rs-232电平。转化为ttl电平。电平转换器不仅可以由晶振管分立元件构成，也可以直接使用集成电路。目前使用max232芯片较多，该芯片使用单一+5v电源供电实现电平转换。如图所示，给出了max232的引脚说明。各引脚含义简要说明如下：vcc（16脚）：正电源端，一般接+5v。 gnd（15脚）：地。vs+（2脚）：vs+=2vcc-1.5v=8.5v。 vs-（6脚）：vs-=-2vcc-1.5v=-11.5v。 c2+、c2-（4、5脚）：一般接1f的电解电容。表 max232芯片输入输出引脚分类与基本接法组别ttl电平引脚方向典型接口232电平引脚方向典型接口111（t1in）12（r1out）输入输出接mcu的txd接mcu的rxd1314输入输出连接到接口，与其它设备通过232相接210（t2in）9（r2out）输入输出接mcu的txd接mcu的rxd87输入输出连接到接口，与其它设备通过232相接 c1+、c1-（1、3脚）：一般接1f的电解电容。 在正常情况下，（1）t1in=5v，则t1out=-9v；t1in=0v，则t1out=9v。（2）将r1in与t1out相连，令t1in=5v，则r1out=5v；令t1in=0v，则r1out=0v。 max232芯片进行电平转换的基本原理：（1）发送过程：mcu的txd（ttl电平）经过max232的11脚（t1in）送到max232内部，在内部ttl电平被“提升”为232电平，通过14脚（t1out）发送出去。接受过程：外部232电平经过max232的13脚（r1in）进入到max232的内部，在内部232电平被“降低”为ttl电平，经过12脚（r1out送到mcu的rxd，进入mcu内部。2.3.2 串行通信的电路原理从基本原理的角度看，串行通信接口sci的主要功能是：接收时，把外部的单线输入的数据变成一个字节的并行数据送入mcu内部；发送时，把需要发送的一个字节的并行数据转换为单线输入。为了设置波特率，sci应具有波特率寄存器。为了能够设置通信格式、是否校验、是否允许中断等，sci应具有控制寄存器。而要知道串口是否有数据可收、数据是否发送出去等，需要有sci状态寄存器。当然，若一个寄存器不够用，控制与状态寄存器可能有多个。而sci数据寄存器存放要发送的数据，也存放接受的数据，这并不冲突，因为发送与接收的实际工作是通过“发送移位寄存器”和“接收以为寄存器”完成的。编程时，程序员并不直接与“发送移位寄存器”和“接收移位寄存器”打交道，只与数据寄存器打交道，所以mcu中并没有设置“发送移位寄存器和“接收移位寄存器”的映像地址。发送时，程序员通过判定状态寄存器的相应位，了解是否可以发送一个新的数据。若可以发送，则将待发送的数据放入“sci数据寄存器”中就可以了，剩下的工作由mcu自动完成：将数据从“sci数据寄存器”送到“发送移位寄存器”，硬件驱动将“发送移位寄存器”的数据一位一位地按照规定的波特率移到发送引脚txd，供对方接收。接收时，数据一位一位地从接收引脚rxd进入“接收移位寄存器”，当收到一个完成字节时，mcu会自动将数据送入“sci数据寄存器”，并将状态寄存器的相应位改变，供程序员判定并取出数据。2.4 液晶显示模块lcd(ym1602c)16151413121110090807060504030201core2lcd_d7lcd_d6lcd_d5lcd_d4lcd_d3lcd_d2lcd_d1lcd_d0lcd_elcd_rwlcd_rsvccgndpta7pta6pta5pta4pta3pta2pta1pta0ptf6ptc6ptc4aw60mcu控制液晶显示接口接线图点阵字符型lcd是专门用于显示数字、字母、图形符号及少量自定义符号的液晶显示器。这类显示器把lcd控制器、点阵驱动器、字符存储器、显示体及少量的阻容元件等集成一个液晶显示模块。鉴于字符型液晶显示模块目前在国际上已经规范化，其电特性及接口特性是统一的，因此，只要设计出一种型号的接口电路，在指令上稍加修改即可使用各种规格的字符型液晶显示模块。 点阵字符型液晶显示模块的控制器大多数为日立公司生产的hd44780及其兼容的控制电路，如sed1278(seiko epson）、ks0066（samsung）、nju6408（ner japanradio）等。字符型液晶显示模块的主要特点如下：1. 液晶显示屏是以若干5*8或5*11点阵块组成的显示字符群。每个点阵块为一个字符位，字符间距和行距都为一个点的宽度。2. 主控制电路为hd44780（hitachi）及其他公司的兼容电路。从程序员的角度来说，lcd的显示接口与编程是面向hd44780的，只要了解hd44780的编程结构即可进行lcd的显示编程。3. 内部具有字符发生器rom，可显示192种字符（160个5*7点阵字符和32个5*10点阵字符）。4. 具有64字节的字符发生器ram，可以定义8个5*8点阵字符或4个5*11点阵字符。5. 具有64字节的数据显示ram，供显示编程时使用6. 标准接口特性，与mc9s08系列mcu容易接口。