基于51单片机的万年历设计论文(word格式含源码) -

标题: 基于51单片机的万年历设计论文(word格式含源码) [打印本页]

作者: 黑科技001A 时间: 2018-4-3 13:35
标题: 基于51单片机的万年历设计论文(word格式含源码)
第一章绪论
目前单片机渗透到我们生活的各个领域, 几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能 IC 卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM 、只读存储器 ROM 、多种 I/O口和中断系统、定时器 /计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、 A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:
在智能仪器仪表上的应用
在工业控制中的应用
在家用电器中的应用
在计算机网络和通信领域中的应用
单片机在医用设备领域中的应用
在各种大型电器中的模块化应用
单片机在汽车设备领域中的应用
基于单片机在现实生活中的广泛应用,及人们对于万年历、温度显示的需求度,现设计出一款基于 89C51的万年历及温度显示系统。
此设计是数据采集及处理,显示系统及与单片机有效结合。此设计是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识的综合应用。
本系统设计以单片机 89C51为控制器,辅以时钟芯片 Ds1302、温度传
感器 Ds18b20、液晶显示器 LM016L 。
基于 89C51的万年历及温度显示系统, 主要由单片机 89C51、时钟芯片 Ds1302、温度传感器 Ds18b20、液晶显示器 LM016L 等构成,具有显示当前时间、年月日及温度的功能。
第二章设计要求及设计框图 2.1 设计要求
① 具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能;
② 具有温度显示功能;
2.2 设计框图

第三章知识要点
3.1 LMO16L 液晶模块
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(Microcontroller Unit )通讯可采用 8位或者 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 ) 、显示数据 RAM(DDRAM ) 、字符发生器 ROM
(CGROM ) 、字符发生器 RAM (CGRAM ) 、地址计数器 (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,液晶模块处于内部处理模式,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种和 5*10点阵字符 32种, 8位字符编码和字符的对应关系, 可以查看相关文献。 CGRAM 是为用户编写特殊字符留用的,它的容量仅 64字节。可以自定义 8个 5*7点阵字符或者 4个 5*10点阵字符。 AC 可以存储 DDRAM 和 CGRAM的地址,如果地址码随指令写入 IR,则 IR 自动把地址码装入 AC ,同时选择 DDRAM 或者 CGRAM 单元。
3.1.1 LM016L 引脚说明
管脚号名称电平功能描述
1 VSS 0V
2 VDD 5.0V
3 RS H/L H:数据线上为数据信号; L :数据线上为指令信号
4 RW H/L H:读数据模式; L :写数据模式
5 E H/L 使能信号端
6 DB0~DB7 H/L 数据线
3.1.2 控制指令
控制指令通过对 HD44780写入控制指令, HD44780产生显示驱动信号来驱动 LM016L 。
HD44780的控制指令主要有:清除显示(Clear Display) 、地址归位 ( Return Home ) 、输入模式设定 (Entry Mode Set ) 、显示开 /关控制 (Display On/Off Control ) 、功能设定 (Function Set ) 、设定 CGRAM 的地址 (Set CGRAM Address ) 、设定 DDRAM 的地址 (Set DDRAM Address ) 、写 DDRAM/CGRAM(Write Date to DDRAM/CGRAM) 、读忙标志和地址(Read Busy Flagand Address)以及从 DDRAM 和 CGRAM 中读数据(Read Date from DDRAM/CGRAM) 。
3.1.3 基于 Proteus ISIS 7的液晶模块仿真
1、接口设计
运行 Proteus ISIS 7进入设计界面,依照图所示在元件库中选择需要的元件。 80C51的 P0口作为 8位数据的输出端, P2.0、 P2.1、 P2.2作为控制信号的输出端。
2、软件设计
电路图绘制好之后,就可以编写 LM016L 的驱动程序。
LM016L 的操作有两大类:读操作和写操作。一般情况下不需要从液晶中读取数据,所以对液晶操作主要是写指令和写数据两个写操作,对于忙标志 (BF ) , 采用延时的方法, 保证液晶模块有足够时间进行内部数据处理。在写源程序时,需要根据液晶模块的时序图编写程序。
(1)写指令子程序
RS
R/WE DB0 - DB7
WRITE_COMMAND:;写指令子程序
CLR[4] LCDE;清使能信号
CLR RS; RS=0, RW=0写指令
CLR RW
MOV P0, A ;送指令字
(2)写数据子程序
WRITE_DATA
入口参数:数据放在累加器 A 中
WRITE_DATA:;写数据子程序
CLR LCDE;清使能信号
SETB RS ; RS=1, RW=0写数据
CLR RW
MOV P0, A ;送数据
RS BIT P2.0; RW BIT P2.1; LCDE BIT P2.2
下面是写指令和写数据的源代码:
写指令子程序 WRITE_COMMAND
入口参数:指令字放在累加器 A 中
有效数据
T2
T3
T1
T4
SETB LCDE
LCALL DELAY
CLR LCDE
RET
SETB LCDE
LCALL DELAY
CLR LCDE
RET
;设置使能信号
;延时
;设置使能信号
;延时
液晶模块初始化主要包括:功能设定(Function Set) 、显示开 /关控制 (Display On/OffControl) 、清除显示 (Clear Display ) 、进入点设定 (Entry Mode Set) 。
INITIAL_LCD:;液晶模块初始化 MOV A, #06H ;
输入方式设置; 8位接口, 两行显示, 5*7点阵字符 LCALL WRITE_COMMAND MOV A, #38H MOV A, #01H ;清屏指令
LCALL WRITE_COMMAND LCALL WRITE_COMMANDMOV A, #0EH ;显示开关设
置 RET
LCALL WRITE_COMMAND3.3自定义字符及其显示
CGRAM 是用户编写特殊字符用的,它的容量仅 64字节,地址为 00~3FH。定义一个 5*7点阵字符需要 8个字节,这 8个字节由 CGRAM 地址的高 3位确定,相同的为一组。
3.2 单片机 AT89C51
AT89C51是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 (FPEROM — Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能 CMOS8位微处理器,俗称单片机。 AT89C2051是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造, 与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中, ATMEL 的 AT89C51是一种高效微控制器, AT89C2051是它的一种精简版本。 AT89C

