郑州大学单片机课程设计.docx
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郑州大学单片机课程设计
存档资料成绩：
郑州大学光华学院
课程设计报告书
所属课程名称单片机原理与应用
题目万年电子历
分院 电信分院
专业班级2007级计算机科学与技术
（2）班
学 号20070210440212
学生姓名 冯文科
指导教师 夏康伟
2010年7月16日
郑州大学光华学院
课程设计（论文）任务书
专业07计算机科学与技术班级
（2）班姓名冯文科
一、课程设计（论文）题目万年电子历
二、课程设计（论文）工作：
自2010年7月5日起至2010年7月16日止。
三、课程设计（论文）的目的要求和任务内容：
一.实验目的
通过本次课程设计达到如下目的：
1、熟悉AT89C51单片机与时钟芯片DS1302的应用。
2、熟悉时钟时、分、秒计时方法，掌握编程技巧。
3、掌握键盘的基本工作原理，键的识别，键抖动和重键问题的解决，键盘工作方式和键盘程序的编程。
4、掌握七段码LED显示器的结构，七段码LED显示器的工作方式和显示程序的编程。
5、掌握串行通信程序的编写。
二.设计要求
利用AT89C51单片机，时钟芯片DS1302、七段码LED显示器、按键、MAX7219及常用外围器件，设计一个具有动态显示功能的电子万年历，具体要求如下：
1、设计实现电子万年历的电路系统构成框图。
2、能动态显示年、月、日、星期、小时、分钟、秒。
3、可用键盘进行校对时间，以及日期时间的修改。
学生签名：
_____________
2010年7月16日
课程设计（论文）评阅意见
序号
项目
等 级
优秀
良好
中等
及格
不及格
1
课程设计态度评价
2
出勤情况评价
3
任务难度评价
4
工作量饱满评价
5
任务难度评价
6
设计中创新性评价
7
论文书写规范化评价
8
综合应用能力评价
综合评定等级
评阅人 职称
2010年7月16日
目 录
第1章课程设计任务书...........................2
第2章设计方案................................6
第3章硬件设计.................................7
第4章软件设计................................15
第5章程序清单................................17
第6章课程设计心得............................24
第7章参考文献................................25
第二章设计方案
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所示。
图2.1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（2.5～5.5V电源，再2.5V时耗电小于300nA），而且DS1302
可以编程选择多种充电电流来队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MAX7219，MAX7219是微处理器和共阴极八段八位LED数码管显示、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。
外部只需要一个电阻设置所有LED显示器字段电流。
MAX7219和微处理器只需三根导线连接，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1～8选择扫描位数和对所有LED显示器的测试模式。
显示模块采用普通的共阴极四位一体八段LED数码管。
第三章硬件设计
3.1系统硬件概述
3.1.1主控制器AT89C51
ATMEL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
3.1.2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；
●2.5～5.5V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Vcc≥2.5V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。
DS1302的控制字如表所示。
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5～1（A4～A0）指示操作单元的地址。
最低有效位（位0）如果为0，则表示药进行写操作；为1表示进行读操作。
控制字节总是从最低位开始输入/输出。
为了提高对32个地址寻址能力（地址/命令位1～5=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9～31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，不管是否谢了全部31字节，所写的每一字节都将传送至RAM。
表3.1DS1302控制字
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上表所示，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。
在此方式下，位5为第二个10小时位（20～23h）。
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。
3.1.3显示驱动MAX7219
●MAX7219和单片计算机连接有三条引线（DIN、CLK、LOAD），采用16位数据串行移位接收方式
●八位LED显示、图条/柱图显示或64点阵显示
●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
