单片机课程设计报告(系统设计部分)

自动化学院网络工程系网络信息08级班单片机课程设计报告指导教师：何小敏、李传芳姓名：学号：系统设计部分四、单片机应用系统设计——数字电子时钟：1、系统功能介绍：该设计以51单片机为核心，附加了必要的外围电路，构成了一个简单的数字电子钟，整体由5V的电源供电。在硬件方面，除了51单片机芯片以外，我们还主要用到了时钟芯片DS1302、温度采集芯片DS18B20、和型号为1602的液晶显示器。在这些硬件的基础上，我们通过编写配套的C语言程序，实现了对年、月、日、时、分、秒、星期以及温度在液晶屏上的显示，此外还实现了整点报时和闹钟的功能。日期、时间和温度的显示都是通过相应的时钟芯片DS1302和温度采集芯片DS18B20与单片机的配合工作将数据传送到液晶显示器上来实现的。整点报时和闹钟的功能主要是通过软件以及单片机的控制来实现的。显然我们还要再加上一些必要的按键，我们的按键电路包含四个按键，分别用于对调整项的选择、上调、下调和闹钟停止。另外的一个复位按键与单片机最小系统是一个整体。2、系统设计说明：2.1芯片简介：2.1.1AT89C51芯片简介：如图1所示，AT89C51有40引脚，双列直插（DIP）封装，所用引脚功能如下：VCC——运行时加＋5VGND——接地XTAL1——振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端XTAL2——振荡器反相放大器的输出端RST——复位输入，高电平有效，在晶振工作时，在RST引脚上作用2个机器周期以上的高电平，将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFTAUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态EA/VPP——片外程序存储器访问允许信号。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地），如果EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。P1口,P2口——P1，P2是一组带内部上拉电阻的8位双向I/O口。运行时通过P1口控制驱动电路的工作，将数据送到数码管，显示相应的段码，为了达到减少功耗或满足端口对最大电流的限制，应加上一限流电阻。P2.0——P2.7口控制数码管的位选，使六个数码管轮流显示数据，等于0时位选三极管导通，等于1时位选三极管截止。无自锁开关——（S2－P3.7）开关接相应引脚P3.7，当开关按下时，相应引脚为低电平0，断开时引脚为高电平1。2.1.2时钟芯片DS1302简介DS1302芯片是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.5~5.5V。时钟可工作在24或12小时（AM/PM）格式。DS1302与单片机的接口使用同步串行通信，仅用三条线与之相连。可采用一次传送一个字节或突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器，具有主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。如图所示为时钟芯片DS1302引脚图：1）VCC1、GND：+5V电源和接地引脚；2）X1、X2：外接晶振引脚，晶振频率为32.768kHz；3）RST：片选信号引脚，高电平有效；4）I/O：串行数据输入/输出引脚；5）SCLK：数据传送控制时钟输入引脚；6）VCC2：备用电源输入引脚。2.1.3温度采集芯片DS18B20简介：DS18B20是美国DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易于与微处理器接口等优点，适合于各种温度测控系统。该器件将半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等坐在一个很小的集成电路芯片上，传感器直接输出的就是温度信号数字值。信号传输采用两芯（或三芯）电缆构成的单总线结构。一条单总线上可以挂接若干个数字温度传感器，每个传感器有一个唯一的地址编码。微控制器通过对器件的寻址，就可以读取某一个传感器的温度值，从而化简了信号采集系统的电路结构。