电气工程及其自动化单片机课程设计

-1-河北建筑工程学院单片机课程设计任务书课程名称：单片机原理及应用系：电气工程系专业：电气工程及其自动化班级：学号：2008308112学生姓名：指导教师：职称：讲师2012年1月1日-2-目录一、摘要....................................................................................................3二、系统总体方案设计............................................................................31、功能要求........................................................................................32、技术可行性……………………………………………………..33、单片机的选择................................................................................44、DS1302简介……………………………………………....……..5三、系统硬件设计....................................................................................7I、电路设计........................................................................................7II、系统硬件概述..............................................................................71.主控制器AT89C51..................................................................72.时钟电路DS1302.....................................................................83.显示驱动74LS164...................................................................94.主要单元电路的设计………………………………...………9四、系统软件设计..................................................................................11五、总结.......................................................................……………..….12六、参考文献……………………………………………………..……12附录……………………………………………………..………………13-3-一·摘要近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此越来越广泛地应用各个领域.本文的电子钟系统是以单片机（AT89C51）为核心，时钟芯片DS1302、数码管显示驱动芯片74LS164等元器件组成。具体介绍应用protell软件进行单片机系统的电子钟设计与仿真的实现方法。该方法既能准确验证所设计的系统是否满足技术要求,又能提高系统设计的效率和质量,降低开发成本,具有推广价值。关键词：单片机；时钟芯片；数码管显示驱动芯片；电子钟二·系统总体方案设计随着电子技术的发展，人类不断研究，不断创新纪录。万年历目前已经不再局限于以书本形式出现。以电脑软件或者电子产品形式出现的万年历被称为电子万年历。与传统书本形式的万年历相比，电子万年历得到了越来越广泛的应用，采用电子时钟作为时间显示已经成为一种时尚。目前市场上各式各样的电子时钟数不胜数，但多数是只针对时间显示，功能单一不能满足人们日常生活需求。本文提出了一种基于AT89C51单片机的万年历设计方案，本方案以AT89C51单片机作为主控核心，与时钟芯片DS1302、按键、LED显示等模块组成硬件系统。在硬件系统中设有独立按键和LED显示器，能显示丰富的信息，根据使用者的需要可以随时对时间进行校准、选择时间等，综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。1．功能要求本电子时钟能显示星期、小时、分钟、秒2.技术可行性随着国内超大规模集成电路的出现，微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。集成技术的最新发展之一是将CPU和外围芯片，如程序存储器、数据存储器、并行I/O口、串行I/O口、定时/计数器、中断控制器及其他控制部件集成在一个芯片之中，制成单片计算机（Single-ChipMicrocomputer）。而近年来推出的一些高档单片机还包括有许多特殊功能单元，如A/D、D/A转换器、调制解调器、通信控制器、锁相环、DMA、浮点运算单元、PWM控-4-制输出单元、PWM输出时的死区可编程控制功能等。因此，只要外加一些扩展电路及必要的通道接口就可以构成各种计算机应用系统，如工业流水线控制系统、作为家用电器的主控制器、分布式控制系统的终端节点或作为其主控制节点起中继的作用、数据采集系统、自动测试系统等。单片机的出现，并在各技术领域中得到如此迅猛的发展，与单片机构成计算机应用系统所形成的下述特点有关：1、单片机构成的应用系统有较大的可靠性。这些可靠性的获得除了依靠单片机芯片本身的高可靠性以及应用有最少的联接外，还可以方便地采用软、硬件技术。2、系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统，应用系统有较高的软、硬件利用系数。3、由于构成的应用系统是一个计算机系统，相当多的测、控功能由软件实现，故具有柔性特征，不须改变硬件系统就能适当地改变系统功能。4、有优异的性能、价格比。3.单片机的选择采用传统的AT89C51作为电机的控制核心。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。图2.11AT89C51单片机-5-4.DS1302简介（1）DS1302特性介绍DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5～5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。（2）DS1302引脚介绍各引脚的功能为：8、Vcc1：备用电池端；1、Vcc2：5V电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。7、SCLK：串行时钟，输入；6、I/O：数据输入输出口；5、CE/RST：复位脚23、X1、X2是外接晶振脚（32.768KHZ的晶振）4、地（GND）（4）DS1302有关日历、时间的寄存器寄存器的说明如下：1、秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。当初始上电时该位置为1，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；只有将秒寄存器的该位置改写为0时，时钟才能开-6-始运行。2、小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为高时，选择12小时模式。在12小时模式时，位5是，当为1时，表示PM。在24小时模式时，位5是第二个10小时位3、控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。在对任何的时钟RAM的写操作之前，WP位必须为0。当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。也就是说在电路上电的初始态WP是1，这时是不能改写上面任何一个时间寄存器的，只有首先将WP改写为0，才能进行其它寄存器的写操作。（5）DS1302控制字介绍控制字的最高有效位（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表示存取RAM数据；位5至位1（A4～A0）：指示操作单元的地址；位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。读数据：读数据时在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据是从最低位到最高位。写数据：控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入也是从最低位（0位）开始。位0（最低有效位）：为1表示进行读操作。如为0，表示要进行写操作，控制字后SCLK下降沿读数据SCLK上升沿写数据（6）DS1302单字节读写时序介DS1302的数据读写是通过I/O串行进行的。当进行一次读写操作时最少得读写两个字节，第一个字节是控制字节，就是一个命令，告诉DS1302是读还是写操作，是对RAM还是对CLOK寄存器操作，以及操作的址。第二个字节就是要读或写的数据了。我们先看单字节写：在进行操作之前先得将CE（也可说是RST）置高电平，然后单片机将控制字的位0放到I/O上，当I/O的数据稳定后，将SCLK置高电平，DS1302检测到SCLK的上升沿后就将I/O上的数据读取，然后单片机将SCLK置为低电平，再将控制字的位1放到I/O上，如此反复，将一个字节控制字的8个位传给DS1302。接下来就是传一个字节的数据给DS1302，当传完数据后，单片机将CE置为低电平，操作结束。单字节读操作的一开始写控制字的过程和上面的单字节写操作是一样，但是单字节读操作在写控制字的最后一个位，SCLK还在高电平时，DS1302就将数据放到I/O上，单片机将SCLK置为低电平后数据锁存，单机机就可以读取I/O上的数据。如此反复，将一个字节的数据读入单片机。读与写操作的不同就在于，写操作是在SCLK低电平时单片机将数据放到IO上，当SCLK上升沿时，DS1302读取。而读操作是在SCLK高电平时DS1302放数据到IO上，将SCLK置为低电平后，单片机就可从IO上读取数据。-7-三·系统硬件设计1.电路设计图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MAX7219电路，显示电路及键扫描电路组成。2.系统硬件概述(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：8KBFlashROM，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：0～24MHZ-8-(2)时钟电路DS1302DS1302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；●2.5～5.5V电压工作范围；●2.5V时耗小于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