单片机课程设计报告扩展模块.docx
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单片机课程设计报告扩展模块
石家庄经济学院信息工程学院
电子信息工程专业
单片机课程设计报告
题目基于AT89C51单片机的扩展设计
姓名
学号
班级
指导教师
2012年7月6日
要求：
1．指导教师按照课程设计大纲要求完成学生课程设计指导工作。
2．课程设计任务书由指导教师照大纲要求填写，内容要全面。
3．课程设计报告由参加本学生填写。
课程设计结束时交指导教师。
（电子稿就行）
4．指导教师要根据每一位学生课程设计任务完成情况，认真审核设计报告，并在课程设计结束时，给出客观、准确的评语和成绩。
5．课程设计任务书和报告要语言流畅，图表正确规范。
6．本表要用钢笔、圆柱笔填写或打印，字迹工整。
（请把此页打印在封面的背面，打印时请删除此句话）
课程设计任务书
班级姓名学号
课程设计题目基于AT89C51单片机的扩展设计
课程设计起止日期2012-06-18至2012-07-05
实习地点实验楼-5-106
课程设计内容与要求（包括：
设计任务及要求、设计原理、所需仪器设备、验收标准）
（一）设计任务及要求
良：
应用DS1302完成时钟设计，动态循环显示时、分、秒，用键盘输入当前时间。
优：
在良的基础上，应用DS18B20S实现温度的采集与显示。
（二）设计原理
本设计应用的是DS1302时钟芯片进行计时，DS18B20温度传感器芯片进行温度采集，再通过AT89C51进行数据处理，依次进行时间和温度的显示，并通过键盘来加减时间，进行时间的调整。
（三）所需仪器设备
扩展模块所需的仪器：
AT89C51、DS1302、DS18B20、74LS373、74LS138、LED显示、键盘等。
指导教师：
2012年07月05日
一、设计原理与技术方法：
图1单片机实验板总体电路图
图1单片机实习系统电路图
图2Proteus仿真电路
8051芯片的说明：
单片机的40个引脚大致可分为4类：
电源、时钟、控制和I/O引脚。
1.电源:
⑴VCC-芯片电源，接+5V；
⑵VSS-接地端；
2.时钟:
XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。
3.控制线:
控制线共有4根，
1ALE/PROG:
地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
①ALE功能：
用来锁存P0口送出的低8位地址
②PROG功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
2PSEN:
外ROM读选通信号。
3RST/VPD:
复位/备用电源。
①RST（Reset）功能：
复位信号输入端。
②VPD功能：
在Vcc掉电情况下，接备用电源。
4EA/Vpp:
内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
①EA功能：
内外ROM选择端。
②Vpp功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
4.I/O线
80C51共有4个8位并行I/O端口：
P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。
P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。
DS1302芯片说明：
1、功能特色：
（1）时钟计数功能，可以对秒、分钟、小时、月、星期、年的计数。
年计数可达到2100年。
（2）有31*8位的额外数据暂存寄存器
（3）最少I/O引脚传输，通过三引脚控制
（4）工作电压：
2.0-5.5V
（5）工作电流小于320纳安（2.0V）
（6）读写时钟寄存器或内部RAM（31*8位的额外数据暂存寄存）可以采用单字节模式和突发模式
（7）8-pinDIP封装或8-pinSOICs
（8）兼容TTL（5.0V）
（9）可选的工业级别，工作温度-40–85摄氏度
（10）兼容DS1202较DS1202增加的功能：
a.可通过Vcc1进行涓流充电
b.双重电源补给
c.备用电源可采用电池或者超级电容（0.1F以上），可以用老式电脑主板上的3.6V充电电池。
如果断电时间较短（几小时或几天）时，就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。
100μF就可以保证1小时的正常走时。
DS1302在第一次加电后，必须进行初始化操作。
初始化后就可以按正常方法调整时间。
2、引脚功能：
（1）X1，X2：
32.768KHz晶振引脚；
（2）GND：
接地；
（3）RST：
复位；
（4）I/O：
数据输入/输出；
（5）SCLK：
串行时钟；
（6）Vcc1,Vcc2：
电源供给引脚。
DS1302的结构及转换原理：
移位寄存器，控制逻辑，晶振，时钟和RAM。
在进行任何数据传输时，RST必须被制高电平（注意虽然将它置为高电平，内部时钟还是在晶振作用下走时的，此时，允许外部读写数据），在每个SCLK上升沿时数据被输入，下降沿时数据被输出，一次只能读写一位，适度还是写需要通过串行输入控制指令来实现（也是一个字节），通过8个脉冲便可读取一个字节从而实现串行输入与输出。