●可选择停机模式、数字亮度控制、从1～8选择扫描位数和对所有LED显示器的测试模式
●最多能驱动8位LED显示器
●内部RAM地址01～08H分别对应于DIG0～DIG7。
●扫描界限寄存器（地址0BH）：
该寄存器中D0～D3位数据设定值为0～7H，设定值表示显示器动态扫描个数位1～8。
●停机寄存器（地址0CH）：
当D0=0时，MAX721处于停机状态；当D0=1时，处于正常工作状态。
●显示测试寄存器（地址0FH）：
当D0=0时，MAX7219按设定模式正常工作；当D0=1时，处于测试状态。
在该状态下，不管MAX7219处于什么模式，全部LED将按最大亮度显示。
●亮度寄存器（地址0AH）：
亮度可以用硬件和软件两种方法调节亮度寄存器中的D0～D3位可以控制LED显示器的亮度。
MAX7219通过D11～D84位地址位译码,可寻址14个内部寄存器,分别是8个LED显示位寄存器,5个控制寄存器和1个空操作寄存器。
LED显示寄存器由内部8×8静态RAM构成,操作者可直接对位寄存器进行个别寻址,以刷新和保持数据,只要V＋超过2V（一般为＋5V）。
控制寄存器包括:
译码模式,显示亮度调节,扫描限制（选择扫描位数）,关断和显示测试寄存器。
MAX7219的驱动程序首先必须对5个控制寄存器初始设置即初始化,各控制寄存器设置含义如下:
译码模式选择寄存器（地址＝F9H）;MAX7219有两种译码方式:
B译码方式和不译码方式。
当选择不译码时,8个数据为分别一一对应7个段和小数点位;B译码方式是BCD译码,直接送数据就可以显示。
实际应用中可以按位设置选择B译码或是不译码方式。
扫描限制寄存器:
地址＝FBH;用于设置显示的LED个数（1～8）,比如当设置为0xX4时,LED0~5显示。
亮度调节寄存器:
地址＝FAH;共有16级选择,用于LED显示亮度的强弱设置。
关断模式寄存器:
地址＝FCH;有两种模式选择:
一种是关断状态模式（D0＝0）;一种是正常操作状态（D0＝1）,通常选择正常操作状态。
显示测试寄存器:
地址＝FFH;有两种选择用于设置LED是测试状态还是正常操作状态:
当在测试状态时（D0＝1）各位全应亮,一般选择正常操作状态（D0＝0）。
3.2主要单元电路的设计
3.2.1显示电路
显示部分采用普通的共阴数码管显示，采用动态扫描，以减少硬件电
表3.2MAX7219引脚功能
路。
年月日时分秒星期共需要17位数码显示，考虑到一次扫描17位数码
管显示时会出现闪烁情况，故采用动态扫描，可将数码管数量减少至9位，
也就是两个四位一体八段LED显示数码管和一个一位LED数码管设计时数码管同时扫描，显示时采用串行口输出段码，用MAX7219驱动数码管。
图3.2MAX7219主要引脚
3.2.2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MCS—51型单片机的接口。
3.2.3时钟电路
3.2.3.1DS1302工作方式简介及数据操作原理
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2.5~5.5V。
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33x8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/后背电源双电源引脚,同时提供了对后背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中较打大者供电。
当Vcc2＞（Vcc1+0.2V）时，Vcc2给DS1302供电；当Vcc2＜Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。
图3.5DS1302
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Vcc≥2.5V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。
DS1302的控制字如图所示。
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5～1（A4～A0）指示操作单元的地址。
最低有效位（位0）如果为0，则表示药进行写操作；为1表示进行读操作。
控制字节总是从最低位开始输入/输出。
为了提高对32个地址寻址能力（地址/命令位1～5=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9～31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，不管是否谢了全部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下表所示，其中奇数为读操作，偶数为写操作。
表3.3DS1302控制字
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。
在此方式下，位5为第二个10小时位（20～23h）。
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。
第四章软件设计
4.1程序设计
电子万年历的程序主要包括3个方面的内容：
一是DS1302从单片机中读取数据进行计数，二是利用按键进行时间的调整，三是MAX7219从单片机中读取数据驱动LED数码管显示时间。
AT89C51单片机主要I/O口的分配，P2.0-P2.2分别接MAX7219的DIN,LOAD,CLK三个功能端，P3接查询式按键，P1.0-P1.2分别接DS1302的CLK，IO，RST端。
4.2程序流程图
4.2.1显示驱动程序流程图
图4.1MAX7219显示驱动程序流程图
4.2.2时间控制流程图
图4.2DS1302时控流程图
