智能仪表设计实习报告.docx
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智能仪表设计实习报告
河南农业大学
《智能仪表设计实习》
设计说明书
题目：
实时日历时钟显示系统的制作
学院：
07理学院
专业：
电子信息科学与技术
班级：
电科四班
学号：
0708101106
姓名：
指导教师：
滕红丽
成绩：
时间：
2010年11月29日至2010年12月12日
智能仪表设计实习报告
实时日历时钟显示系统的制作
一．《智能仪表设计实习》设计任务书：
运用所学智能仪器设计、单片机、微机原理等方面的知识，设计出一台以AT89S51为核心的单片机数据采集或测控系统，完成信息的采集、处理、输出及人机接口电路等部分的软、硬件设计。
1.分组完成实时日历时钟显示系统任务设计：
设计实时日历时钟显示系统，实现在51单片机系统中设置、获取、记录实时的日历时钟信息并通过LED显示或LCD显示。
要求能够进行长时间的记录，并且存储的时间信息在掉电情况下能长期保存。
初始的时间信息要求用户用键盘输入或通过PC机和单片机的串口通信来设置。
2．应用微机和单片机实验开发装置完成规定的实习任务；
3．系统硬件部分包括传感器、前置信号处理单元（放大器，滤波器等）、A/D转换、微处理器（MCU）、键盘、显示、报警、通信接口电路等；
4．系统软件部分包括键盘扫描、A/D转换、数字滤波、标度变换、显示、报警、通信等；
5．画出系统的硬件电路结构图和软件程序框图；
6．编写设计说明书一份，阐述系统的工作原理和软、硬件设计方法。
报告重点阐述系统组成框图、硬件原理设计和软件程序流程图。
设计说明书不得少于5000字。
二．实现功能：
实时日历时钟显示，实现在51单片机系统中设置、获取、记录实时的日历时钟信息并通过LED显示或LCD显示。
要求能够进行长时间的记录，并且存储的时间信息在掉电情况下能长期保存。
初始的时间信息要求用户用键盘输入或通过PC机和单片机的串口通信来设置。
三．实习过程：
（一）实习所使用的器件介绍：
1.芯片选择：
80c51.
实习过程中用到的器件:
编码器，keil51，splx和装有80c51芯片的单片机。
主要功能：
编码器和splx是向80c51芯片烧入数据用的，keil51是生成hex文件用的，因为只有生成的hex文件才能被烧入芯片之中。
2.显示模块的选择
使用液晶显示屏显示时间数字。
液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。
但由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。
在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片。
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行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电。
3.时钟电路的选择
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
4.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。
（二）、实时日历时钟显示系统的设计
整个系统的设计包括电路设计和软件设计，电路的设计只须知道所需的硬件即可，因为整个电路被集中到一个模板上，只须设计出程序输入单片机中，安在模板上即可工作。
软件则须根据所要的硬件写出日历工作的程序即可。
1电路设计
电子万年历电系统由主控制器AT89C51、时钟电路DS1302、显示LCD。
2系统的软件设计
软件部分则需要DS1302的运行程序，键盘扫描的相关程序，液晶写入相关程序，还有主程序，最后把各个程序组合在一起。
软件程序方框图如下：
实时日历时钟显示系统的设计的程序如下：
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
uchara,miao,shi,fen,ri,yue,nian,week,key1n;
#defineyh0x80//LCD第一行的初始位置,因为LCD1602字符地址首位D7恒定为1（100000000=80）
#defineer0x80+0x40//LCD第二行初始位置（因为第二行第一个字符位置地址是0x40）
//液晶屏的与C51之间的引脚连接定义（显示数据线接C51的P0口）
sbitrs=P2^0;
sbiten=P2^2;
sbitrw=P2^1;//如果硬件上rw接地，就不用写这句和后面的rw=0了
sbitled=P2^6;//LCD背光开关
//DS1302时钟芯片与C51之间的引脚连接定义
sbitIO=P1^1;
sbitSCLK=P1^0;
sbitRST=P1^2;
sbitACC0=ACC^0;
sbitACC7=ACC^7;
/************************************************************
ACC累加器=A
ACC.0=E0H
ACC.0就是ACC的第0位。
Acc可以位寻址。
累加器ACC是一个8位的存储单元，是用来放数据的。
但是，这个存储单元有其特殊的地位，
是单片机中一个非常关键的单元，很多运算都要通过ACC来进行。
以后在学习指令时，
常用A来表示累加器。
但有一些地方例外，比如在PUSH指令中，就必须用ACC这样的名字。
一般的说法，A代表了累加器中的内容、而ACC代表的是累加器的地址。
***************************************************************///校时按键与C51的引脚连接定义
sbitkey1=P1^5;//设置键