最初通过8个时钟周期载入控制字节到移位寄存器。
如果控制指令选择的是单字节模式，连续的8个时钟脉冲可以进行8位数据的写和8位数据的读操作，SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据。
8个脉冲便可读写一个字节。
在突发模式，通过连续的脉冲一次性读写完7个字节的时钟/日历寄存器（注意时钟/日历寄存器要读写完），也可以一次性读写8~328位RAM数据（可按实际情况读写一定数量的位，不必全部读写，两者的区别）。
图3DS1302管脚图
DS18B20芯片说明：
1、主要特性：
（1）适应电压范围更宽，电压范围：
3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；
（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；
（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；
（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；
（5）温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃；
（6）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；
（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快；
（8）测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；
（9）负压特性：
电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
2、引脚功能：
（1）DQ:
数字信号输入/输出端；
（2）GND电源地；
（3）VDD外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。
DS18B20的结构及转换原理：
DS18B20内部结构主要由四部分组成：
64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。
DS18B20测温原理如图4所示。
图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。
高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。
计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
图4中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
图4DS18B20测温原理
2、程序设计思路说明：
设计思路：
利用89C51单片来对DS1302时钟芯片以及DS18B20温度采集芯片中的数据进行采集，运算，转化以及通过数码管显示时间和当前温度。
流程图如图5：
图5程序流程图
3、程序代码：
***************************************************************************************
主程序代码：
主程序的功能是，对从DS1302和DS19B20中读取的数据进行处理，和现实，并能实现对时钟芯片内时间的改变。
***************************************************************************************
主程序代码：
#include
#include
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineTF1_VECTOR3/*计数器1中断入口*/
externucharreadds1302（uchar_code）;//调用外部子程序，读DS1302
externvoidwriteds1302（ucharfp,uchar_code）;//调用外部子程序，写DS1302
externvoiddelay_18B20（unsignedinti）;//调用外部子程序，读温度
ucharchg_bcd_secl（uchar_code）;
ucharchg_bcd_sech（uchar_code）;
ucharchg_bcd_minl（uchar_code）;
ucharchg_bcd_minh（uchar_code）;
ucharchg_bcd_hrl（uchar_code）;
ucharchg_bcd_hrh（uchar_code）;
ucharchg_bcd（uchar_code）;
ucharadd_time（uchar_code）;
uintRead_Temperature（）;
ucharchg_bcd_teml（uchar_code）;
ucharchg_bcd_temh（uchar_code）;
voidchg_time（void）;
voidaddtime_isr（void）;
voiddisplay（void）;
staticucharm=4,n=7,temp=0;
