单片机液晶显示“万年历”-单片机课程设计报告.doc

单片机原理及应用课程设计报告课题名称： 单片机液晶显示“万年历” 分 院： 机械与电气工程学院 教 研 室： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 二一三 年 五 月单片机液晶显示“万年历”一、 设计任务1、用字符型液晶显示模块LCD1602显示万年历的日期/时间等，如下图所示（仅供参考，可个性化差异设计，如显示学号等）：2012/05/01 DHY16:47:58 1237892、单片机与实时时钟芯片DS1302之间通过SPI接口实现“日期/时间”数据的采集。3、用3×4行列式键盘进行校时，共有“1、2、3、4、5、6、7、8、9、0” 、“校时（闪烁）”和“（年/月/日/时/分/秒）切换”等十二个按键。二、 硬件设计1.系统框图按照系统设计功能的要求，初步确定系统由主控模块、时控模块、显示驱动及显示模块和键盘接口模块共4个模块组成，电路系统构成框图如图1-1所示。图1-1电子万年历电路系统构成框图主控芯片使用51系列AT89C51单片机，时钟芯片使用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟DS1302。采用DS1302作为计时芯片，可以做到计时准确。更重要的是，DS1302可以在很小电流的后备电源（2.55.5V电源，在2.5V时耗电小于300nA），而且DS1302可以编程选择多种充电电流来对后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电。显示驱动采用排阻RESPACK-8驱动和LM016L液晶显示 、图条/柱图显示或64 点阵显示接口的小型串行输入/输出芯片。片内包括BCD 译码器、多路扫描控制器、字和位驱动器和8*8 静态RAM。RESPACK-8需九导线连接，每位显示数字有一个地址由微处理器写入。允许使用者选择每位是BCD 译码或不译码。使用者还可选择停机模式、数字亮度控制、从18 选择扫描位数和对所有LCD显示器的测试模式。显示模块采用普通的LCD显示屏。2.各部分介绍（包括电路和主要器件介绍）2.1电路设计如图2-1示为电子万年历电路设计原理图，系统由主控制器AT89C51、时钟电路DS1302、显示驱动RESPACK-8电路，LM016L液晶显示电路及键扫描电路组成。图2-1 电子万年历电路原理图2.2系统硬件概述2.2.1 主控制器AT89C51ATMEL公司生产的AT89C51单片机采用高性能的静态80C51设计，并采用先进工艺制造，还带有非易失性Flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片，市场应用最多。其主要特点如下：8KB Flash ROM，可以擦除1000次以上，数据保存10年。 256字节内部RAM； 电源控制模式； 时钟可停止和恢复； 空闲模式； 掉电模式； 6个中断源； 4个中断优先级； 4个8位I/O口； 全双工增强型TUAR； 3个16位定时/计数器：T0、T1(标准80C51)和增加的T2（捕获和比较） 全静态工作方式：024MHZ2.2.2 时钟电路DS1302 DS1302的性能特性： 实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行比较； 用于高速数据暂存的31*8位RAM； 最少引脚的串行I/O； 2.55.5V电压工作范围； 2.5V时电流小于300nA； 用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式； 简单的三线接口； 可选的慢速充电（至VCC1）的能力。DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被访问到。在开始8个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器后，另外的时钟周期在读操作时输出数据，在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8，在多字节方式下为8+字节数，最大可达248字节数。如果在传送过程中置RST脚为低电平，则会终止本次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在VCC2.5V之前，RST脚必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。2.3主要单元电路的设计2.3.1显示电路显示部分采用普通的LM016L液晶显示，如图2-2，以减少硬件电路。LM016L液晶模块采用hd 44780控制器，hd44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能，LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式，hd44780控制器由两个8位寄存器，指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）忙标志（BF），显示数RAM（DDRAM），字符发生器ROM（CGOROM）字符发生器RAM（CGRAM），地址计数器RAM(AC)。IR用于寄存指令码，只能写入不能读出，DR用于寄存数据，数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM，或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据，BF为1时，液晶模块处于内部模式，不响应外部操作指令和接受数据，DDRAM用来存储显示的字符，能存储80个字符码，CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160中和5*10点阵字符32种8位字符编码和字符的对应关系。图2-2 LCD液晶显示屏显示模块2.3.2键盘接口键盘在单片机系统中是一个很重要的部件。为了输入数据、查询和控制系统的工作状态，都要用到键盘，键盘是人工干预计算机的主要手段。键盘可分为编码和非编码键盘两种。编码键盘采用硬件线线路来实现键盘编码，每按下一个键，键盘能自动生成按键代码，键数较多，而且还具有去抖动功能。这种键盘使用方便，但硬件较复杂，PC机所用的键盘就属于这种。