DS18B20功能特点是：1）采用单总线技术，与单片机通信只需要一根I/O线，在一根线上挂接多个DS18B20；2）每只DS18B20具有一个独有的、不可修改的64位序列号，根据序列号访问对应的器件；3）低压供电，电源范围从3~5V，可以本地供电，也可以从数据线上窃取电源（寄生式供电）；4）测温范围为-55℃~+125℃，在-10℃至85℃范围内误差为0.5℃；5）可编程数据为9~12位，转换12位温度时间为750ms（最大）；6）用户可自设定报警上下限温度；7）报警搜索命令可识别和寻址哪个器件的温度超出预定值；8）DS18B20的分辨率可由用户通过EEPROM设置为9~12位；9）DS18B20可将检测到的温度值直接转化成数字量，并通过串行通信的方式与主控制器进行数据通行。如图所示，各引脚功能如下：1）GND为电源地；2）DQ为数字信号输入/输出端；3）VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。2.2系统说明：我们通过对单片机复位电路、时钟电路、电子钟按键电路、时钟芯片1302电路、温度采集芯片DS18B20电路、发光二极管电路和液晶显示器电路来实现对数字电子钟的年、月、日、时、分、秒、星期、温度及设置闹钟和整点报时功能。2.2.1电源部分：如图所示，从外部引入4.5V的直流电，为单片机、复位电路等提供电源。2.2.2时钟电路：时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。我们采用的是内部时钟方式，如图5所示。MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。2.2.3复位电路：单片机的复位靠外部电路实现，信号由RST引脚输入，高电平有效。当RST引脚上持续两个机器周期以上的高电平时，单片机即完成复位。常用的复位电路有上电复位和手动开关复位两种。我们采用手动开关复位，如图6所示。手动开关复位实际上是上电复位兼手动复位，当手动开关断开时，为上电复位；当手动开关接通时，RST引脚经电阻与VCC接通，并对电容充电，产生一定时间的高电平，从而使单片机复位。2.2.4按键电路：如图7所示为按键电路，从上至下四个按键依次为停止闹铃、设置、上调、下调按键。通过设置按键选择对显示器上的某一项进行设置，通过上调、下调按键对选择的项进行调整。当到达闹钟设置时间时，通过闹钟停止按键使闹钟停止。2.2.5时钟芯片DS1302工作电路：如图8所示的时钟芯片DS1302芯片连接电路，将单片机的P1.0、P1.1、P1.2分别于时钟芯片的SCLK引脚、I/O引脚、RST引脚相连，VCC1引脚与单片机的片外程序存储器选用端一同接在电源上，VCC2引脚接3V备用钮扣电池，外接晶振引脚X1、X2之间接频率为1MHz的晶振。如此构成时钟芯片工作电路，并通过软件控制对芯片内部数据进行读取并在显示器上显示。2.2.6温度采集DS18B20芯片工作电路：如图9所示温度采集芯片DS18B20工作电路，将VCC引脚接电源、GND引脚接地、数字信号输入/输出端DQ与单片机P3.3/外部中断端相连，由此构成温度采集芯片DS18B20工作电路，实现对环境温度的测量，并通过软件控制对其测量数据进行读取，然后在显示器上显示。3、连接图：见附件2；4、软件设计：4.1、流程图：主程序开始主程序开始程序初始化定时器装初值50ms，开中断秒寄存器单元清0秒值加1计数寄存单元清0判断秒满60？分值加1判断分满60？分寄存器单元清0时值加1判断时满24？时、分、秒寄存器单元清0天值赋1天值加1月值加1判断年满一世纪？年值加1月值赋1判断月>12年寄存器单元清0中断返回开启整点报时判断天满该月的总天数？计数器加1，判断是否加到20次中断服务程序流程框图五、设计心得：通过这次课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。这次的课程设计是我学生生涯非常难得的一次理论与实际相结合的机会，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，理论知识和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学专业基础知识的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，丰富了实践经验，并且意志力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这将会是我踏入社会进入工作岗位后的一笔宝贵的财富！六、参考文献：[1]朱军王海东.自动售货机中的纸钞及硬币识别原理.传感器世界[J],1996年2期,37-39[2]叶银兰.自动售货机的设计与实现.微计算机信息[J],2008年23期,53-55[3]张毅刚彭喜源谭晓昀.MCS-51单片机应