单片机 数字钟课程设计.docx
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单片机数字钟课程设计
课程设计报告
课程设计名称：
系：
学生姓名：
班级：
学号：
成绩：
指导教师：
开课时间：
学年学期
一．设计题目
数字时钟
二．主要内容
利用定时器设计一个电子钟，并定义一个启动键。
当按下该键时电子时钟从当前设定值开始走时。
按秒刷新，要求在LCD屏上显示。
三．具体要求
在课程设计时，1人一组，设计报告由学生独立完成，不得互相抄袭。
教师的主导作用主要在于指明设计思路，启发学生独立设计的思路，解答疑难问题和按设计进度进行阶段审查。
学生必须发挥自身学习的主动性和能动性，主动思考问题、分析问题和解决问题，而不应处处被动地依赖指导老师。
学生在设计中可以引用所需的参考资料，避免重复工作，加快设计进程，但必须和题目的要求相符合，保证设计的正确。
学生学会掌握和使用各种已有的技术资料，不能盲目地、机械地抄袭资料，必须具体分析，使设计质量和设计能力都获得提高。
学生要在老师的指导下制定好自己各环节的详细设计进程计划，按给定的时间计划保质保量的完成个阶段的设计任务。
设计中可边设计，边修改，软件设计与硬件设计可交替进行，问题答疑与调试和方案修改相结合，提高设计的效率，保证按时完成设计工作并交出合格的设计报告。
周一
周二
周三
周四
周五
讲课设内容，安排任务
查资料，确定硬件电路方案
画出程序流程图，写出程序清单
画出程序流程图，写出程序清单
写总结报告
四．进度安排
五．成绩评定
考核方法：
现场验收（占50%），课程设计报告（占50%）。
考核内容：
学习态度（出勤情况，平时表现等）、方案合理性、程序编制质量、演示效果、设计报告质量。
成绩评定：
优，良，中，及格，不及格。
特别说明：
如发现抄袭，按照不及格处理。
目录
第一章系统概要
1.1系统背景…………………………………………………………1
1.2系统功能…………………………………………………………1
第二章系统硬件设计
2.1系统原理图………………………………………………………2
2.2单片机（MCU）模块
2.2.1MC9S08AW60单片机功能概述………………………………2
2.2.2内部结构简图………………………………………………3
2.3串行通信模块
2.3.1MAX232引图………………………………………………3
2.3.2串行通信的电路原理………………………………………4
2.4液晶显示模块……………………………………………………5
第三章系统软件设计
3.1MCU方（C）程序
3.1.1串行通信子程序……………………………………………7
3.1.2LCD子程序…………………………………………………11
第四章系统测试……………………………………………………………14
第五章总结展望
5.1总结………………………………………………………………16
5.2展望………………………………………………………………16
参考文献………………………………………………………………………16
第一章系统概要
1.1系统背景
单片机技术自发展以来已走过了近20年的发展路程。
单片机技术的发展以微处理器（MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。
小到遥控电子玩具，大到航空航天技术等电子行业都有单片机应用的影子。
1946年第一台电子计算机诞生至今，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管——晶体管——集成电路——大规模集成电路，使得计算机体积更小，功能更强。
特别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在工农业，科研，教育，国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。
单片机诞生于20世纪70年代，所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元（CenterProcessingUnit,也即常称的CPU）和数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用广泛。
20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，像Fairchild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。
九十年代以后，单片机获得了飞速的发展，世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。
美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来。
PIC单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。
21世纪新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口，除了支持TCP／IP协议，还有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口中的一种或者几种，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。
