单片机液晶显示万年历单片机课程设计报告.docx

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单片机液晶显示万年历单片机课程设计报告

《单片机原理及应用》

课程设计报告

课题名称：

单片机液晶显示“万年历”

分院：

机械与电气工程学院

教研室：

电气工程及其自动化

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

二○一三年五月

单片机液晶显示“万年历”

一、设计任务

1、用字符型液晶显示模块LCD1602显示万年历的日期/时间等，如下图所示（仅供参考，可个性化差异设计，如显示学号等）：

2、单片机与实时时钟芯片DS1302之间通过SPI接口实现“日期/时间”数据的采集。

3、用3×4行列式键盘进行校时，共有“1、2、3、4、5、6、7、8、9、0”、“校时（闪烁）”和“（年/月/日/时/分/秒）切换”等十二个按键。

二、硬件设计

1.系统框图

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1-1所示。

图1-1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，在2.5V时耗电小于300nA），而且DS1302可以编程选择多种充电电流来对后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电。

显示驱动采用排阻RESPACK-8驱动和LM016L液晶显示、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。

RESPACK-8需九导线连接，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LCD显示器的测试模式。

显示模块采用普通的LCD显示屏。

2.各部分介绍（包括电路和主要器件介绍）

如图2-1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RESPACK-8电路，LM016L液晶显示电路及键扫描电路组成。

图2-1电子万年历电路原理图

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

2.2.2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时电流小于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。

显示电路

显示部分采用普通的LM016L液晶显示，如图2-2，以减少硬件电路。

LM016L液晶模块采用hd44780控制器，hd44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能，LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式，hd44780控制器由两个8位寄存器，指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）忙标志（BF），显示数RAM（DDRAM），字符发生器ROM（CGOROM）字符发生器RAM（CGRAM），地址计数器RAM（AC）。

IR用于寄存指令码，只能写入不能读出，DR用于寄存数据，数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM，或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据，BF为1时，液晶模块处于内部模式，不响应外部操作指令和接受数据，DDRAM用来存储显示的字符，能存储80个字符码，CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160中和5*10点阵字符32种8位字符编码和字符的对应关系。

图2-2LCD液晶显示屏显示模块

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。

按键开关在电路中的连接如图2-3a）所示。

按键未按下时，A点电位为高电平5V；按键按下时，A点电位为低电平。

A点电位就用于向CPU传递按键的开关状态。

但是由于按键的结构为机械弹性开关，在按键按下和断开时，触点在闭合和断开瞬间还会接触不稳定，引起A点电平不稳定，如图2-3b）所示，键盘的抖动时间一般为5～10ms，抖动现象会引起CPU对一次键操作进行多次处理，从而可能产生错误。

因此必须设法消除抖动的不良后果。

图2-3键操作和键抖动

消除抖动的不良后果的方法有硬件、软件两种。

为了节省硬件，通常在单片机系统中，一般不采用硬件方法消除键的抖动，而是用软件消除抖动的方法。

根据抖动特性，在第一次检测到按键按下后，执行一段延时5～10ms让前延抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认真正有键按下。

当检测到按键释放后，也要给5～10ms的延时，待后延抖动消失后才转入该键处理程序。

时钟电路

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33*8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/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备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中较大者供电。

当VCC2＞（VCC1+0．2V）时，VCC2给DS1302供电；当VCC2＜VCC1时，DS1302由VCC1供电。

如图2-4为DS1302的引脚图。

图2-4DS1302的引脚图

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，则表示要进行写操作；位1表示进行读操作。

控制字节总是从最低位开始输入/输出。

表2-1DS1302控制字

寄存器名

命令字

取值范围

各位内容

写操作

读操作

7

6

5

4

3

2

1

0

秒寄存器

80H

81H

00～59

CH

10SEC

SEC

分寄存器

82H

83H

00～59

0

10MIN

MIN

时寄存器

84H

85H

01～12或00～23

12/24

0

10

HR

HR

日寄存器

86H

87H

01～28，29，30，31

0

0

10DATE

DATE

月寄存器

88H

89H

01～12

0

0

0

10M

MONTH

周寄存器

8AH

8BH

01～07

0

0

0

0

0

DAY

年寄存器

8CH

8DH

00～99

10YEAR

YEAR

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，不管是否写了全部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。

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.原理图

图2—5电子万年历电路原理图

三、软件设计

1、主程序流程图

图3-1程序流程图

2、时间控制流程图

图3-2DS1302时控流程图

四、测试

图4—1初始状态图

图4—2调节状态图