PIC单片机万年历设计报告.docx
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PIC单片机万年历设计报告
基于PIC单片机的万年历的设计
1设计目的
通过本课程设计,进一步了解课程设计的要求和写作过程,了解课程设计的研究方法，培养文献检索能力、创新能力、文字表达能力等。
本设计主电路都采用目前流行的简单的典型电路接法，简单实用、稳定廉价。
本设计可起到一个很好的教学目的和实验目的，对于认识PIC单片机也有一定的好处，能更加熟悉单片机和其它芯片之间的通信。
2设计的主要内容和要求
2.1主要内容
1）PIC16F87X系列单片机是美国微芯公司（Microchip）推出的单片机系列，采用精简指令集结构（RISC）的高性价比嵌入式控制器，其总线结构采取数据总线和指令线分离独立的哈佛（Harvard）结构。
所以我们要先掌握精简指令集结构和哈佛结构的特点和用法。
2）实时时钟芯片DS1302和温度传感芯片DS18B20都是DALLAS公司出产的，都采用单总线数据传送方式，所以我们先要弄懂单总线传送方式是一个什么样的传送方式。
3）1602液晶芯片是一款常见的LCD，对它的读写我们要注意读写时序，还有PIC单片机速度比8051单片机要快，以前对1602写操作前不会检查忙否，但PIC一定要确认1602不忙才进行写操作。
4）PIC16F87X系列单片机资源很丰富，故控制寄存器较多，要注意运用，还有PIC16F87X系列单片机有些引角在开出厂时输入输出的是模拟信号，要对其控制寄存器进行设置。
2.2 主要要求
1）设计要做到操作简单实用廉价；
2）要能显示秒、分、时、天、月、周、年、农历以及闹钟等信息，并能调整以上信息；
3）键盘控制调整时钟信息和显示要灵敏不能出现较大的延时，灵活，可移植性强，能够随时对电路进行改进。
3整体设计方案
为提高设计效率，本设计拟将整个系统模块化。
采用的整体设计方案如图3.1所示，整个系统由MCU[1]、显示电路[2]，独立键盘电路[3]、DS1302实时时钟电路[4]、复位电路等部分组成。
图3.1整体设计框图
当电源开关打开后，系统电路初始化，一从DS1302实时时钟电路中读取一串时钟信息，二从DS18B20温度传感电路读取一串温度信息，然后，MCU系统对采集到的进行变换和处理，再通过LCD显示出来，完成一次显示过程。
独立键盘与外部中断连接，当有键盘按下时，触发中断，进入中断服务子程序，子程序将会判断哪个键被按下了，有什么作用，要进行怎样的处理；复位键按下，系统将重新初始化，并再按上面所述执行下来。
4硬件电路的设计
本设计中的万年历的硬件电路主要由MCU电路、实时时钟电路、独立键盘电路四部分组成：
4.1 MCU电路的设计
主要元器件：
PIC16F877A单片机，4MHz晶振、33pF电容、10K电阻、开关。
PIC16F87X系列单片机是美国微芯公司（Microchip）推出的单片机系列，采用精简指令集结构（RISC）的高性价比嵌入式控制器，其总线结构采取数据总线和指令线分离独立的哈佛（Harvard）结构，哈佛结构是数据存储器与程序存储器独立编址，也就是两种存储器位于不同的逻辑空间里，使得它在执行一条指令的同时，就可以提取下一条指令，因此具有很高的流水处理速度。
其高速度、低电压工作，低功耗，强大驱动能力，低价OTP技术，体积小巧等都体现了单片机工业的新趋势；其FLASH在线编程功能可以极大地满足市场的需要，同时第三方开发的C语言开发工具，更使得研发工程师能够快速地开发升级产品，满足市场不断变化的需求。
其节约成本的最优化设计，适于用量大、档次低、价格敏感的产品[4]。
PIC16F877有40根接脚，每根接脚都有其特定功能，例如Pin11与Pin32（VDD）为正电源接脚，Pin12与Pin31（VSS）为地线接脚；而有些接脚有两种甚至三种以上功能，例如Pin2（RA0/AN0）代表PORTA的第一支接脚，在系统重置（Reset）后，可自动成为模拟输入接脚，接收模拟讯号，也可经由程序规划为数字输出输入接脚。
设计中以PIC16F877A单片机为主芯片，DS1302、DS18B20等为辅芯片，将结果在LCD上显示。
具体总原理图如图4.1。
图4.1总原理图电路图
图4.2MCU电路图
4.2 实时时钟电路的设计