1.2系统功能
本次课程设计的主要任务是设计一个时钟计数器，也就是要做一个秒表，能够计数，并且按照我们平时的时间计数格式显示，当我们按下某个计数按键时候，这个计数系统就一秒一秒的计数，当计数到59秒就进位，显示分钟的部分加1，当计数分钟的数字显示到59，同样要进位，这时候时钟部分加1，如此循环下去。
当我们再次按下此按键时候，计数器暂停计数，此时显示器也就暂停在那个时候不在计数了，并且显示当前计数时间。
LCD显示器要求每显示一次就刷新一次，或者刷新频率更高些。
第二章系统硬件设计
2.1系统原理图
上图中AW60是主要模块，所有的信号都是经过AW60模块进行处理，各个功能模块在AW60模块的连接下才能够协调运行起来。
图中，左边一块是各异晶振和两个电容连接，用来产生标准的时钟脉冲，在AW60上面连接的是LCD液晶显示器，用来动态显示当前所计数的秒数，右边一个模块是接地使用，最下面的是一个开关模块，用来在程序加载后由此开关控制何时开始计数，何时暂停计数，以及一些复位等操作。
2.2单片机（MCU）模块
2.2.1MC9S08AW60单片机性能概述
S80是单芯片8位微控制器解决法案。
MC9S08AW60/AW60/AW48/AW32/AW16是低成本高性能的8位饿、微处理器单元（MCU）S08家族中的成员。
家族中有的MCU使用增强型S08S核，且使用不同的模块，存储空间，存储器类型与封装类型。
AW60系列主要常规模块和特点：
（1）最高达40MHz的CPU工作频率和20MHz的内部总线工作频率；时钟源选项包括晶振，谐振器，外部时钟或，内部产生的时钟。
（2）相比HC08CPU指令集，S08CPU增加了BGND指令。
（3）单线后台调试模式接口：
增强的断点能力，允许单一的断点设置在线调试（在片内调试模块增加了多于两个的断点）。
（4）内含32个中断/复位源；内含2KB的片内RAM；内含60KB的片内在线可编程的Flash存储器，带有块保护和安全选项。
（5）可选的计算机正常操作（COP）复位；低电压检测与复位或中断；非法操作码检测与复位；非法地址检测与复位。
（6）ADC：
多达16个通道，10个A/D转换器与动动比较功能；两个串行通信接口SCI模块与可选的13位中断；一个串行外设接口SPI模块；集成电路互联总线IIC模块运行高达100kbps的最高总线负载；8引脚键盘中断KBI模块。
（7）Timers：
1个2通道和一个6通道16位定时器/脉冲宽度调制器模块。
既有输入捕获，输出比较，脉宽调制功能。
AW子系列MCU的4种封装形式只是引脚数量和形式有所区别，其他方面是一致的。
2.2.2内部结构简图
1.内部结构简图
图2-1AW60MCU内部结构框图
图2-1给出了SW60内部结构框图，它对于我们理解和应用AW60MCU有重要作用，在学习了基本方法后，应再反过来熟悉这个内部结构图，以便好好地理解AW60MCU的基本原理。
从内部结构框图可以看出，AW60主要有以下部件：
S08CPU,存储器，定时器接口模块，定时器模块，看门狗模块，通用I/O模块，串行通信模块（SCI），串行外设接口模块（SPI），I2C（IIC）模块，A/D转换模块，键盘中断模块，时钟发生器模块，复位与中断模块等。
2.3串行通信模块
2.3.1MAX232引脚图
在MCU中，若用RS-232总线进行串行通信，则需外界电路实现电平转换，在发送端需要用驱动电平将TTL电平转换成RS-232电平；在接收端，需要用接收电路将RS-232电平转换为TTL电平。
电平转换器不仅可以由晶振管分立元件构成，也可以直接使用集成电路。
目前使用MAX232芯片比较多，该芯片使用单一+5V电源供电实现电平转换，上图的引脚说明：
（1）VCC（16脚）：
正电源端，一般为+5V；
（2）GND（15脚）：
接地；
（3）Vs+（2j脚）：
vs+=2vcc-1.5v=8.5v；
（4）Vs-（6脚）：
vs-=-2vcc-1.5v=-11.5v；
（5）C2+,C2-（4,5脚）：
一般接1uF的电解电容；
（6）C1+,C2-（1,3脚）：
一般接1uF的电解电容。
2.3.2串行通信的电路原理图2-2MAX232引脚
1、焊接到PCB板上的MSX232芯片检测方法
正常情况下，
（1）T1IN=5V，则T1OUT=-9V；T1IN=0V；则T1OUT=9V。
（2）将R1IN与T1OUT相连，令T1IN=5V，则R1OUT=5V；令T1IN=0V，则T1OUT=0V。
具有串行通信接口的MCU，一般具有发送引脚（TxD）与接受引脚（RxD），不同公司或不同系列的MCU，使用的引脚缩写名可能不一致，但含义相同。
串行通信接口的外围硬件电路，主要目的是：
将MCU的发送引脚TxD与接收端引脚RxD的TTL电平，通过RS-232电平转换器芯片转换成RS-232电平，上图就是基本串行通信的电平转换电路。
2、MAX232芯片进行电平转换的基本原理
发送过程：
MCU的TxD（TTL电平）经过MAX232的11脚（T1IN）送到MAX232内部，在内部TTL电平被“提升”为232电平，通过14脚（T1OUT）发送出去。
接收过程：
外部232电平经过MAX232的13脚（R1IN）送入到MAX232的内部，在内部的电平被“降低”为TTL电平，经过12脚（R1OUT）送到MCU的RxD，进入MCU内部。
进行MCU的串行通信接口编程时，只针对MCU的发送与接收引脚，与MAX232无关，MAX232只是起到电平转换作用。
表1MAX232芯片输入输出引脚分类与基本接法
