单片机设计与代码实现.docx
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单片机设计与代码实现
(1)系统硬件概述
1.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.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。
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。
表DS1302控制字
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.显示驱动MAX7219
●MAX7219和单片计算机连接有三条引线(DIN、CLK、LOAD),采用16位数据串行移位接收方式
●八位LED显示、图条/柱图显示或64点阵显示
●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
●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
●最多能驱动8位LED显示器
●内部RAM地址01~08H分别对应于DIG0~DIG7。
●扫描界限寄存器(地址0BH):
该寄存器中D0~D3位数据设定值为0~7H,设定值表示显示器动态扫描个数位1~8。
●停机寄存器(地址0CH):
当D0=0时,MAX721处于停机状态;当D0=1时,处于正常工作状态。
●显示测试寄存器(地址0FH):
当D0=0时,MAX7219按设定模式正常工作;当D0=1时,处于测试状态。
在该状态下,不管MAX7219处于什么模式,全部LED将按最大亮度显示。
●亮度寄存器(地址0AH):
亮度可以用硬件和软件两种方法调节亮度寄存器中的D0~D3位可以控制LED显示。
LED显示寄存器由内部8×8静态RAM构成,操作者可直接对位寄存器进行个别寻址,以刷新和保持数据,只要V+超过2V(一般为+5V)。
控制寄存器包括:
译码模式,显示亮度调节,扫描限制(选择扫描位数),关断和显示测试寄存器。
MAX7219的驱动程序首先必须对5个控制寄存器初始设置即初始化,各控制寄存器设置含义如下:
译码模式选择寄存器(地址=F9H);MAX7219有两种译码方式:
B译码方式和不译码方式。
当选择不译码时,8个数据为分别一一对应7个段和小数点位;B译码方式是BCD译码,直接送数据就可以显示。
实际应用中可以按位设置选择B译码或是不译码方式。
扫描限制寄存器:
地址=FBH;用于设置显示的LED个数(1~8),比如当设置为0xX4时,LED0~5显示。
亮度调节寄存器:
地址=FAH;共有16级选择,用于LED显示亮度的强弱设置。
关断模式寄存器:
地址=FCH;有两种模式选择:
一种是关断状态模式(D0=0);一种是正常操作状态(D0=1),通常选择正常操作状态。
显示测试寄存器:
地址=FFH;有两种选择用于设置LED是测试状态还是正常操作状态:
当在测试状态时(D0=1)各位全应亮,一般选择正常操作状态(D0=0)。
4.主要单元电路的设计
表MAX7219引脚功能
(1)显示电路
显示部分采用普通的共阴数码管显示,采用动态扫描,以减少硬件
路。
年月日时分秒星期共需要17位数码显示,考虑到一次扫描17位数码
管显示时会出现闪烁情况,故采用动态扫描,可将数码管数量减少至9位,也就是两个四位一体八段LED显示数码管和一个一位LED数码管设计时数码管同时扫描,显示时采用串行口输出段码,用MAX7219驱动数码管。
图MAX7219主要引脚
5.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。
6.时钟电路
(1).DS1302工作方式简介及数据操作原理
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中较打大者供电。
当Vcc2>(Vcc1+0.2V)时,Vcc2给DS1302供电;当Vcc2<Vcc1时,DS1302由Vcc1供电。
图S1302
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的控制字如图所示。
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下表所示,其中奇数为读操作,偶数为写操作。
表DS1302控制字
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。
三·系统的软件设计
一.程序设计
电子万年历的程序主要包括3个方面的内容:
一是DS1302从单片机中读取数据进行计数,二是利用按键进行时间的调整,三是MAX7219从单片机中读取数据驱动LED数码管显示时间。
AT89C51单片机主要I/O口的分配,P2.0-P2.2分别接MAX7219的DIN,LOAD,CLK三个功能端,P3接查询式按键,P1.0-P1.2分别接DS1302的CLK,IO,RST端。