主要元器件：
DS1302、电容、5K\10K\20K电阻。
DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。
实时时钟/日历电路秒、分、时、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。
DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，公需用到三个口线：
（1）RES（复位），
（2）I/O（数据线），（3）SCLK（串行时钟）。
时钟RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。
DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。
DS1302是由DS1202改进而来，Vcc1为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器。
实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日期、星期、月、年的能力、还有闰年调整的能力，这就使本来要通过复杂的算法来计算出的星期、闰年的计算简单了许多。
设计中我们要设计一个高稳定晶振电路，这里我们用二片电容和一个32.768MHz的晶振。
具体电路连接如图4.2所示。
图4.3实时时钟电路图
4.3 独立键盘和其它电路的设计
主要元器件：
键盘、10千欧和100欧电阻、电源和地等等。
键盘电路一般都是让端口检测低电平，有用扫描的方法检测哪个键有按下，也有用中断的方法检测。
本设计中的独立键盘是前者，一般键盘可直接接地，但这里为了稳定起见，在挂键盘的端口用了个上拉电阻。
具体电路连接如图4.4所示。
图4.5独立键盘电路图
5软件设计
软件设计部分可分为：
主程序、LCD显示子程序和DS1302实时时钟子程序、DS18B20温度计子程序、键盘服务子程序等。
5.1主程序设计
在主程序中，需要完成整体的功能构架并对各芯片的初始化，另外，在主程序模块中还需要设置定时器0，并对它们进行初始化。
主程序一次循环流程图如图5.1所示。
当打开电源开关时，各个模块初始化，然后显示固定在液晶上的用于美化显示的图形。
之后读取温度信息，定时器0初始化，读取时间等信息，冒号闪烁，读取星期、农历信息，显示所有信息，结束一次循环。
在实际运行时，显示完所有信息后，将返回到读取温度子函数前再往循环下执行。
图5.1主程序流程图
5.2键盘服务子程序设计
在主程序中，进入键盘服务程序后，开始扫描键盘，如果设置键没有键按下或是按下次数K=K%10=0，则本次扫描结束，若设置键按下次数K=K%10=1;则可通过加、减键调节秒；若设置键按下次数K=K%10=2，则可通过加、减键调节分；若设置键按下次数K=K%10=3，则可通过加、减键调节时；若设置键按下次数K=K%10=4，则可通过加、减键调节天；若设置键按下次数K=K%10=5，则可通过加、减键调节年；若设置键按下次数K=K%10=6，则可通过加、减键调节星期；若设置键按下次数K=K%10=7，则可通过加、减键调节闹铃开关；若闹铃关，则设置键按下次数K=K%10=8，将回到初始显示界面。
若闹铃开，则设置键按下次数K=K%10=8，则可通过加、减键调节闹铃分；则可通过加、减键调节闹铃时；若设置键按下次数K=K%10=10，将回到初始显示界面。
图5.2独立键盘服务流程图
5.3LCD显示子程序设计
在LCD显示子程序中，初始化后，从LCD中读状态字，判断LCD是否在忙状态，不是则可向LCD写控制命令，再写数据，即显示数据。
图5.3LCD显示流程图
器材：
LCD（LGM12641BS1R）一个
单片机PIC16F877A一个
红色法官二极管一个
DS1302一个
32768Hz的晶振一个
6pF的电容二个
10k的电阻五个
1k的电阻四个
Button按键四个
1.目的和意义
1.1设计目的
1.掌握单片机8031的性能及使用方法
2.掌握使用单片机编程的方法；
3了解七段数码显示数字的原理；
4.掌握多位数字的显示技术；
5.掌握ADC0809模/数转换的应用；
1.2设计的内容
由于日常电压都是模拟量，要把他们的输出变为数字量就需要有模/数转换器。