组别
TTL电平引脚
方向
典型接口
232电平引脚
方向
典型接口
1
11
12
输入
输出
接MCU的TxD
接MCU的RxD
13
14
输入
输出
连接到接口，与其它设备通过232相接
2
10
9
输入
输出
接MCU的TxD
接MCU的RxD
8
7
输入
输出
连接到接口，与其它设备通过232相接
输入输出引脚分两组，基本含义如表1所示。
在实际使用时，若只需要一路串行通信接口，可以使用其中任何一组。
2.4液晶显示模块
点阵字符型LCD基本特点：
LCD作为电子信息产品的主要显示器件，相对于其他类型的显示器件来说有其自身的特点，主要包括：
（1）低电压，低功耗；
（1）平板型结构；（3）使用寿命长；（4）被动显示；（5）显示信息量大且易于彩色化；（6）无电磁辐射。
点阵字符型LCD是专门用于显示数字，字母，图形符号及少量自定义符号的液晶显示器。
这类显示器把LCD控制器，点阵驱动器，字符存储器，显示体及少量的阻容元件等集成一个液晶显示模板。
鉴于字符型液晶显示模块目前在国际上已经规范化，其电特性及接口特性是统一的，只要设计出一种型号的接口电路，在指令上稍加修改即可使用各种规格的字符型液晶显示器模块。
点阵字符型液晶显示器模块的控制器大多数为日立公司生产的HD44780及其兼容的控制电路，如：
SED1278（SEIKOEPSON）,KS0066（SAMSUNG）,NJU6408（NERJAPANRADIO）等。
字符型液晶显示器模块的特点如下：
（1）液晶显示屏是以若干5*8或5*11点阵块等组成的显示字符群。
每个点阵块块为一个字符位，字符间距和行间距都是一个点的宽度。
（2）主控制电路为HD44780（HITACHI）及其他公司的兼容电路。
从程序员的角度来看LCD显示接口与编程是面向HD44780的，只要了解HD44780的编程结构即可进行LCD的显示编程。
（3）内部具有字符发生器ROM，可显示192种字符。
（4）具有64字节的字符发生器RAM，可以定义8个5*8点阵字符或4个5*11的点阵字符。
（5）具有64字节的数据显示RAM，供显示器编程使用。
（6）标准接口特性，与MC9S08系列的MCU容易接口。
（7）模块结构紧凑，轻巧，装配容易。
（8）单+5V电源供电（宽温型需要加-7V驱动电源）。
（9）低功耗，高可靠性。
LCD（YM1602C）
MCU控制液晶显示接口接线图
第三章系统软件设计
3.1MCU方（C）程序
3.1.1串行通信子程序
//-------------------------------------------------------------------------*
//文件名:
SCI.c
//说明:
SCI构件函数源文件
//-------------------------------------------------------------------------*
//头文件
#include"SCI.h"//该头文件包含SCI相关寄存器及标志位宏定义
//-------------------------------------------------------------------------*
//函数名:
SCIInit
//功能:
初始化SCIx模块。
x代表1，2//参数:
uint8SCINo:
第SCINo个SCI模块。
其中SCINo取值为1，2
//如果SCINo大于2，则认为是2//uint8sysclk:
系统总线时钟，以MHz为单位
//uint16baud:
波特率，如4800，9600，19200，38400//一般来说，速度慢一点，通信会更稳定
//返回:
无
//说明:
SCINo=1表示使用SCI1模块，依此类推。
//-------------------------------------------------------------------------*
voidSCIInit（uint8SCINo,uint8sysclk,uint16baud）
{
uint16ubgs;
ubgs=0;
if（SCINo>2）
{
SCINo=2;//若传进的通道号大于2，则按照2来接收
}
//1.计算波特率并设置:
ubgs=fsys/（波特率*16）（其中fsys=sysclk*1000000）
ubgs=sysclk*（10000/（baud/100））/16;//理解参考上一行，此处便于CPU运算
SCI_BDH（SCINo）=（uint8）（（ubgs&0xFF00）>>8）;
SCI_BDL（SCINo）=（uint8）（ubgs&0x00FF）;
//无校验,正常模式（开始信号+8位数据（先发最低位）+停止信号）
SCI_C1（SCINo）=0b00000000;//SCI控制寄存器1
//||||||||
//|||||||+-PT---奇偶校验类型，在PE=1时游泳
//||||||+--PE---奇偶校验使能，
//|||||+---ILT---闲置线路类型选择
//||||+----WAKEI---接受长期唤醒方式选择
//|||+-----M---9位或8位数据选择
//||+------RSRC---接收器源选择
//|+-------SCISWAI等待模式中SCI停止
//+--------LOOPS---循环模式选择
//允许发送,允许接收,中断方式收发
SCI_C2（SCINo）=0b00001100;//SCI控制寄存器2
//||||||||