单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
3.2.1 主要特性
·与 MCS-51 兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
寿命:1000写 /擦循环
数据保留时间:10年
·全静态工作:0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部 RAM
·32可编程 I/O线
·两个 16位定时器 /计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
3.2.2 管脚说明
VCC:供电电压。
GND:接地。
P0口:P0口为一个 8位漏级开路双向 I/O口,每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1口的管脚第一次写 1时,被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FIASH 编程时, P0 口作为原码输入口,当 FIASH 进行校验时, P0输出原码,此时 P0外部必须被拉高。
P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O口, P1口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1口管脚写入 1后,被内部上拉为高,可用作输入, P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时, P1口作为第八位地址接收。
P2口:P2口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O口, P2口缓冲器可接收, 输出 4个 TTL 门电流,当 P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高, 且作为输入。并因此作为输入时, P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2口当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时, P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时, P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制
信号。
P3口:P3口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O口,可接收输出 4个 TTL 门电流。当 P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平, P3口将输出电流(ILL )这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为 AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
P3口管脚备选功能
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 /INT0(外部中断 0)
P3.3 /INT1(外部中断 1)
P3.4 T0(记时器 0外部输入)
P3.5 T1(记时器 1外部输入)
P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)
P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时, ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时, 将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时, ALE 只有在执行 MOVX , MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止,置位无效。 /PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次 /PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的 /PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:当 /EA保持低电平时 , 则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH ) ,不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时, /EA将内部锁定为 RESET ;当 /EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间,此引脚也用于施加 12V 编程电源(VPP ) 。
XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:来自反向振荡器的输出。
3.2.3 振荡器特性
XTAL1和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件, XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 3.2.4 芯片擦除功能
整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中, 代码阵列全被写“1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外, AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑, 支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下, CPU 停止工作。但 RAM ,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下,保存 RAM 的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。
3.3 时钟芯片 DS1302
DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化,先把 SCLK 端置 “ 0” , 接着把 RST 端置 “ 1” , 最后才给予 SCLK 脉冲; 读 /写时序如下图 3.3.1所示。 DS1302的控制字, 此控制字的位 7必须置 1, 若为 0则不能把对 DS1302进行读写数据。对于位 6, 若对程序进行读 /写时 RAM=1, 对时间进行读 /写时, CK=0。位 1至位 5指操作单元的地址。位 0是读 /写操作位, 进行读操作时, 该位为 1;该位为 0则表示进行的是写操作。控制字节总是从最低位开始输入 /输出的。 DS1302的日历、时间寄存器内容:“ CH ”是时钟暂停标志位,当该位为 1时,时钟振荡器停止, DS1302处于低功耗状态;当该位为 0时,时钟开始运
行。 “ WP ”是写保护位,在任何的对时钟和 RAM 的写操作之前, WP 必须为 0。当“ WP ”为 1时,写保护位防止对任一寄存器的写操作。
3.3.1 DS1302的控制字节
DS1302的控制字节的高有效位(位 7)必须是逻辑 1,如果它为 0,则不能把数据写入 DS1302中;位 6如果 0,则表示存取日历时钟数据,为 1表示存取 RAM 数据;位 5至位 1指示操作单元的地址;最低有效位(位 0)如为 0表示要进行写操作, 为 1表示进行读操作, 控制字节总是从最低位开始输出。
3.3.2 数据输入输出(I/O)
在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时,数据被写入 DS1302,数据输入从低位即位 0开始。同样,在紧跟 8位的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿读出 DS1302的数据,读出数据时从低位 0位到高位 7。如下图 3.3
所示

