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標題: 基于51單片機的萬年歷設計論文(word格式含源碼) [打印本頁]

作者: 黑科技001A 時間: 2018-4-3 13:35
標題: 基于51單片機的萬年歷設計論文(word格式含源碼)
第一章緒論
目前單片機滲透到我們生活的各個領域, 幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置,飛機上各種儀表的控制,計算機的網絡通訊與數據傳輸,工業自動化過程的實時控制和數據處理,廣泛使用的各種智能 IC 卡,民用豪華轎車的安全保障系統,錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制,以及程控玩具、電子寵物等等,這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械以及各種智能機械了。因此,單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。
單片機是一種集成在電路芯片,是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM 、只讀存儲器 ROM 、多種 I/O口和中斷系統、定時器 /計時器等功能(可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、 A/D轉換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。
單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域,大致可分如下幾個范疇:
在智能儀器儀表上的應用
在工業控制中的應用
在家用電器中的應用
在計算機網絡和通信領域中的應用
單片機在醫用設備領域中的應用
在各種大型電器中的模塊化應用
單片機在汽車設備領域中的應用
基于單片機在現實生活中的廣泛應用,及人們對于萬年歷、溫度顯示的需求度,現設計出一款基于 89C51的萬年歷及溫度顯示系統。
此設計是數據采集及處理,顯示系統及與單片機有效結合。此設計是通過在“單片機原理及應用”課堂上學習的知識的綜合應用。
本系統設計以單片機 89C51為控制器,輔以時鐘芯片 Ds1302、溫度傳
感器 Ds18b20、液晶顯示器 LM016L 。
基于 89C51的萬年歷及溫度顯示系統, 主要由單片機 89C51、時鐘芯片 Ds1302、溫度傳感器 Ds18b20、液晶顯示器 LM016L 等構成,具有顯示當前時間、年月日及溫度的功能。
第二章設計要求及設計框圖 2.1 設計要求
① 具有年、月、日、星期、時、分、秒等功能;
② 具有溫度顯示功能;
2.2 設計框圖

第三章知識要點
3.1 LMO16L 液晶模塊
LM016L 液晶模塊采用 HD44780控制器。 HD44780具有簡單而功能較強的指令集,可以實現字符移動、閃爍等功能。
LM016L 與單片機 MCU(Microcontroller Unit )通訊可采用 8位或者 4位并行傳輸兩種方式。 HD44780控制器由兩個 8位寄存器、指令寄存器(IR ) 和數據寄存器(DR ) 、忙標志(BF ) 、顯示數據 RAM(DDRAM ) 、字符發生器 ROM
(CGROM ) 、字符發生器 RAM (CGRAM ) 、地址計數器 (AC ) 。 IR 用于寄存指令碼, 只能寫入不能讀出; DR 用于寄存數據,數據由內部操作自動寫入 DDRAM 和 CGRAM ,或者暫存從 DDRAM 和 CGRAM讀出的數據。 BF 為 1時,液晶模塊處于內部處理模式,不響應外部操作指令和接受數據。 DDRAM 用來存儲顯示的字符, 能存儲 80個字符碼。 CGROM 由 8位字符碼生成 5*7點陣字符 160種和 5*10點陣字符 32種, 8位字符編碼和字符的對應關系, 可以查看相關文獻。 CGRAM 是為用戶編寫特殊字符留用的,它的容量僅 64字節�？梢宰远x 8個 5*7點陣字符或者 4個 5*10點陣字符。 AC 可以存儲 DDRAM 和 CGRAM的地址,如果地址碼隨指令寫入 IR,則 IR 自動把地址碼裝入 AC ,同時選擇 DDRAM 或者 CGRAM 單元。
3.1.1 LM016L 引腳說明
管腳號名稱電平功能描述
1 VSS 0V
2 VDD 5.0V
3 RS H/L H:數據線上為數據信號; L :數據線上為指令信號
4 RW H/L H:讀數據模式; L :寫數據模式
5 E H/L 使能信號端
6 DB0~DB7 H/L 數據線
3.1.2 控制指令
控制指令通過對 HD44780寫入控制指令, HD44780產生顯示驅動信號來驅動 LM016L 。
HD44780的控制指令主要有:清除顯示(Clear Display) 、地址歸位 ( Return Home ) 、輸入模式設定 (Entry Mode Set ) 、顯示開 /關控制 (Display On/Off Control ) 、功能設定 (Function Set ) 、設定 CGRAM 的地址 (Set CGRAM Address ) 、設定 DDRAM 的地址 (Set DDRAM Address ) 、寫 DDRAM/CGRAM(Write Date to DDRAM/CGRAM) 、讀忙標志和地址(Read Busy Flagand Address)以及從 DDRAM 和 CGRAM 中讀數據(Read Date from DDRAM/CGRAM) 。
3.1.3 基于 Proteus ISIS 7的液晶模塊仿真
1、接口設計
運行 Proteus ISIS 7進入設計界面,依照圖所示在元件庫中選擇需要的元件。 80C51的 P0口作為 8位數據的輸出端, P2.0、 P2.1、 P2.2作為控制信號的輸出端。
2、軟件設計
電路圖繪制好之后,就可以編寫 LM016L 的驅動程序。