sbitkey2=P1^6;//加键
sbitkey3=P1^7;//减键
sbitbuzzer=P1^3;//蜂鸣器，通过三极管9012驱动，端口低电平响
/**************************************************************/
ucharcodetab1[]={"20--"};//年显示的固定字符
ucharcodetab2[]={":
:
"};//时间显示的固定字符
//延时函数，后面经常调用
voiddelay（uintxms）//延时函数，有参函数
{
uintx,y;
for（x=xms;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
/********液晶写入指令函数与写入数据函数，以后可调用
/*在这个程序中，液晶写入有关函数会在DS1302的函数中调用，所以液晶程序要放在前面*/
write_1602com（ucharcom）//****液晶写入指令函数****
{
rs=0;//数据/指令选择置为指令
rw=0;//读写选择置为写
P0=com;//送入数据
delay
（1）;
en=1;//拉高使能端，为制造有效的下降沿做准备
delay
（1）;
en=0;//en由高变低，产生下降沿，液晶执行命令
}
write_1602dat（uchardat）//***液晶写入数据函数****
{
rs=1;//数据/指令选择置为数据
rw=0;//读写选择置为写
P0=dat;//送入数据
delay
（1）;
en=1;//en置高电平，为制造下降沿做准备
delay
（1）;
en=0;//en由高变低，产生下降沿，液晶执行命令
}
lcd_init（）//***液晶初始化函数****
{
write_1602com（0x38）;//设置液晶工作模式，意思：
16*2行显示，5*7点阵，8位数据
write_1602com（0x0c）;//开显示不显示光标
write_1602com（0x06）;//整屏不移动，光标自动右移
write_1602com（0x01）;//清显示
write_1602com（yh+1）;//日历显示固定符号从第一行第1个位置之后开始显示
for（a=0;a<14;a++）
{
write_1602dat（tab1[a]）;//向液晶屏写日历显示的固定符号部分
//delay（3）;
}
write_1602com（er+2）;//时间显示固定符号写入位置，从第2个位置后开始显示
for（a=0;a<8;a++）
{
write_1602dat（tab2[a]）;//写显示时间固定符号，两个冒号
//delay（3）;
}
}
/***************DS1302有关子函数********************/
voidwrite_byte（uchardat）//写一个字节
{
ACC=dat;
RST=1;
for（a=8;a>0;a--）
{
IO=ACC0;
SCLK=0;
SCLK=1;
ACC=ACC>>1;
}
}
ucharread_byte（）//读一个字节
{
RST=1;
for（a=8;a>0;a--）
{
ACC7=IO;
SCLK=1;
SCLK=0;
ACC=ACC>>1;
}
return（ACC）;
}
//----------------------------------------
voidwrite_1302（ucharadd,uchardat）//向1302芯片写函数，指定写入地址，数据
{
RST=0;
SCLK=0;
RST=1;
write_byte（add）;
write_byte（dat）;
SCLK=1;
RST=0;
}
ucharread_1302（ucharadd）//从1302读数据函数，指定读取数据来源地址
{
uchartemp;
RST=0;
SCLK=0;
RST=1;
write_byte（add）;
temp=read_byte（）;
SCLK=1;
RST=0;
return（temp）;
}
ucharBCD_Decimal（ucharbcd）//BCD码转十进制函数，输入BCD，返回十进制
{
ucharDecimal;
Decimal=bcd>>4;
return（Decimal=Decimal*10+（bcd&=0x0F））;
}
//--------------------------------------
voidds1302_init（）//1302芯片初始化子函数（2010-01-07,12:
00:
00,week4）
{
RST=0;
SCLK=0;
write_1302（0x8e,0x00）;//允许写，禁止写保护
//write_1302（0x80,0x00）;//向DS1302内写秒寄存器80H写入初始秒数据00
//write_1302（0x82,0x00）;//向DS1302内写分寄存器82H写入初始分数据00
//write_1302（0x84,0x12）;//向DS1302内写小时寄存器84H写入初始小时数据12
//write_1302（0x8a,0x04）;//向DS1302内写周寄存器8aH写入初始周数据4
//write_1302（0x86,0x07）;//向DS1302内写日期寄存器86H写入初始日期数据07
//write_1302（0x88,0x01）;//向DS1302内写月份寄存器88H写入初始月份数据01
//write_1302（0x8c,0x10）;//向DS1302内写年份寄存器8cH写入初始年份数据10