非编码键盘仅提供按键开关工作状态，其他工作由软件完成，这种键盘键数较少，硬件简单，一般在单片机应用系统中广泛使用。此处主要介绍该类非编码键盘及其与MCS51型单片机的接口。按键开关在电路中的连接如图2-3 a)所示。按键未按下时，A点电位为高电平5V；按键按下时，A点电位为低电平。A点电位就用于向CPU传递按键的开关状态。但是由于按键的结构为机械弹性开关，在按键按下和断开时，触点在闭合和断开瞬间还会接触不稳定，引起A点电平不稳定，如图2-3 b)所示，键盘的抖动时间一般为510ms，抖动现象会引起CPU对一次键操作进行多次处理，从而可能产生错误。因此必须设法消除抖动的不良后果。图2-3 键操作和键抖动消除抖动的不良后果的方法有硬件、软件两种。为了节省硬件，通常在单片机系统中，一般不采用硬件方法消除键的抖动，而是用软件消除抖动的方法。根据抖动特性，在第一次检测到按键按下后，执行一段延时510ms让前延抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认真正有键按下。当检测到按键释放后，也要给510ms的延时，待后延抖动消失后才转入该键处理程序。2.3.3时钟电路DS1302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2.55.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用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33*8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是的DS1202升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/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。DS1302时钟芯片包括实时时钟/日历和31字节的静态RAM。它经过一个简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。对于小于31天的月和月末的日期自动进行调整，还包括闰年校正的功能。时钟的运行可以采用24小时或带AM/PM的12小时格式。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多字节的时钟信号或RAM数据。DS1302有主电源/后备电源双电源引脚：VCC1在单电源与电池供电的系统中提供低电源，并提供低功率的电磁备份；VCC1在双电池系统中提供主电源。在这种运行方式中，VCC1里连接到后备电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。DS1302由VCC1或VCC2中较大者供电。当VCC2（VCC1+02V）时，VCC2给DS1302供电；当VCC2VCC1时，DS1302由VCC1供电。如图2-4为DS1302的引脚图。图2-4 DS1302的引脚图DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被访问到。在开始8个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器后，另外的时钟周期在读操作时输出数据，在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8，在多字节方式下为8+字节数，最大可达248字节数。如果在传送过程中置RST脚为低电平，则会终止本次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在VCC25V之前，RST脚必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。DS1302的控制字如表2.1所示。控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6如果为0，则表示存取日历时钟数据；为1则表示存取RAM数据。位51（A4A0）指示操作单元的地址。最低有效位（位0）如果为0，则表示要进行写操作；位1表示进行读操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出。表2-1 DS1302控制字寄存器名 命令字取值范围各位内容写操作读操作76543210秒寄存器80H81H0059CH10SECSEC分寄存器82H83H0059010MINMIN时寄存器84H85H0112或002312/24010HRHR日寄存器86H87H0128，29，30，310010DATEDATE月寄存器88H89H011200010MMONTH周寄存器8AH8BH010700000DAY年寄存器8CH8DH009910 YEARYEAR为了提高对32个地址寻址能力（地址/命令位15=逻辑1），可以把时钟/日历或RAM寄存器规定为多字节（burst）方式。位6规定时钟或RAM，而位0规定读或写。在时钟/日历寄存器中的地址931或RAM寄存器中的地址31不能存储数据。在多字节方式下，读或写从地址0的位0开始。必须按数据传送的次序写最先的8个寄存器。但是，当以多字节方式写RAM时，为了传送数据不必写所有的31字节，不管是否写了全部31字节，所写的每一字节都将传送至RAM。DS1302共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。其日历、时间寄存器及其控制字如表2.1所示，其中奇数为读操作，偶数为写操作。时钟暂停：秒寄存器的位7定义位时钟暂停位。当它为1时，DS1302停止振荡，进入低功耗的备份方式，通常在对DS1302进行写操作时（如进入时钟调整程序），停止振荡。当它为0时，时钟将开始启动。AM-PM/12-24小时方式：小时寄存器的位7定义为12或24小时方式选择位。它为高电平时，选择12小时方式。DS1302的晶振选用32768Hz，电容推荐值为6pF。因为振荡频率较低，也可以不接电容，对计时精度影响不大。3.原理图图25 电子万年历电路原理图三、 软件设计1、 主程序流程图图3-1程序流程图2、 时间控制流程图图3-2 DS1302时控流程图四、 测试图41 初始状态图图42 调节状态图