7. 模块结构紧凑、轻巧、装配容易。8. 单+5v电源供电（宽温型需要加-7v驱动电源）。9. 低功耗、高可靠性。第三章 系统软件设计3.1 mcu方（c）程序main.c#include includes.h#include lcd.h#include sci.h#include timer.h#include gpio.h/在此添加全局变量定义 uint8 g_time8; void main(void) uint8 g_dispalyinit=00:00:00; uint8 remember; uint32 mruncount=0; uint8 i; uint8 m; int n=1;/1 关总中断 disableinterrupt(); /禁止总中断 /2 芯片初始化 mcuinit();/3 模块初始化 light_init(light_run_port,light_run,light_off); lcdinit(); tpminit(tpm_num_1); sciinit(sci_num_1,system_clock,9600);/定时器/内存初始化 g_time0=0; g_time1=0; g_time2=:; g_time3=0; g_time4=0; g_time5=:; g_time6=0; g_time7=0; remember=g_time7;/开放中断/lcd lcdshow(g_dispalyinit); while(n) if(gpio_get(lcd_run_port,0)=lcd_run) remember = g_time7; n = 0; enablescireint(); enableinterrupt(); enabletimerint(tpm_num_1); /4 主循环 while (!n) if(g_time7!=remember) for(i=0;i 2) tpmno = 2; else if(tpmno =10) *(p+7) = 0; *(p+6)+=1; if(*(p+6)=6) *(p+6) = 0; *(p+4)+=1; if(*(p+4)=10) *(p+4) = 0; *(p+3)+=1; if(*(p+3)=6) *(p+3) = 0; *(p+1)+=1; if(*(p+1)=9) *(p+1) = 0; *p+=1; if(*p*10+*(p+1)=24) *p = 0; *(p+1) = 0; timer.h#ifndef timer_h#define timer_h#include mc9s08aw60.h#include type.h#define tpm_cstr(x)(*(vuint8 *)(0x00000020+(x-1)*64)#define tpm_cnth(x)(*(vuint8 *)(0x00000021+(x-1)*64)#define tpm_cntl(x)(*(vuint8 *)(0x00000022+(x-1)*64)#define tpm_modh(x)(*(vuint8 *)(0x00000023+(x-1)*64)#define tpm_modl(x)(*(vuint8 *)(0x00000024+(x-1)*64)#define enabletimerint(x) tpm_cstr(x) |= tpm1sc_toie_mask#define disabletimerint(x) tpm_cstr(x) &=tpm1sc_toie_mask#define tpm_num_1 1#define tpm_num_2 2#define tpm1_ch_0 0#define tpm1_ch_1 1#define tpm1_ch_2 2#define tpm1_ch_3 3#define tpm1_ch_4 4#define tpm1_ch_5 5#define tpm2_ch_0 0#define tpm2_ch_1 1void tpminit(uint8 tpmno);void secadd1(uint8 *p);#endif3.1.1串行通信子程序sci.c#include sci.hvoid sciinit(uint8 scino, uint8 sysclk, uint16 baud) uint16 ubgs; ubgs=0; if(scino2) scino=2; ubgs=sysclk*(10000/(baud/100)/16; sci_bdh(scino)=(uint8)(ubgs&0xff00)8); sci_bdl(scino)=(uint8)(ubgs&0x00ff); sci_c1(scino)=0b00000000; sci_c2(scino)=0b00001100; void scisend1(uint8 scino, uint8 ch) if(scino2) scino=2; while(!