郑州大学单片机课程设计

存档资料成绩：

郑州大学光华学院

课程设计报告书

所属课程名称单片机原理与应用

题目万年电子历

分院电信分院

专业班级2007级计算机科学与技术（2）班

学号20070210440212

学生姓名冯文科

指导教师夏康伟

2010 年7 月16 日

郑州大学光华学院

课程设计（论文）任务书

专业07计算机科学与技术班级（2）班姓名冯文科

一、课程设计（论文）题目万年电子历

二、课程设计（论文）工作：自2010 年7 月 5 日

起至2010 年7 月16 日止。

三、课程设计（论文）的目的要求和任务内容：

一.实验目的

通过本次课程设计达到如下目的：

1、熟悉AT89C51单片机与时钟芯片DS1302的应用。

2、熟悉时钟时、分、秒计时方法，掌握编程技巧。

3、掌握键盘的基本工作原理，键的识别，键抖动和重键问题的解决，键盘

工作方式和键盘程序的编程。

4、掌握七段码LED显示器的结构，七段码LED显示器的工作方式和显示程序的编程。

5、掌握串行通信程序的编写。

第 2 页共25 页

二.设计要求

利用AT89C51单片机，时钟芯片DS1302、七段码LED显示器、按键、MAX7219及常用外围器件，设计一个具有动态显示功能的电子万年历，具体要求如下：

1、设计实现电子万年历的电路系统构成框图。

2、能动态显示年、月、日、星期、小时、分钟、秒。

3、可用键盘进行校对时间，以及日期时间的修改。

学生签名：_____________

2010 年7 月16日

课程设计（论文）评阅意见

评阅人 职称

2010 年7 月16 日

序号 项 目 等 级

优秀

良好

中等

及格

不及格

1 课程设计态度评价

2 出勤情况评价

3 任务难度评价

4 工作量饱满评价

5 任务难度评价

6 设计中创新性评价

7 论文书写规范化评价 8

综合应用能力评价

综合评定等级

目录

第一章课程设计任务书 (2)

第二章设计方案....... . (6)

第三章硬件设计 (7)

第四章软件设计 (15)

第五章程序清单 (17)

第六章课程设计心得 (24)

第七章参考文献 (25)

第二章设计方案

按照系统设计功能的要求，初步确定系统由主控模块、时控模块、显示驱动及显示模块和键盘接口模块共4个模块组成，电路系统构成框图如图所示。

图2.1电子万年历电路系统构成框图

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八段LED数码管。

第三章硬件设计

3.1系统硬件概述

3.1.1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：

8KB Flash ROM，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

3.1.2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3.1 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。

3.1.3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 显示器的亮度。

MAX7219 通过D11～D84 位地址位译码,可寻址14 个内部寄存器,分别是8 个LED 显示位寄存器,5 个控制寄存器和1 个空操作寄存器。

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2 V(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,LED 0~5 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）。

3.2主要单元电路的设计

3.2.1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，以减少硬件电

表3.2 MAX7219引脚功能

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3.2 MAX7219主要引脚

3.2.2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。

3.2.3时钟电路

3.2.3.1 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3.5 DS1302

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3.3 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。

第四章软件设计

4.1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。

4.2程序流程图

4.2.1显示驱动程序流程图

图4. 1 MAX7219显示驱动程序流程图

4.2.2时间控制流程图

图4.2 DS1302时控流程图

第五章程序清单

#include

#include "intrins.h"

#define uint unsigned char

#define uint unsigned int

uchar xingqi,nian,yue,ri,xiaoshi,fen,miao;

uchar nianh,nianl,yueh,yuel,rih,ril,xiaoshih,xiaoshil,fenh,fenl,miaoh,miaol; uchar dd=2;sbit clk=p1^0;

sbit dat=p1^1;sbit rst=p1^2;

sbitA0=ACC^0;sbitA1=ACC^1;

sbitA2=ACC^2;sbitA3=ACC^3;

sbitA4=ACC^4;sbitA5=ACC^5;

sbitA6=ACC^6;sbitA7=ACC^7;

sbit p30=p3^0;

sbit p31=p3^1;

sbit p32=p3^2;

sbit p33=p3^3;

sbit p34=p3^4;

sbit p35=p3^5;

sbit p36=p3^6;

sbit p37=p3^7;

sbit date=p2^0;

sbit load=p2^1;sbit clkk=p2^2;

uchar bdata bitmsb;

sbit m7=bitmsb^7;

uchar x,y,c;

bit flag=0;

bit flagh=1;

uchar code tab[]={0xff, //任意数

0x06,/*1*/ //共阴数码管

0x5B,/*2*/

0x4F,/*3*/

0x66,/*4*/

0x6D,/*5*/

0x7D,/*6*/

0x07,/*7*/

};

uchar code tab2[]={0x7e,ox30,ox6d,ox7,ox33,

ox5b,ox5f,ox70,ox7f,ox7b};

//max7219,0~9的字库

uchar code tab1[]={ox00,ox01,ox02,ox03,ox04,ox05,ox06,ox07,

ox08,ox09,ox010,ox11,ox12,ox13,ox14,ox15,ox16,ox17,ox18,ox19,ox20,ox21,ox22 ,ox23,ox24,ox25,ox26,ox27,ox28,ox29,ox30,ox31,ox32,ox33,ox34,ox35,ox36,ox37, ox38,ox39,ox40,ox41,ox42,ox43,ox44,ox45,ox46,ox47,ox48,ox49,ox50,ox51,ox52, ox53,ox54,ox55,ox56,ox57,ox58,ox59,ox60};

void send(void)

{uchar count;

bitmsb=x;

for(count=0;count<8;count++)

{ if(m7)

{clkk=0;

date=1;

-nop-（）；

clkk=1;

}

else { clkk=0;

date=0;

nop-（）；

clkk=1;

}

bitmsb<<=1;

}

}

void wr(void)

{

load=0;

send();

x=y;

send();

lend=1;

}

void ready(void)

{

x=oxfb; //设置扫描限制

y=ox07;

wr();

x=oxf9; //译码模式

y=ox00;

wr();

x=oxfa; //亮度调节

y=oxoc;

wr();

x=oxfc; //关断模式

y=ox01;

wr();

}

void InputByte(uchar dd) //写一个字节到1302中{uchar i;

ACC=dd;

for(i=8;i>0；i--)

{

dat=A0;

clk=1;

clk=0;

ACC=ACC>>=1;

}

}

void OutputByte(void) //从DS1302中读出i个数据{

uchar i;

dat=1;

for(i=8;i>0;i--)

{ACC=ACC>>1;

A7=dat;

clk=1;

clk=0;

}

dd=ACC;

}

void Write(uchar addr,uchar num)

{rst=0;

clk=0;

rst=1;

InputByte(addr); //写地址

InputByte(num)；//写数据

clk=1;

rst=0;

{ rst=0;

clk=0;

rst=1;

InputByte();

clk=1;

rst=0;

}

//初始化设置时间，2008年5月27号，23时58分00秒void main(void)

{ uchar i;

uint xt=0;

uchar fen1,fen2,fen3,fen4;

p3=oxff;

Disable WP(); //非写保护

WriteSec(ox00); //秒

WriteMin(ox58); //分

WriteHr(ox23); //时

WriteDay(ox27); //日

WriteMn(ox05); //月

WriteYs(ox08); //年

WriteWe(ox02); //星期

//7219设置

ready();

for(i=0;i<222;i++);

for(i=0;i<222;i++);

while(1)