//|||||||+-SBK---发送中止字符
//||||||+--RWU---接收器唤醒控制
//|||||+---RE---接收器使能
//||||+----TE---发送器使能
//|||+-----ILIE---闲置线路中断使能
//||+------RIE---接收器中断使能
//|+-------TCIE---发送完成中断使能
//+--------TIE---发送中断使能
}
//-------------------------------------------------------------------------*
//函数名:
SCISend1
//功能:
串行发送1个字节
//参数:
uint8SCINo:
第SCINo个SCI模块，其中SCINo取值为1，2
//uint8ch:
要发送的字节
//返回:
无
//说明:
SCINo=1表示使用SCI1模块，依此类推
//-------------------------------------------------------------------------*
voidSCISend1（uint8SCINo,uint8ch）
{
if（SCINo>2）
{
SCINo=2;//若传进的通道号大于2，则按照2来接收
}
while（!
（SCI_S1（SCINo）&0b1000000））;//判断发送缓冲区是否为空
SCI_D（SCINo）=ch;
}
//-------------------------------------------------------------------------*
//函数名:
SCISendN
//功能:
串行发送N个字节
//参数:
uint8SCINo:
第SCINo个SCI模块，其中SCINo取值为1，2
//uint16n:
发送的字节数
//uint8ch[]:
待发送的数据
//返回:
无
//说明:
SCINo=1表示使用SCI1模块，依此类推
//调用了SCISend1函数
//-------------------------------------------------------------------------*
voidSCISendN（uint8SCINo,uint16n,uint8ch[]）
{
uint16i;
if（SCINo>2）
{
SCINo=2;//若传进的通道号大于2，则按照2来接收
}
for（i=0;iSCISend1（SCINo,ch[i]）;
}
//-------------------------------------------------------------------------*
//函数名:
SCIRe1
//功能:
从串口接收1个字节的数据
//参数:
uint8SCINo:
第SCINo个SCI模块，其中SCINo取值为1，2
//返回:
接收到的数（若接收失败，返回0xff）
//uint8*p:
接收成功标志的指针（0表示成功，1表示不成功）
//说明:
参数*p带回接收标志，*p=0，收到数据；*p=1，未收到数据*
//说明:
SCINo=1表示使用SCI1模块，依此类推
//-------------------------------------------------------------------------*
uint8SCIRe1（uint8SCINo,uint8*p）
{
uint16k;
uint8i;
if（SCINo>2）
{
SCINo=2;//若传进的通道号大于2，则按照2来接收
}
for（k=0;k<0xfbbb;k++）//有时间限制
if（（SCI_S1（SCINo）&0b00100000）!
=0）//判断接收缓冲区是否满
{
i=SCI_D（SCINo）;
*p=0x00;
break;
}
if（k>=0xfbbb）//接受失败
{
i=0xff;
*p=0x01;
}
returni;
}
//-------------------------------------------------------------------------*
//函数名:
SCIReN
//功能:
从串口接收N个字节的数据
//参数:
uint8SCINo:
第SCINo个SCI模块，其中SCINo取值为1，2
//uint16n:
要接收的字节数
//uint8ch[]:
存放接收数据的数组
//返回:
接收标志=0接收成功，=1接收失败
//说明:
SCINo=1表示使用SCI1模块，依此类推
//调用了SCIRe1函数
//-------------------------------------------------------------------------*
uint8SCIReN（uint8SCINo,uint16n,uint8ch[]）
{
uint16m;
uint8fp;//接收标志
m=0;
if（SCINo>2）
{
SCINo=2;//若传进的通道号大于2，则按照2来接收
}
while（m{
ch[m]=SCIRe1（SCINo,&fp）;
if（fp==1）
{
return1;//接收失败
}
m++;
}
return0;//接收成功
}
//-------------------------------------------------------
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