sbitP13=P1^3;
sbitP14=P1^4;
sbitP15=P1^5;
sbitP37=P3^7;
voidmain（）//主函数
{
uchari,j,k,fp,temp,out[11],hp;//设定变量
TMOD=0x10;//设置计数器工作方式
TL1=0xb0;//计数1初值
TH1=0x3c;
EA=1;//开中断
ET1=1;
TR1=1;//计数器开始工作
P15=0;//键盘送低电平
out[2]=out[5]=out[8]=0xbf;
i=0x20;//初始化DS1302的数值
j=0x12;
k=0x00;
fp=0x80;//fp为写DS1302的地址
writeds1302（fp,i）;//向DS1302内写入初值
fp=0x82;
writeds1302（fp,j）;
fp=0x84;
writeds1302（fp,k）;
fp=0;
for（;;）
{P37=0;
if（P13==0）{delay_18B20（100）;for（;P13==0;）;chg_time（）;};//扫描键盘
temp=Read_Temperature（）;//读取当前温度值
k=chg_bcd_teml（temp）;
out[0]=chg_bcd（k）;//分离出温度的个位，并送入存储数值的数组
k=chg_bcd_temh（temp）;
out[1]=chg_bcd（k）;//分离温度的十位
i=0x81;
j=readds1302（i）;//读取当前时间的秒，并分离个位与十位，并存入数组
k=chg_bcd_secl（j）;
out[3]=chg_bcd（k）;
k=chg_bcd_sech（j）;
out[4]=chg_bcd（k）;
i=0x83;//读取当前时间的分，并分离个位与十位，并存入数组
j=readds1302（i）;
k=chg_bcd_minl（j）;
out[6]=chg_bcd（k）;
k=chg_bcd_minh（j）;
out[7]=chg_bcd（k）;
i=0x85;//读取当前时间的时，并分离个位与十位，并存入数组
j=readds1302（i）;
k=chg_bcd_hrl（j）;
out[9]=chg_bcd（k）;
k=chg_bcd_hrh（j）;
out[10]=chg_bcd（k）;
hp=0xf0;//hp为第一个数码管的选通地址
for（i=0;i<4;i++）
{
P2=0x60;P0=out[i+n];P2=hp;//锁存相应数据，并选通对应的数码管
hp=hp-0x20;//地址变为下一个数码管的地址
delay_18B20（50）;//延时，以免显示时间太短，造成数码管显示特别暗
if（i==3）P2=0x20;//在最后一个数码管显示完毕后，关闭数码管
}
}
}
ucharchg_bcd_secl（uchar_code）//分离秒的个位//
{
_code&=0x0f;
return（_code）;
}
ucharchg_bcd_sech（uchar_code）//分离秒的十位//
{uchari=4;
_code&=0xf0;
_code=_cror_（_code,i）;
return（_code）;
}
ucharchg_bcd_minl（uchar_code）//分离分的个位//
{
_code&=0x0f;
return（_code）;
}
ucharchg_bcd_minh（uchar_code）//分离分的十位//
{uchari=4;
_code&=0x70;
_code=_cror_（_code,i）;
return（_code）;
}
ucharchg_bcd_hrl（uchar_code）//分离时的个位//
{
_code&=0x0f;
return（_code）;
}
ucharchg_bcd_hrh（uchar_code）//分离时的十位//
{uchari=4;
_code&=0x30;
_code=_cror_（_code,i）;
return（_code）;
}
ucharchg_bcd_teml（uchar_code）//调整温度的个位
{
_code&=0x0f;
if（_code>0x09）{_code-=0x0a;F0=1;}
elseF0=0;
return（_code）;
}
ucharchg_bcd_temh（uchar_code）//调整温度的十位
{
_code&=0xf0;
if（F0==1）_code+=0x10;
_code=_code>>4;
return（_code）;
}
ucharchg_bcd（uchar_code）//BCD码转换成LED段码//
{
uchari;
switch（_code）
{case0x00:
i=0xc0;break;
case0x01:
i=0xf9;break;
case0x02:
i=0xa4;break;
case0x03:
i=0xb0;break;
case0x04:
i=0x99;break;
case0x05:
i=0x92;break;
case0x06:
i=0x82;break;
case0x07:
i=0xf8;break;
case0x08:
i=0x80;break;
case0x09:
i=0x90;break;
default:
i=0x00;
}
return（i）;
}
voidtimer1_isr（void）interruptTF1_VECTOR
