《用DS1302与数码管设计的可调电子表设计与仿真设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用DS1302与数码管设计的可调电子表设计与仿真设计.docx（9页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、目录摘要11引言22设计方案与要求22.1 功能要求22.2 系统 基本方案选择和论证22. 2. 1单片机芯片的选择和论证22. 2. 2显示模块的选择和论证32. 2. 3时钟芯片的选择和论证32.3电路设计最终方案决定32. 4各硬件基本原理及介绍34. 1AT89C51单片机原理及介绍32. 4. 2LED数码管显示原理及介绍34. 3DS1302原理及介绍.43硬件设计局部42.1 电路设计框图42.2 系统硬件概述42.3 主要单元电路的设计43. 3.1单片机主控制模块的设计43. 3.2时钟电路DS1302的设计.53.3显示模块的设计53. 3.4锁存器模块的设计.64软件设
2、计局部64.1 软件设计概述64.2 Keil C51 和 Proteus 介绍 74. 2. 1Keil C51 的介绍.74. 2. 2Proteus 的介绍 74. 3整体设计15完毕语8基于DS1302与数码管设计的电子表摘要单片机应用技术飞速开展，纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表 的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生 活中广泛使用的各种智能IC卡、电子产品等，这些都离不开单片机。单片机是将CPU、RAM、 ROM、定时器、计数器和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能 产业和工
3、业自动化上，而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本文通过对一 个基于DS1302与数码管的电子表的设计，从而到达学习、了解单片机相关指令在各方面的应用。 系统由主控制器AT89c51、实时钟电路DS1302、显示电路组成，能实现时钟显示的功能，能进展时、 分、秒的显示。关键词：单片机：DS1302：数码管；电子表1引言随着微电子技术的高速开展，随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快， 对时间的要求越来越高，精准数字计时的消费需求也是越来越多。单片机以体积 小、功能全、性价比高等诸多优点，在工业控制、家用电器、通信设备、信息处 理、尖端武器等各种测控领域的应用中独占鳌头，单片
4、机开发技术已成为电子信 息、电气、通信、自动化、机电一体化等专业技术人员必须掌握的技术。而电子表作为电子类小设计，是单片机实验中一个很常用的题目。因为它有 很好的开放性和可发挥性，不仅考察了对单片机的掌握能力更加强了对单片机扩 展的应用。而且在操作的设计上要力求简洁，功能上尽量齐全，显示界面也要出 色。电子表已经越来越流行，特别是适合在家庭居室、办公室、大厅、会议室、 车站和广场等使用，壁挂式LED数码管显示的万年历逐渐受到人们的欢迎。采用软件和硬件结合的方法，控制LED数码管输出，分别用来显示年、月、 日、时、分、秒，其最大特点是:硬件电路简单，安装方便易于实现，软件设计 独特可靠。在软件设
5、计过程中，应对硬件局部有相关的了解，这样有助于对设计 更深刻的了解，有助于软件设计。2设计方案与要求2.1 功能要求本电子表的功能：能动态显示小时、分钟、秒2.2 系统 基本方案选择和论证2.3 . 1单片机芯片的选择和论证方案一,:采用AT89s52芯片作为硬件核心，采用Flash ROM,内部具有4KBROM存储 空间，能于3V的超低压工作，而且与MCS-51系列单片机完全兼容，但是运用于电 路设计中时由于不具备ISP在线编程技术，当在对电路进展调试时，由于程序的 错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的屡次拔插会对芯片造成 一定的损坏。方案二：采用AT89c51,片内ROM全都
6、采用Flash ROM；能以3V的超底压工作；同时也 与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM存储空间，同样具有 89s52的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进展调试时，由于程序 的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片屡次拔插，所以 不会对芯片造成损坏。结论：采用AT89C51作为主控制系统.2. 2.2显示模块的选择和论证方案一：采用LED液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字、图形。但是 价格昂贵，需要的接口线多，所以在此设计中不采用LED液晶显示屏。方案二：采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格适中，对于显示数字最适宜，而
7、且 采用动态扫描法与单片机连接时，占用的单片机口线少。结论：采用LED数码管作为显示。2. 2. 3时钟芯片的选择和论证方案一：直接采用单片机定时计数器提供脉冲信号，使用程序实现年、月、日、B寸、 分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间 误差较大。方案二：采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可 自动对秒、分、时、月、年进展计数，而且精度高。结论：采用DS1302作为时钟芯片。2.3电路设计最终方案决定综上各方案所述，对此次作品的方案选定：采用AT89C51作为主控制系统、 DS1302提供时钟、LED数码管动态扫描作为显示。
8、2.4各硬件基本原理及介绍2.4. 1 AT89C51单片机原理及介绍单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把CPU、随机存储器RAM、 ROM、多种I/O接口和中断系统、定时器/计数器、A/D转换器等功能集成到一块硅片上构成 的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。AT89C51单片机为40引 脚双列直插芯片，有四个I/O 口 P0, P1,P2, P3, MCS-51单片机共有4个8位的I/O 口P0、P1、P2、P3，每一条I/O线都能独立地作输出或榆入。AT89C51引脚如以以下图2. 4.2 LED数码管显示原理及介绍LED显示是绝大多数单片机应用系统必
9、备的部件之一，发光二极管组成的 LED显示是单片机应用产品中最常用的廉价输出设备。它由假设干个发光二极管 按一定的规律排列而成。当某一个发光二极管导通时，相应的一个点或一笔画被 点亮，控制不同组合的二极管导通，就能显出各种字符。发光二极管的阳极连在 一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的成为共阴显示器。1位显示器由8个 发光二极管组成，其中7个发光二极管ag控制7个笔画的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗。 引脚如以以下图2.4.3 DS1302原理及介绍DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的电子表芯片，附加 31字节静态RAM,采用SPI三线接口与CPU一进展同步通信