LM016L 的操作有兩大類:讀操作和寫操作。一般情況下不需要從液晶中讀取數據,所以對液晶操作主要是寫指令和寫數據兩個寫操作,對于忙標志 (BF ) , 采用延時的方法, 保證液晶模塊有足夠時間進行內部數據處理。在寫源程序時,需要根據液晶模塊的時序圖編寫程序。
(1)寫指令子程序
RS
R/WE DB0 - DB7
WRITE_COMMAND:;寫指令子程序
CLR[4] LCDE;清使能信號
CLR RS; RS=0, RW=0寫指令
CLR RW
MOV P0, A ;送指令字
(2)寫數據子程序
WRITE_DATA
入口參數:數據放在累加器 A 中
WRITE_DATA:;寫數據子程序
CLR LCDE;清使能信號
SETB RS ; RS=1, RW=0寫數據
CLR RW
MOV P0, A ;送數據
RS BIT P2.0; RW BIT P2.1; LCDE BIT P2.2
下面是寫指令和寫數據的源代碼:
寫指令子程序 WRITE_COMMAND
入口參數:指令字放在累加器 A 中
有效數據
T2
T3
T1
T4
SETB LCDE
LCALL DELAY
CLR LCDE
RET
SETB LCDE
LCALL DELAY
CLR LCDE
RET
;設置使能信號
;延時
;設置使能信號
;延時
液晶模塊初始化主要包括:功能設定(Function Set) 、顯示開 /關控制 (Display On/OffControl) 、清除顯示 (Clear Display ) 、進入點設定 (Entry Mode Set) 。
INITIAL_LCD:;液晶模塊初始化 MOV A, #06H ;
輸入方式設置; 8位接口, 兩行顯示, 5*7點陣字符 LCALL WRITE_COMMAND MOV A, #38H MOV A, #01H ;清屏指令
LCALL WRITE_COMMAND LCALL WRITE_COMMANDMOV A, #0EH ;顯示開關設
置 RET
LCALL WRITE_COMMAND3.3自定義字符及其顯示
CGRAM 是用戶編寫特殊字符用的,它的容量僅 64字節,地址為 00~3FH。定義一個 5*7點陣字符需要 8個字節,這 8個字節由 CGRAM 地址的高 3位確定,相同的為一組。
3.2 單片機 AT89C51
AT89C51是一種帶 4K 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器 (FPEROM — Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能 CMOS8位微處理器,俗稱單片機。 AT89C2051是一種帶 2K 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造, 與工業標準的 MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中, ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器, AT89C2051是它的一種精簡版本。 AT89C

單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。
3.2.1 主要特性
·與 MCS-51 兼容
·4K字節可編程閃爍存儲器
壽命:1000寫 /擦循環
數據保留時間:10年
·全靜態工作:0Hz-24Hz
·三級程序存儲器鎖定
·128*8位內部 RAM
·32可編程 I/O線
·兩個 16位定時器 /計數器
·5個中斷源
·可編程串行通道
·低功耗的閑置和掉電模式
·片內振蕩器和時鐘電路
3.2.2 管腳說明
VCC:供電電壓。
GND:接地。
P0口:P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口,每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1時,被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數據存儲器,它可以被定義為數據 /地址的第八位。在 FIASH 編程時, P0 口作為原碼輸入口,當 FIASH 進行校驗時, P0輸出原碼,此時 P0外部必須被拉高。
P1口:P1口是一個內部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1口管腳寫入 1后,被內部上拉為高,可用作輸入, P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時, P1口作為第八位地址接收。
P2口:P2口為一個內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P2口緩沖器可接收, 輸出 4個 TTL 門電流,當 P2口被寫“1”時,其管腳被內部上拉電阻拉高, 且作為輸入。并因此作為輸入時, P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。 P2口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數據存儲器進行存取時, P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時,它利用內部上拉優勢,當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時, P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制
信號。
P3口:P3口管腳是 8個帶內部上拉電阻的雙向 I/O口,可接收輸出 4個 TTL 門電流。當 P3口寫入“1”后,它們被內部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平, P3口將輸出電流(ILL )這是由于上拉的緣故。