{
if（m==4）{TMOD=0x16;
TL1=0xb0;//计数1初值
TH1=0x3c;
PT0=1;//设置优先级，计数器0高优先级，计数器1低优先级
PT1=0;
temp++;//延时计数器加1，在加为10后置0，中断一次为0.1秒，中断十次为1秒，中断一秒后滚动显示下一位
if（temp==10）{temp=0;if（n==0）n=8;n=n-1;}
}
}
voidaddtime_isr（void）//加时间子程序
{
ucharfp_r,fp_w,k;
if（m==0）{fp_r=0x83;fp_w=0x82;}//如果此时状态存储器m为0，则为调整分位，此时将写入地址和读取时间地址设置为分对应的地址
elseif（m==2）{fp_r=0x85;fp_w=0x84;}//如果此时状态存储器m为2，则为调整时位，此时将写入地址和读取时间地址设置为分对应的地址
k=readds1302（fp_r）;//读取当前时间
k=add_time（k）;//将当前时间加1
writeds1302（fp_w,k）;//将加1后的时间再次写入DS1302
}
ucharadd_time（uchar_code）
{
if（m==0）{if（（_code&0x0f）==0x09）{_code&=0xf0;
if（_code==0x50）_code=0x00;
else_code=_code+0x10;
else_code++;}//如果m为0，则调整的是分位，如果此时个位为9，那加1后个位为0，十位加1，如果此时为59，则加1后为00
if（m==2）{if（_code==0xa3）{_code=0x00;}
elseif（（_code&0x0f）==0x09）{_code&=0xf0;
if（_code==0x90）_code=0xa0;
else_code=_code+0x10;}
else_code++;}//如果m为2，则调整的是时位，如果此时个位为9，那加1后个位为0，十位加1，如果此时为23，则加1后为00
return（_code）;//返回加1后的值
}
voidchg_time（void）//改变时间子程序
{
ucharfp=0,i,j,k,out_[4],hp;
F0=0;TR1=0;//关毕计数器
if（m==4）m=0;//如果改变时间之前为4（正常显示状态），则此时为改变分状态
while（m<4）//如果状态存储器此时为正常显示状态，则返回主程序进行正常显示
{
fp++;
if（fp==0x3f）{F0=~F0;fp=0;}//跳动显示累加器，每循环执行3f次，则改变标志位，由亮变为灭，或由灭变为亮
i=0x83;//分钟读取地址
j=readds1302（i）;
k=chg_bcd_minl（j）;
out_[0]=chg_bcd（k）;
k=chg_bcd_minh（j）;
out_[1]=chg_bcd（k）;
i=0x85;//小时读取地址
j=readds1302（i）;
k=chg_bcd_hrl（j）;
out_[2]=chg_bcd（k）;
k=chg_bcd_hrh（j）;
out_[3]=chg_bcd（k）;
hp=0xf0;
for（i=0;i<4;i++）/*跳动显示设置位*/
{
if（i==m||i==（m+1））//此时m为0，跳动显示分钟的个位和十位，即out_[0]和out_[1];若为2，则跳动显示小时的个位和十位，即out_[2]和out_[3]
{P2=0x60;P0=out_[i];
if（F0==1）//如果此时标志位为显示状态，则送相应地址；否则，送其他（不会导致数码管显示）的地址
{P2=hp;}
else{P2=0x00;}}
else{P2=0x60;P0=out_[i];//不跳动的位正常显示
P2=hp;}
hp=hp-0x20;
delay_18B20（50）;
if（i==3）P2=0x20;
}
if（P13==0）{delay_18B20（100）;if（m==0）{m=2;for（;P13==0;）;}
//扫描键盘，如果S2按下，则切换下一状态
elseif（m==2）{m=4;for（;P13==0;）;}};
if（P14==0）{delay_18B20（100）;for（;P14==0;）;addtime_isr（）;}
//如果S4按下，则相应位加1
}
TR1=1;TMOD=0x10;TL1=0xb0;TH1=0x3c;//中断返回，定时器T1开始工作，初始化T1
}
***************************************************************************************
DS1302的驱动程序：
此程序的功能为，能进行时间的读取和写入，并设置成子函数，供出程序进行调用。
***************************************************************************************
DS1302的驱动程序：
/*DS1302读写程序（C51）*/
#include
#defineucharunsignedchar
sbitDS13CLK=P1^0;/*
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