10、，并可采用突发方式 一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。电子表可提供秒、分、时，一个月小 与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5V5.5V。采 用双电源供电（主电源和备用电源）。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有 特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广 泛应用于测量系统中。引脚如以以下图3 硬件设计局部3.1电路设计框图本设计是由AT89c51单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在 3V超低压工作。时钟电路由DS1302提供，采用三线接口与CPU进展同步通信， 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。
11、具有使用寿命长， 精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能，本电路采用DS1302单字节 传送方式实现与主控机之间数据的传送。显示局部由LED数码管动态扫描来显7P o3.3主要单元电路的设计单片机主控制模块的设计单片机的最小系统如以以下图所示，18引脚和19引脚接时钟电路，XTAL1接 外部晶振和微调电容的一端为输入端,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端为 输出端。第9引脚为复位输入端，接上电容，电阻及开关后构成复位电路。主控制系统1 .内部构造按功能分为8局部：CUP,程序存储器，数据存储器，时钟电路，串行口， 并行I/O 口，中断系统，定时/计数器。2 .引脚定义及功能Vcc:
12、接+5V电源Vss:接地XTAL1和XTAL2：时钟引脚,外接晶体引线端。RST/Vpq: RST是复位信号输入端，Vpd是备用电源输入端。I/O 口引脚:PO. 0P0. 7:P0 u 8 位双向 I/O 口 ；P1.01.7:P1 口 8 位准双向 I/O 口；P2. OP2. 7：P2 口 8 位准双向 I/O 口；P3.0P3.7：P3 口 8 位准双向 I/O o03 . 3.2时钟电路DS1302的设计1 .引脚功能及构造DS1302的电路图如下，其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源 关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较 大
13、者供电。X1和X2是振荡源，外接32. 768kHz晶振。RST是复位/片选线，通 过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首 先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位存放器；其次，RST提供 终止单字节或多字节数据的传送手段。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置 为高电平。I/O为串行数据输入输出端（双向），SCLK始终是输入端。DS1302与 单片机的连接也仅需要3条线：CE引脚、SCLK串行时钟引脚、I/O串行数据引 脚。DS1302电路图2 .读写时序说明DS 1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向存放器写入控制字，还需要读取 相应存放器的
14、数据。DS1302的控制字如图：DS1302在每次进展读、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。控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1,如果它为0,那么不能把数据写 入到DS1302中。位6：如果为0那么表示存取时钟数据，为1表示存取RAM数据 位5至位1A4-A0：指示操作单元的地址位0（最低有效位）：如为0,表示要进展写操作，为1表示进展读操作“CH是时钟暂停标志位，当该位为1时，时钟振荡器停顿，DS1302处于 低功耗状态；当该位为0时，时钟开场运行。“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
15、时，写保护位防止对任一存放器的写操作。控制字节总是从最低位开场输入/输出的，在控制字指令输入后的下一个 SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS 1302数据输入从最低位（0位）开场。同样， 在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据， 读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图：3 .3.3显示模块的设计LED数码管（LED Segment Displays J是由8个发光二极管构成。按照一定 的图形及排列封转在一起的显示器件。其中7个LED构成7笔字形，1个LED构 成小数点固有时成为八段数码管LED数码管有两大类，一类是共阴极接法， 另一类是共阳极接
16、法，共阴极就是7段的显示字码共用一个电源的负极，是高电 平点亮，共阳极就是7段的显示字码共用一个电源的正极，是低电平点亮。只要 控制其中各段LED的亮灭即可显示相应的数字、字母或符号。数码管驱动可分为静态和动态两种。静态驱动也称直流驱动，静态驱动是指 每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O 口进展驱动。静态驱动的优点是 编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O 口多。动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp ”的同名端连 在一起，另外为每个数码管的公共端为位选端，位选端由各自独立的I/O线控制， 当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到一样的字形码，但由于位选端
17、不同 所以我们只要将需要显示的数码管的位选端翻开，该位就显示出字形，没有翻开 的数码管就不会亮。通过轮流控制各个LED数码管位选端，就使各个数码管轮流 受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1 2ms,由于人的视觉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的 速度足够快，人看到的是一组稳定的显示信息，不会有闪烁感，动态显示能够节 省大量的I/O 口，而且功耗更低。共阳极LED数码管的内部构造原理图共阴极LED数码管的内部构造原理图4 .3.4锁存器模块的设计74HC573是一种CMOS器件，器件的输入是和标准CMOS输出兼容的， 加上拉电阻，他们能和LS/A