P3口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
P3口管腳備選功能
P3.0 RXD(串行輸入口)
P3.1 TXD(串行輸出口)
P3.2 /INT0(外部中斷 0)
P3.3 /INT1(外部中斷 1)
P3.4 T0(記時器 0外部輸入)
P3.5 T1(記時器 1外部輸入)
P3.6 /WR(外部數據存儲器寫選通)
P3.7 /RD(外部數據存儲器讀選通)
P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。
RST:復位輸入。當振蕩器復位器件時,要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。
ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在 FLASH 編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時, ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當用作外部數據存儲器時, 將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時, ALE 只有在執行 MOVX , MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態 ALE 禁止,置位無效。 /PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次 /PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時,這兩次有效的 /PSEN信號將不出現。
/EA/VPP:當 /EA保持低電平時 , 則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH ) ,不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1時, /EA將內部鎖定為 RESET ;當 /EA端保持高電平時,此間內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間,此引腳也用于施加 12V 編程電源(VPP ) 。
XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。
XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。
3.2.3 振蕩器特性
XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件, XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器,因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 3.2.4 芯片擦除功能
整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合,并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中, 代碼陣列全被寫“1” 且在任何非空存儲字節被重復編程以前,該操作必須被執行。
此外, AT89C51設有穩態邏輯,可以在低到零頻率的條件下靜態邏輯, 支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下, CPU 停止工作。但 RAM ,定時器,計數器,串口和中斷系統仍在工作。在掉電模式下,保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器,禁止所用其他芯片功能,直到下一個硬件復位為止。
3.3 時鐘芯片 DS1302
DS1302在每次進行讀、寫程序前都必須初始化,先把 SCLK 端置 “ 0” , 接著把 RST 端置 “ 1” , 最后才給予 SCLK 脈沖; 讀 /寫時序如下圖 3.3.1所示。 DS1302的控制字, 此控制字的位 7必須置 1, 若為 0則不能把對 DS1302進行讀寫數據。對于位 6, 若對程序進行讀 /寫時 RAM=1, 對時間進行讀 /寫時, CK=0。位 1至位 5指操作單元的地址。位 0是讀 /寫操作位, 進行讀操作時, 該位為 1;該位為 0則表示進行的是寫操作�？刂谱止澘偸菑淖畹臀婚_始輸入 /輸出的。 DS1302的日歷、時間寄存器內容:“ CH ”是時鐘暫停標志位,當該位為 1時,時鐘振蕩器停止, DS1302處于低功耗狀態;當該位為 0時,時鐘開始運
行。 “ WP ”是寫保護位,在任何的對時鐘和 RAM 的寫操作之前, WP 必須為 0。當“ WP ”為 1時,寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。
3.3.1 DS1302的控制字節
DS1302的控制字節的高有效位(位 7)必須是邏輯 1,如果它為 0,則不能把數據寫入 DS1302中;位 6如果 0,則表示存取日歷時鐘數據,為 1表示存取 RAM 數據;位 5至位 1指示操作單元的地址;最低有效位(位 0)如為 0表示要進行寫操作, 為 1表示進行讀操作, 控制字節總是從最低位開始輸出。
3.3.2 數據輸入輸出(I/O)
在控制指令字輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時,數據被寫入 DS1302,數據輸入從低位即位 0開始。同樣,在緊跟 8位的控制指令字后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿讀出 DS1302的數據,讀出數據時從低位 0位到高位 7。如下圖 3.3