本次实验选用的是八位模/数转换器ADC0809。
其次，计算机中的数字都是十六进制数，而我们习惯于十进制数的读写，因此，在软件设计中则要把十六进制数转换成十进制数。
在显示的时候也是如此。
本装置的输出用三位LED显示，因此在软件设计中还要解决数字输出与LED的接口问题。
硬件则需要将输出线接到八段数码管上。
原理框图
1．3设计要求
1．可测量0~99V的模拟电压；
2．精确到0.1V；
3．结果用LED动态显示；
硬件电路设计
8031单片机
8031为字长8位的单片微型计算机，由中央处理器、内部RAM、内部ROM、两个16位的定时计数器、四个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）、一个全双工的串行口、五个中断源以及时钟等组成。
它具有速度快、功能强、功耗底、抗干扰性好、价格低廉等特点。
它是标准的40引脚双列直插封装（DIP）形式。
八位模/数转换器ADC0809,
ACD0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，为28引脚双列直插式封装。
可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存译码电路，其转换时间为100微秒左右。
A/D转换用于实现模拟量到数字量的转换。
按转换原理可分为四种，即：
计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。
目前使用较多的为后三种。
双积分式A/D转换器具有高精度、抗干扰性好、价格低廉等特点，但速度较慢，经常应用于对速度要求不高的仪表中；逐次逼近式A/D转换器在精度、速度和价格上都适中，是目前最常用的A/D转换器；并行式A/D转换器是一种用编码技术实现的高速A/D转换器其速度最快，价格也最高，使用于要求较高的场合。
综上，本设计选用逐次逼近式8位A/D转换芯片ADC0809。
ADC0809的主要技术特性和指标：
·分辨率：
8位。
·转换时间：
取决于芯片时钟频率。
·单一电源：
+5V。
·模拟输入电压范围：
单极性0～5V，双极性+5V或+10V。
·具有可控三态输出锁存器。
·启动转换控制脉冲式（正脉冲），上升沿使内部所有寄存器清“0”，下降沿使A/D转换器开始。
LED显示器
通常所说的LED显示器有七个发光二极管组成，因此也称之为七段LED显示器。
此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管，用于显示小数点。
a
fb
gy
ec
3.软件电路设计
3．1设计思路
本题要求输入0~99v的模拟电压，结果用LED显示。
由于计算机读入的只能是数字量，因此首先要用模/数转换器ADC0809将采集到的数据转换成数字量送入8031进行处理。
再者，用LED显示结果时就要考虑8031与LED的接口问题。
在程序中要完成的还有输入量于输出量的对应问题。
ADC0809是八位的模/数转换器，数字范围为0~255，而输出要求0~100。
因此，模拟量与数字输出的变化比为100/255。
在计算机乘法中不能给一个数直接乘以0.4，所以在处理输入值时就必须计算输入值*4/10。
算得的值不必再进行其他转换便可通过LED显示。
3．2程序流程图
显示程序
led:
movdptr,#9002h;位控口部分
movx@dptr,a
jnbacc.1,b1;是否有小数点
movdptr,#outseg
mova,@r0
calltable1
jmpshow
b1:
movdptr,#outseg
mova,@r0
calltable
show:
movx@dptr,a
movr6,#01h
acalldelay
incr0
mova,r3
rla
jbacc.3,ld1
movr3,a
ajmpled
movdptr,#outbit
mova,#0
movx@dptr,a;关所有八段管
ld1:
ljmpstart;返回
table:
inca
movca,@a+pc
ret
db3fh06h5bh4fh66h6dh
db7dh07h7fh6fh
table1:
inca
movca,@a+pc
ret
db0bfh86h0dbh0cfh0e6h