1时间控制流程图
DS1302时控流程图
2
;真正的万年历:
84bytes的51ASM
;==SUB_WNL===万年历==*DengMiao*2004-06-01*****GuangZhou******
SJDATA30H;世纪BCD00TO99
NHDATA31H;年号BCD00TO990000TO9999年
YFDATA32H;月份BCD01TO12
org000h
MOVSP,#40H
MOVSJ,#21H;2004-05
MOVNH,#01H
MOVYF,#4H
ACALLSUB_WNL
SJMP$
;===============SUB_WNL===================
;入口:
;SJDATA30H;世纪BCD00TO99
;NHDATA31H;年号BCD00TO990000TO9999年
;YFDATA32H;月份BCD01TO12
;出口
;ACC--本月天数BCD28to31
;B--本月1日的星期数1to6==星期1to星期6
;0--星期日
;使用:
ACC,B,R5,R6
;STACK:
3bytes(不包括调用)
ORG50H
SUB_WNL:
PUSHPSW
MOVA,SJ
ACALLBCD2BIN_MOD4
;x400年:
(大周期)
;=146097天=7*20871+0天
;x100年:
;000年=7*0+0+1-11=0*2+1****
;100年=7*5217+7+1-22=1*2
;200年=7*10435+7+1-44=2*2
;300年=7*15653+7+1-66=3*2
;{1,2,4,6}
MOVA,R6;A=R6=SJ_BINMOD4
RLCA;A=A*2+CA={1,2,4,6}****
XRLA,#10000111B;A=87H-A;边界调整
MOVR5,A;A={86H,85H,83H,81H};R5:
星期
MOVA,NH
JZWNL_1
ACALLBCD2BIN_MOD4
XCHA,R5
SUBBA,R5;0年;0=0+0+1+(-1)***
MOVR5,A
WNL_1:
MOVA,YF
ADDA,#(WNL_TAB-$-4)
MOVCA,@A+PC
MOVR6,A
SWAPA
ACALLWNL_F0;大年对<=3月调整准备
ADDCA,R5;月调整
MOVB,#7
DIVAB;B=AMOD7
MOVA,R6
ACALLWNL_F0;大年调整准备
ADDCA,#28
POPPSW
RET
WNL_TAB:
DB3*2+5*32+0;1BIT0:
"2月"标志
DB0*2+1+1*32+0;2**BIT1..2:
月大小
DB3*2+1*32+16;300:
28天
DB2*2+4*32+16;401:
----
DB3*2+6*32+16;510:
30天
DB2*2+2*32+16;611:
31天
DB3*2+4*32+16;7BIT3:
0-----
DB3*2+7*32+16;8BIT4:
0:
1/2月
DB2*2+3*32+16;91:
<=3月
WNL_F0:
;6BYTES;大年调整准备
RRCA;0AH
ANLA,#07H;0BH
;0CH
ANLC,F0;0DH
;0EH
RET;0FH
DB3*2+5*32+16;10HBIT5..7:
星期调整数
DB2*2+1*32+16;11H0:
---
DB3*2+3*32+16;12H1-7:
调整数
BCD2BIN_MOD4:
;功能:
A.1BYTESBCDTOBIN
;B.MOD4
;C.MUL2
;入口:
;A:
SJORNH
;F0:
大世纪
;出口
;ACC--(BIN(A)4)*2-(BIN(A)MOD4)-F0
;R6--BIN(A)MOD4
;C--IIF((BIN(A)MOD4)=0,1,0)
;使用:
ACC,B,R6,PSW
;STACK:
0bytes(不包括调用)
MOVR6,A;BCD==ANLA,#0F0H;16X+Y==<10X+Y
SWAPA
MOVB,#(256-6);(256-6)*X+(16X+Y)
MULAB;
ADDA,R6;=256X+(10X+Y)
MOVR6,A;MOD4
ANLA,#3
XCHA,R6;R6=BINMOD4={0,1,2,3}
;X4年:
3*365+366=7*209+(-2)**
XRLA,R6;A=(BIN4)
RRA;A=(BIN4)*2**
MOVC,F0;大世纪调整
SUBBA,R6
;X1年:
;0年0=0+0+1+(-1)***
;1年366=7*52+1+1
;2年366+365=7*104+2+1
;3年366+365+365=7*156+3+1
;{-1,1,2,3}
CJNER6,#1,$+3;C=IIF(R6<=1,0,1)
MOVF0,C;C=1为大年/大世纪
RET
;-----------------------------
END;========ENDOFFILE
(3)电路设计
图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MAX7219电路,显示电路及键扫描电路组成图