所示

圖 3.3.1 DS1302讀 /寫時序圖
3.3.3 DS1302的寄存器
DS1302有 12個寄存器,其中有 7個寄存器與日歷、時鐘相關,存放的數據位為 BCD 碼形式 , 其日歷、時間寄存器及其控制字見表 3.3.2。

表 3.3.2 DS1302的日歷、時間寄存器
此外, DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發寄存器及與 RAM 相關的寄存器等。時鐘突發寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內容。 DS1302與 RAM 相關的寄存器分為兩類:一類是單個 RAM 單元, 共 31個, 每個單元組態為一個 8位的字節, 其命令控制字為 C0H ~FDH ,其中奇數為讀操作,偶數為寫操作;另一類為突發方式下的 RAM 寄存器,此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的 31個字節,命令控制字為 FEH(寫 ) 、 FFH(讀 ) 。
3.4 DS18B20數字溫度傳感器
3.4.1技術性能描述
1、獨特的單線接口方式, DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與 DS18B20的雙向通訊。
2、測溫范圍 -55℃~+125℃,固有測溫分辨率 0.5℃。
3、支持多點組網功能,多個 DS18B20可以并聯在唯一的三線上,最多只能并聯 8個, 實現多點測溫, 如果數量過多, 會使供電電源電壓過低, 從而造成信號傳輸的不穩定。
4、工作電源 : 3~5V/DC。
5、在使用中不需要任何外圍元件。
6、測量結果以 9~12位數字量方式串行傳送。
應用范圍
該產品適用于冷凍庫、糧倉、儲罐、電訊機房、電力機房、電纜線槽等測溫和控制領域。
接線說明
特點 :獨特的一線接口,只需要一條口線通信多點能力,簡化了分布式溫度傳感應用無需外部元件可用數據總線供電, 電壓范圍為 3.0 V 至 5.5 V ,無需備用電源測量溫度范圍為 -55 ℃至 +125 ℃ 。
3.4.2 DS18B20主要的數據部件
光刻 ROM 中的 64位序列號是出廠前被光刻好的,它可以看作是該 DS18B20的地址序列碼。 64位光刻 ROM 的排列是:開始 8位(28H )是產品類型標號,接著的 48位是該 DS18B20自身的序列號,最后 8位是前面 56位的循環冗余校驗碼(CRC=X8+X5+X4+1) 。光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20都各不相同,這樣就可以實現一根總線上掛接多個 DS18B20的目的。
DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量, 以 12位轉化為例:用 16位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供,以 0.0625℃ /LSB形式表達, 其中 S 為符號位。
DS18B20內部結構主要由四部分組成:64位光刻 ROM ,溫度傳感器, 溫度報警觸發器 TH 和 TL, 配置寄存器。
1、存儲器
DS18B20的存儲器包括高速暫存器 RAM 和可電擦除 RAM , 可電擦除 RAM 又包括溫度觸發器 TH 和 TL ,以及一個配置寄存器。存儲器能完整的確定一線端口的通訊,數字開始用寫寄存器的命令寫進寄存器,接著也可以用讀寄存器的命令來確認這些數字。當確認以后就可以用復制寄存器的命令來將這些數字轉移到可電擦除 RAM 中。當修改過寄存器中的數時,這個過程能確保數字的完整性。
高速暫存器 RAM 是由 8個字節的存儲器組成; 第一和第二個字節是溫度的顯示位。第三和第四個字節是復制 TH 和 TL ,同時第三和第四個字節的數字可以更新;第五個字節是復制配置寄存器,同時第五個字節的數字
可以更新;六、七、八三個字節是計算機自身使用。用讀寄存器的命令能讀出第九個字節,這個字節是對前面的八個字節進行校驗。
2、 64-位光刻 ROM
64位光刻 ROM 的前 8位是 DS18B20的自身代碼,接下來的 48位為連續的數字代碼,最后的 8位是對前 56位的 CRC 校驗。 64-位的光刻 ROM 又包括 5個 ROM 的功能命令:讀 ROM ,匹配 ROM ,跳躍 ROM ,查找 ROM 和報警查找。
3、 DS18B20外部電源的連接方式
DS18B20可以使用外部電源 VDD , 也可以使用內部的寄生電源。當 VDD 端口接 3.0V — 5.5V 的電壓時是使用外部電源;當 VDD 端口接地時使用了內部的寄生電源。無論是內部寄生電源還是外部供電, I/O口線要接 5K Ω左右的上拉電阻。
4、配置寄存器
配置寄存器是配置不同的位數來確定溫度和數字的轉化。 R1, R0是溫度的決定位,由 R1, R0的不同組合可以配置為 9位, 10位, 11位, 12位的溫度顯示。這樣就可以知道不同的溫度轉化位所對應的轉化時間,四種配置的分辨率分別為 0.5℃, 0.25℃, 0.125℃和 0.0625℃,出廠時以配置為 12位
3.4.3 DS18B20溫度處理過程
1、溫度的讀取
DS18B20在出廠時以配置為 12位,讀取溫度時共讀取 16位,所以把后 11位的 2進制轉化為 10進制后在乘以 0.0625便為所測的溫度,還需要判斷正負。前 5個數字為符號位, 當前 5位為 1時, 讀取的溫度為負數; 當前 5位為 0時,讀取的溫度為正數。
2、 DS18B20控制方法
指令約定代碼操作說明
(1)溫度轉換 44H 啟動 DS18B20進行溫度轉換
(2)讀暫存器 BEH 讀暫存器 9位二進制數字
［后續內容及源碼見附件］

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