(sci_s1(scino)&0b1000000); sci_d(scino)=ch;uint8 scire1(uint8 scino, uint8 *p) uint16 k; uint8 i; if(scino2) scino=2; for(k=0;k=0xfbbb) i=0xff; *p=0x01; return i;void scisendn(uint8 scino, uint16 n, uint8 ch) uint16 i; if(scino2) scino=2; for(i=0;i2) scino=2; while(m2) scino=2; if(p=0) return; for(k=0;pk!=0;+k) scisend1(scino,pk); sci.h#ifndef sci_h #define sci_h #include mc9s08aw60.h #include type.h #define sci_bdh(x) (*(vuint8 *)(0x00000038+(x-1)*8) #define sci_bdl(x) (*(vuint8 *)(0x00000039+(x-1)*8) #define sci_c1(x) (*(vuint8 *)(0x0000003a+(x-1)*8) #define sci_c2(x) (*(vuint8 *)(0x0000003b+(x-1)*8) #define sci_s1(x) (*(vuint8 *)(0x0000003c+(x-1)*8)#define sci_s2(x) (*(vuint8 *)(0x0000003d+(x-1)*8)#define sci_c3(x) (*(vuint8 *)(0x0000003e+(x-1)*8)#define sci_d(x) (*(vuint8 *)(0x0000003f+(x-1)*8)#define enablescireint() sci1c2 |=(sci1c2_rie_mask)#define disablescireint() sci1c2 &=(sci1c2_rie_mask)#define sci_num_1 1#define sci_num_2 2void sciinit(uint8 scino,uint8 sysclk,uint16 baud);void scisend1(uint8 scino,uint8 ch);void scisendn(uint8 scino,uint16 n,uint8 ch);uint8 scire1(uint8 scino,uint8 *p);uint8 sciren(uint8 scino,uint16 n,uint8 ch);void scisendstring(uint8 scino,char *p);#endif3.1.2 lcd子程序lcd.c#include lcd.h#include gpio.h void lcdinit(void) uint16 i; lcddatad = 0b11111111; lcdctrld1 |= (1 lcdrs); lcdctrld1 |= (1 lcdrw); lcdctrl1 &=(1 lcdrs); lcdctrl1 &=(1 lcdrw); lcdctrld2 |= (1 lcde); lcdctrl2 |= (1 lcde); lcdcommand (0b00111000); lcdcommand (0b00001000); lcdcommand (0b00000001); for(i=0;i4000;i+) asm(nop); lcdcommand (0b00000110); lcdcommand (0b00010100); lcdcommand (0b00001100); gpio_init(lcd_run_port,0,0,0); void lcdcommand(uint8 cmd) uint16 i; for(i=0;i1000;i+) asm(nop); lcddata=cmd; lcdctrl2 |= (1lcde); asm(nop); asm(nop); asm(nop); lcdctrl2 &=(1lcde); for(i=0;i1000;i+) asm(nop); void lcdshow(uint8 str) uint8 i; lcdinit(); lcdctrl1 &=(1lcdrs); lcdctrl1 &=(1lcdrw); lcdcommand (0b10000000); lcdctrl1 |=1lcdrs; lcdctrl1 |=(1lcdrw); for(i=0;i8;i+) lcdcommand(stri); lcd.h#ifndef lcd_h#define lcd_h#include mc9s08aw60.h#include type.h#include generalfun.h#define lcddata ptad#define lcddatad ptadd#define lcdctrl1 ptcd#define lcdctrld1 ptcdd#define lcdc