第五章程序清单
#include
#include"intrins.h"
#defineuintunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharxingqi,nian,yue,ri,xiaoshi,fen,miao;
ucharnianh,nianl,yueh,yuel,rih,ril,xiaoshih,xiaoshil,fenh,fenl,miaoh,miaol;
uchardd=2;sbitclk=p1^0;
sbitdat=p1^1;sbitrst=p1^2;
sbitA0=ACC^0;sbitA1=ACC^1;
sbitA2=ACC^2;sbitA3=ACC^3;
sbitA4=ACC^4;sbitA5=ACC^5;
sbitA6=ACC^6;sbitA7=ACC^7;
sbitp30=p3^0;
sbitp31=p3^1;
sbitp32=p3^2;
sbitp33=p3^3;
sbitp34=p3^4;
sbitp35=p3^5;
sbitp36=p3^6;
sbitp37=p3^7;
sbitdate=p2^0;
sbitload=p2^1;sbitclkk=p2^2;
ucharbdatabitmsb;
sbitm7=bitmsb^7;
ucharx,y,c;
bitflag=0;
bitflagh=1;
ucharcodetab[]={0xff,//任意数
0x06,/*1*///共阴数码管
0x5B,/*2*/
0x4F,/*3*/
0x66,/*4*/
0x6D,/*5*/
0x7D,/*6*/
0x07,/*7*/
};
ucharcodetab2[]={0x7e,ox30,ox6d,ox7,ox33,
ox5b,ox5f,ox70,ox7f,ox7b};
//max7219,0~9的字库
ucharcodetab1[]={ox00,ox01,ox02,ox03,ox04,ox05,ox06,ox07,
ox08,ox09,ox010,ox11,ox12,ox13,ox14,ox15,ox16,ox17,ox18,ox19,ox20,ox21,ox22,ox23,ox24,ox25,ox26,ox27,ox28,ox29,ox30,ox31,ox32,ox33,ox34,ox35,ox36,ox37,ox38,ox39,ox40,ox41,ox42,ox43,ox44,ox45,ox46,ox47,ox48,ox49,ox50,ox51,ox52,ox53,ox54,ox55,ox56,ox57,ox58,ox59,ox60};
voidsend（void）
{ucharcount;
bitmsb=x;
for（count=0;count<8;count++）
{if（m7）
{clkk=0;
date=1;
-nop-（）；
clkk=1;
}
else{clkk=0;
date=0;
nop-（）；
clkk=1;
}
bitmsb<<=1;
}
}
voidwr（void）
{
load=0;
send（）;
x=y;
send（）;
lend=1;
}
voidready（void）
{
x=oxfb;//设置扫描限制
y=ox07;
wr（）;
x=oxf9;//译码模式
y=ox00;
wr（）;
x=oxfa;//亮度调节
y=oxoc;
wr（）;
x=oxfc;//关断模式
y=ox01;
wr（）;
}
voidInputByte（uchardd）//写一个字节到1302中
{uchari;
ACC=dd;
for（i=8;i>0；i--）
{
dat=A0;
clk=1;
clk=0;
ACC=ACC>>=1;
}
}
voidOutputByte（void）//从DS1302中读出i个数据
{
uchari;
dat=1;
for（i=8;i>0;i--）
{ACC=ACC>>1;
A7=dat;
clk=1;
clk=0;
}
dd=ACC;
}
voidWrite（ucharaddr,ucharnum）
{rst=0;
clk=0;
rst=1;
InputByte（addr）;//写地址
InputByte（num）；//写数据
clk=1;
rst=0;
{rst=0;
clk=0;
rst=1;
InputByte（）;
clk=1;
rst=0;
}
//初始化设置时间，2008年5月27号，23时58分00秒
voidmain（void）
{uchari;
uintxt=0;
ucharfen1,fen2,fen3,fen4;
p3=oxff;
DisableWP（）;//非写保护
WriteSec（ox00）;//秒
WriteMin（ox58）;//分
WriteHr（ox23）;//时
WriteDay（ox27）;//日
WriteMn（ox05）;//月
WriteYs（ox08）;//年
WriteWe（ox02）;//星期
//7219设置
ready（）;
for（i=0;i<222;i++）;
for（i=0;i<222;i++）;
while
（1）
{Read（ox8b）;//读星期数据
xingqi=dd;
Read（ox8d）;//读年数据
fen1=dd;
fen2=fen1&oxof;
fen3=fen1&oxfo;
fen3>>=4;
nian=fen3*10+fen2;
nianh=nian/10;
nianl=nian%10;
Read（ox89）;//读月数据
fen1=dd;
fen2=fen1&oxof;
fen3=fen1&oxfo;
fen3>>4;
yue=fen3*10+fen2；
yueh=yue/10;
yuel=yue%10;
Read（ox87）;//读日数据
fen1=dd;
fen2=fen1&oxof;
fen3>>=
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