write_1302（0x8e,0x80）;//打开写保护
}
//-----------------------------------
//时分秒显示子函数
voidwrite_sfm（ucharadd,uchardat）//向LCD写时分秒,有显示位置加、现示数据，两个参数
{
uchargw,sw;
gw=dat%10;//取得个位数字
sw=dat/10;//取得十位数字
write_1602com（er+add）;//er是头文件规定的值0x80+0x40
write_1602dat（0x30+sw）;//数字+30得到该数字的LCD1602显示码
write_1602dat（0x30+gw）;//数字+30得到该数字的LCD1602显示码
}
//-------------------------------------
//年月日显示子函数
voidwrite_nyr（ucharadd,uchardat）//向LCD写年月日，有显示位置加数、显示数据，两个参数
{
uchargw,sw;
gw=dat%10;//取得个位数字
sw=dat/10;//取得十位数字
write_1602com（yh+add）;//设定显示位置为第一个位置+add
write_1602dat（0x30+sw）;//数字+30得到该数字的LCD1602显示码
write_1602dat（0x30+gw）;//数字+30得到该数字的LCD1602显示码
}
//-------------------------------------------
voidwrite_week（ucharweek）//写星期函数
{
write_1602com（yh+0x0c）;//星期字符的显示位置
switch（week）
{
case1:
write_1602dat（'M'）;//星期数为1时，显示
write_1602dat（'O'）;
write_1602dat（'N'）;
break;
case2:
write_1602dat（'T'）;//星期数据为2时显示
write_1602dat（'U'）;
write_1602dat（'E'）;
break;
case3:
write_1602dat（'W'）;//星期数据为3时显示
write_1602dat（'E'）;
write_1602dat（'D'）;
break;
case4:
write_1602dat（'T'）;//星期数据为4是显示
write_1602dat（'H'）;
write_1602dat（'U'）;
break;
case5:
write_1602dat（'F'）;//星期数据为5时显示
write_1602dat（'R'）;
write_1602dat（'I'）;
break;
case6:
write_1602dat（'S'）;//星期数据为6时显示
write_1602dat（'T'）;
write_1602dat（'A'）;
break;
case7:
write_1602dat（'S'）;//星期数据为7时显示
write_1602dat（'U'）;
write_1602dat（'N'）;
break;
}
}
//****************键盘扫描有关函数**********************
voidkeyscan（）
{
if（key1==0）//---------------key1为功能键（设置键）--------------------
{
delay（9）;//延时，用于消抖动
if（key1==0）//延时后再次确认按键按下
{
buzzer=0;//蜂鸣器短响一次
delay（20）;
buzzer=1;
while（!
key1）;
key1n++;
if（key1n==9）
key1n=1;//设置按键共有秒、分、时、星期、日、月、年、返回，8个功能循环
switch（key1n）
{
case1:
TR0=0;//关闭定时器
//TR1=0;
write_1602com（er+0x09）;//设置按键按动一次，秒位置显示光标
write_1602com（0x0f）;//设置光标为闪烁
temp=（miao）/10*16+（miao）%10;//秒数据写入DS1302
write_1302（0x8e,0x00）;
write_1302（0x80,0x80|temp）;//miao
write_1302（0x8e,0x80）;
break;
case2:
write_1602com（er+6）;//按2次fen位置显示光标
//write_1602com（0x0f）;
break;
case3:
write_1602com（er+3）;//按动3次，shi
//write_1602com（0x0f）;
break;
case4:
write_1602com（yh+0x0e）;//按动4次，week
//write_1602com（0x0f）;
break;
case5:
write_1602com（yh+0x0a）;//按动5次，ri
//write_1602com（0x0f）;
break;
case6:
write_1602com（yh+0x07）;//按动6次，yue
//write_1602com（0x0f）;
break;
case7:
write_1602com（yh+0x04）;//按动7次，nian
//write_1602com（0x0f）;
break;
case8:
write_1602com（0x0c）;//按动到第8次，设置光标不闪烁
TR0=1;//打开定时器
write_1302（0x8e,0x00）;
write_1302
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