db0edh0fdh87h0ffh0efh
Delay:
;延时子程序
movr7,#0
DelayLoop:
djnzr7,DelayLoop
djnzr6,DelayLoop
ret
3．3程序清单
outbitequ9002h
outsegequ9004h
start:
movdptr,#outbit
mova,#0
movx@dptr,a;关所有八段管
movdptr,#8000h
mova,#00
movx@dptr,a;起动A/D
jisuan:
movxa,@dptr;把ADC的输出赋给a
movb,#04h
mulab
mov30h,b;积的高位存入30h单元
mov31h,a;积的低位存入31h单元
mova,#0ffh;15-51是进制转换问题
movb,#0ah
divab
mov32h,a;商存入32h单元
mov33h,b;余数存入33h单元
movb,30h
mulab
mov32h,a;高位的总商
mova,33h
movb,30h
mulab
adda,30h
mov33h,a
mova,31h
movb,#0ah
divab
adda,32h
mov32h,a
mova,33h
adda,b
movb,#0ah
divab;b中放总后的余数
adda,32h
mov32h,a
mova,b
mov70h,a;把小数位存入缓存区
mova,32h
movb,#0ah
divab
mov72h,a
cjnea,#0ah,a1;把十位存入缓存区
mov70h,#09h;溢出处理部分
mov71h,#09h
mov72h,#09h
jmpxianshi
a1:
mova,b
mov71h,a;把个位数存入缓存区
xianshi:
movr0,#70h
movr3,#01h
mova,r3
led:
movdptr,#9002h;位控口部分
movx@dptr,a
jnbacc.1,b1;是否有小数点
movdptr,#outseg
mova,@r0
calltable1
jmpshow
b1:
movdptr,#outseg
mova,@r0
calltable
show:
movx@dptr,a
movr6,#01h
acalldelay
incr0
mova,r3
rla
jbacc.3,ld1
movr3,a
ajmpled
movdptr,#outbit
mova,#0
movx@dptr,a;关所有八段管
ld1:
ljmpstart;返回
table:
inca
movca,@a+pc
ret
db3fh06h5bh4fh66h6dh
db7dh07h7fh6fh
table1:
inca
movca,@a+pc
ret
db0bfh86h0dbh0cfh0e6h
db0edh0fdh87h0ffh0efh
Delay:
;延时子程序
movr7,#0
DelayLoop:
djnzr7,DelayLoop
djnzr6,DelayLoop
ret
end
4.调试程序
通过单步执行检测程序的运行情况。
在调试计算程序的时候，由电位器给输入一个值，通过计算的到它经过A/D转换后的数字量。
设置PC，单步执行。
每执行一步，在数据监测窗口和程序监测窗口观察它的变化情况，看是否与自己计算出的结果相符。
如不同，则思考是哪个地方出现了问题，修改后继续执行，知道输出结果与计算结果相同为止。
当程序中有跳转指令时，通过单步执行可以看到条件满足时它跳到哪一步，条件不满足时程序跳到哪一步，从而达到想要的结果。
LED的显示程序在调试中出错是相对较少的。
给输出分配好段控口和位控口之后，它基本就能按8031的处理结果显示。
5．结论
通过本次设计，我们更好地掌握了单片机编程和调试。
熟悉了汇编语言的使用方法，将即将遗忘的知识得到了巩固。
这次的题目并不是很难，但它有一个非常复杂的计算程序，是我们以前所没接触过的，因此在编程和调试过程中也遇到了一些麻烦。
克服困难的办法就是想尽一切办法去解决它，通过不懈的努力和老师同学们的帮助，我们的问题很快就解决了。
这次设计总体来说还是比较顺利的，从中学到的知识也是相当丰富的，这为我们今后的课程设计和毕业设计积累了知识和经验，丰富了我们的大学生活。
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