图 3.3.1 DS1302读 /写时序图
3.3.3 DS1302的寄存器
DS1302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见表 3.3.2。

表 3.3.2 DS1302的日历、时间寄存器
此外, DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与 RAM 相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302与 RAM 相关的寄存器分为两类:一类是单个 RAM 单元, 共 31个, 每个单元组态为一个 8位的字节, 其命令控制字为 C0H ~FDH ,其中奇数为读操作,偶数为写操作;另一类为突发方式下的 RAM 寄存器,此方式下可一次性读写所有的 RAM 的 31个字节,命令控制字为 FEH(写 ) 、 FFH(读 ) 。
3.4 DS18B20数字温度传感器
3.4.1技术性能描述
1、独特的单线接口方式, DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20的双向通讯。
2、测温范围 -55℃~+125℃,固有测温分辨率 0.5℃。
3、支持多点组网功能,多个 DS18B20可以并联在唯一的三线上,最多只能并联 8个, 实现多点测温, 如果数量过多, 会使供电电源电压过低, 从而造成信号传输的不稳定。
4、工作电源 : 3~5V/DC。
5、在使用中不需要任何外围元件。
6、测量结果以 9~12位数字量方式串行传送。
应用范围
该产品适用于冷冻库、粮仓、储罐、电讯机房、电力机房、电缆线槽等测温和控制领域。
接线说明
特点 :独特的一线接口,只需要一条口线通信多点能力,简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电, 电压范围为 3.0 V 至 5.5 V ,无需备用电源测量温度范围为 -55 ℃至 +125 ℃ 。
3.4.2 DS18B20主要的数据部件
光刻 ROM 中的 64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该 DS18B20的地址序列码。 64位光刻 ROM 的排列是:开始 8位(28H )是产品类型标号,接着的 48位是该 DS18B20自身的序列号,最后 8位是前面 56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1) 。光刻 ROM 的作用是使每一个 DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20的目的。
DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量, 以 12位转化为例:用 16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以 0.0625℃ /LSB形式表达, 其中 S 为符号位。
DS18B20内部结构主要由四部分组成:64位光刻 ROM ,温度传感器, 温度报警触发器 TH 和 TL, 配置寄存器。
1、存储器
DS18B20的存储器包括高速暂存器 RAM 和可电擦除 RAM , 可电擦除 RAM 又包括温度触发器 TH 和 TL ,以及一个配置寄存器。存储器能完整的确定一线端口的通讯,数字开始用写寄存器的命令写进寄存器,接着也可以用读寄存器的命令来确认这些数字。当确认以后就可以用复制寄存器的命令来将这些数字转移到可电擦除 RAM 中。当修改过寄存器中的数时,这个过程能确保数字的完整性。
高速暂存器 RAM 是由 8个字节的存储器组成; 第一和第二个字节是温度的显示位。第三和第四个字节是复制 TH 和 TL ,同时第三和第四个字节的数字可以更新;第五个字节是复制配置寄存器,同时第五个字节的数字
可以更新;六、七、八三个字节是计算机自身使用。用读寄存器的命令能读出第九个字节,这个字节是对前面的八个字节进行校验。
2、 64-位光刻 ROM
64位光刻 ROM 的前 8位是 DS18B20的自身代码,接下来的 48位为连续的数字代码,最后的 8位是对前 56位的 CRC 校验。 64-位的光刻 ROM 又包括 5个 ROM 的功能命令:读 ROM ,匹配 ROM ,跳跃 ROM ,查找 ROM 和报警查找。
3、 DS18B20外部电源的连接方式
DS18B20可以使用外部电源 VDD , 也可以使用内部的寄生电源。当 VDD 端口接 3.0V — 5.5V 的电压时是使用外部电源;当 VDD 端口接地时使用了内部的寄生电源。无论是内部寄生电源还是外部供电, I/O口线要接 5K Ω左右的上拉电阻。
4、配置寄存器
配置寄存器是配置不同的位数来确定温度和数字的转化。 R1, R0是温度的决定位,由 R1, R0的不同组合可以配置为 9位, 10位, 11位, 12位的温度显示。这样就可以知道不同的温度转化位所对应的转化时间,四种配置的分辨率分别为 0.5℃, 0.25℃, 0.125℃和 0.0625℃,出厂时以配置为 12位
3.4.3 DS18B20温度处理过程
1、温度的读取
DS18B20在出厂时以配置为 12位,读取温度时共读取 16位,所以把后 11位的 2进制转化为 10进制后在乘以 0.0625便为所测的温度,还需要判断正负。前 5个数字为符号位, 当前 5位为 1时, 读取的温度为负数; 当前 5位为 0时,读取的温度为正数。
2、 DS18B20控制方法
指令约定代码操作说明
(1)温度转换 44H 启动 DS18B20进行温度转换
(2)读暂存器 BEH 读暂存器 9位二进制数字
［后续内容及源码见附件］

基于51单片机的万年历设计-2f8069708e9951e79b8927fc.doc

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