18、LSTTL揄出兼容。当锁存使能端LE为高时， 这些器件的锁存对于数据是透明的。当锁存使能变低时，符合建设时间和 保持时间的数据会被锁存。4软件设计局部4.1 软件设计概述单片机作为嵌入式系统的核心器件，其应用系统设计包括硬件电路设计和软 件电路设计两个方面，学习和应用过程中必须软硬结合。单片机系统调试通常分 为软件调试、硬件调试和整体调试三个局部。单片机自身不具备开发功能，必须 借助于开发工具。目前，国内外推出了许多基于个人计算机的单片机软或硬开发 平台。硬件开发平台方面诸如开发板、实验箱、仿真器、编程器、示波器等，但 因其价格不低，开发过程繁琐。因此在软件支持的前提下，应用最普遍的是软件 仿
19、真开发平台。单片机应用系统软件仿真开发平台有两个常用的工具软件：Kei I 和Proteus主要用于单片机源程序的编辑、编译、链接以及调试。4.2 Kei I C51 和 Proteus 介绍4. 2. 1 Kei I C51 的介绍Kei I C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件 开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、构造性、可读性、可维护性上有明显 的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编辑器、宏汇编、连接器、库管理 和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将 这些局部组合在一起。4. 2. 2 Proteus 的介绍
20、Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件，可以仿真、 分析各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：现了单片机仿真和电路仿真相 结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿 真、12c调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能，有各种虚拟仪器， 如示波器、信号发生器等，提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单 步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、存放器等的当前状态。4.3整体设计整体实现过程：由串行的时钟芯片DS1302将时钟信号送给单片机，单片机 处理后输出。而74HC573将串行信号变成并行信号，每个74HC573
21、对应LED八段 码，二个74HC573对应二组LED数码管。单片机PO. 7-P0. 0和P2. 7-P2. 0分别连 接两个数码管组和74HC573锁存器驱动数码管被点亮。其整个过程如以以下图： 主要程序如下：#include reg52.h#include 8LED. h#include DS1302.h#include TIMER.h#include DISPLAY.h#include KEY.h#include EX_INT. hstatic void SystemClockDeaI(void)； void main ()(Timer Init ();EX_INT_lnit();/DS
22、1302_lnitime(16,12,19,1,12,12,12) ；/年月 日周时分秒SetPara. Ensure=faIse;SetPara. SetFlag=faIse;v/h i I e (1)SystemClockDeal();SystemClockDeal();/系统进程节拍调度) static void SystemCIockDeaI(void) (switch(SystemCIockStaus) (case WAIT：break；case GET_TIME： (i f(SetPara. SetFIag=faIse) (DS1302_ReadTime ();1TimeToDis
23、bufO;/把时间按次序存到显示缓冲区LED8_Code_Match(DisText) ;/把需要显示的数组转换成数码管码表i f (SetPara. Ensure=true) ( SetPara. Ensure=faIse； SetPara. SetFIag=fa Ise;DS1302_Initime(16,12,19, 1, SetPara. Hour, SetPara. Minute, 0)； 年 月日周时分秒1此处不加break,因为当在GETJIME状态下，也满足LED_SCAN状态。)case LED_SCAN： (LED8_Display();/数码管动态扫描SystemCIoc
24、kStaus=WAIT； break； ) default:break；5 完毕语2016年12月我开场了我的课程设计工作，时至今日，论文 基本完成。从 最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个设计过程难以用 语言来表达。历经了一个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。 回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了 无数难忘的回忆和收获。当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后 整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得 这一切都值了。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找 到资
25、料时的冲动和兴奋；亲手用Proteus设计电路图的时间里，记忆最深的是每 一步小小思路实现时那幸福的心情；我从资料的收集中，掌握了很多单片机及其 接口应用的知识，让我对我所学过的知识有所稳固和提高，并且让我对当今单片 机的最新开展技术有所了解。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在 今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。毕业论文的写作过程是我的一次再学习，再提高的过程。在论文中我充分地 运用了大学期间所学到的知识。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不 怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。参考文献1王静霞.？单片机应用技术？，电子工业出
26、版社，2009.2张毅刚，彭喜元，姜守达，乔立言.？新编MCS-51单片机应用设计？哈尔滨 工业大学出版社，20083马忠梅.？单片机的C语言应用设计？北京航空航天大学出版社20084张道德.？单片机接口技术？，中国水利水电出版社20075石生.？电路 基本分析？，高等教育出版社20086谭浩强.？C语言程序设计？第2版，清华大学出版社.7刘国巍，周晓萍，周莉？数字电子技术根基？，国防科技大学出版社20098刘守义，？单片机应用技术？第2版西安电子科技大学出版社,20079先锋工作室？单片机程序设计实例？北京：清华大学出版社，200310李群芳，？单片机微型计算机与接口技术？第2版北京：电子工业出版