帶串口、定時鬧鐘、時鐘計時器的顯示屏設(shè)計
摘要:本次課程設(shè)計主要采用基于STC89C52單片機系統(tǒng)的萬年歷設(shè)計,實現(xiàn)了以下功能:時間顯示并且可調(diào),日期、星期顯示,鬧鈴,串口通信,可移動字幕顯示。其中串口通信采用MX232來實現(xiàn),顯示屏采用12864液晶屏,為計時準確,采用DS1302時鐘芯片來實現(xiàn)時間計時模塊。采用STC89C52單片機內(nèi)部定時器0中斷實現(xiàn)時間顯示和鬧鐘掃描,定時器1中斷實現(xiàn)5S按鍵無操作退出返回主顯示界面,定時器2實現(xiàn)串口波特率發(fā)生器。
通過這次課程設(shè)計,讓我們掌握了如何設(shè)計一個具有完整功能的單片機系統(tǒng),同時也讓我們學習了keil開發(fā)軟件和proteus仿真軟件的使用,而且還讓我們更好地學會了組內(nèi)分工合作,共同完成一項任務(wù)的配合精神。
目 錄
0.引言
0.1智能儀表課程設(shè)計概要 2
0.2設(shè)計任務(wù)與要求
0.2.1設(shè)計目的
0.2.1設(shè)計要求
基本功能要求
擴展功能 2
1. 方案設(shè)計及方案論證
1.1系統(tǒng)整體設(shè)計思路
1.2系統(tǒng)方案論證
1.2.1 時鐘系統(tǒng)方案選擇
1.2.2單片機的選擇
1.2.3顯示系統(tǒng)的方案比較
1.2.4時鐘系統(tǒng)方案選擇
1.2.5串口通信方案選擇
2.硬件設(shè)計 4
2.1硬件總體結(jié)構(gòu)簡介
2.2 單片機選擇
2.2.1 單片機概述
2.2.2 STC89C52單片機的引腳說明
2.2.3 STC89C52單片機最小系統(tǒng)
2.3顯示模塊的選擇
2.3.1 LCD12864概述
2.3.2 LCD12864基本參數(shù)及引腳功能
2.4時鐘芯片器的選擇
2.5硬件線路設(shè)計分析
2.5.1 單片機最小系統(tǒng)
2.5.2 LCD12864連線圖
2.5.3 按鍵連線圖
2.5.4 蜂鳴器驅(qū)動
2.5.5 串口通信模塊
2.5.6 電源模塊
3.系統(tǒng)工作流程圖
4.個人心得
參考文獻
附錄A:電路原理圖 14
附錄B: 實物圖
附錄C: 源程序
0.引言
隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一,它所給人帶來的方便也是不可否定的,要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機技術(shù)入手,一切向著數(shù)字化控制,智能化控制方向發(fā)展。
本設(shè)計是數(shù)據(jù)采集及處理,顯示系統(tǒng)與單片機有效結(jié)合,本設(shè)計是通過在“單片機原理及應(yīng)用”課堂上學習的知識的綜合應(yīng)用,以及查閱資料,培養(yǎng)一種自學的能力。并且引導一種創(chuàng)新的思維,把學到的知識應(yīng)用到日常生活當中。在設(shè)計的過程中,不斷的學習,思考和同學間的相互討論,運用科學的分析問題的方法解決遇到的困難,掌握單片機系統(tǒng)一般的開發(fā)流程,學會對常見問題的處理方法,積累設(shè)計系統(tǒng)的經(jīng)驗,充分發(fā)揮教學與實踐的結(jié)合。全能提高個人系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力,開拓了思維,為今后能在相應(yīng)工作崗位上的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。
0.1智能儀表課程設(shè)計概要
0.1.1智能儀表課程設(shè)計的方法和步驟
在設(shè)計一個智能儀表系統(tǒng)時,首先必須明確系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù),根據(jù)任務(wù)進行方案選擇,然后對方案中的各部分進行單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇,最后將各部分連接在一起,畫出一個符合設(shè)計要求的系統(tǒng)電路圖,再按照電路圖在實際的PCB板上做出實物并進行調(diào)試。
一、明確系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求
對系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)進行具體分析,充分了解系統(tǒng)的性能、指標、內(nèi)容及要求,以便明確系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)。
二、方案選擇
把系統(tǒng)要完成的任務(wù)分解為若干個單元電路,并畫出一個能表示各單元功能的整機原理框圖。
方案選擇的重要任務(wù)是根據(jù)掌握的知識和資料,針對系統(tǒng)提出的任務(wù)、要求和條件,完成系統(tǒng)的功能設(shè)計。在此過程中要敢于探索,勇于創(chuàng)新,爭取方案的設(shè)計合理、可靠、經(jīng)濟、功能齊全、技術(shù)先進。并且對方案要不斷進行可行性和優(yōu)缺點的分析,最后設(shè)計出一個完整框圖。
三、單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇
根據(jù)系統(tǒng)的指標和功能框圖,明確各部分任務(wù),進行各單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇。
1、單元電路的設(shè)計
單元電路是整機的一部分,只有把單元電路設(shè)計好才能提高整機設(shè)計水平。每個單元電路設(shè)計前都需明確本單元電路的任務(wù),詳細擬訂出單元電路的性能指標,與前后級之間的聯(lián)系,分析電路的組成形式。具體設(shè)計時,可以模仿成熟的先進的電路,也可以創(chuàng)新或改進,但都必須保證性能要求。而且,不僅單元電路本身要求設(shè)計合理,各單元電路間也要互相配合,注意各部分的輸入、輸出信號和控制信號的關(guān)系。
2、參數(shù)計算
為保證單元電路達到功能指標要求,就需要用電子技術(shù)知識對參數(shù)進行計算,例如放大電路中各電阻值、放大倍數(shù);振蕩器中電阻、電容、振蕩頻率等參數(shù)。只有很好地理解電路的工作原理,正確利用計算公式,計算的參數(shù)才能滿足設(shè)計要求。計算參數(shù)時,同一個電路可能有幾組數(shù)據(jù),注意選擇一組能完成電路設(shè)計功能、在實踐中真正可行的參數(shù)。
3、器件選擇
集成電路的選擇根據(jù)電路功能、性能指標選擇集成電路。注意集成電路的功耗、電源電壓、工作速度是否滿足設(shè)計要求。通過查閱有關(guān)設(shè)計手冊,進行元器件的選擇。
4、電路圖的繪制
電路圖通常是在系統(tǒng)框圖、單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇的基礎(chǔ)上繪制的,它是電路組裝、調(diào)試和維修的依據(jù)。繪制電路圖時,注意以下幾點:
(1) 元器件布局合理、排列均勻、圖面清晰、便于閱讀。
(2) 注意信號流向。一般從輸入端或信號源開始,由左至右或上至下按信號的流向依次畫出各單元電路,而反饋通路的信號流向則與此相反。
(3) 圖形符號標準,適當標注。
(4) 連線應(yīng)為直線,盡量少交叉和折彎。
四、實物的制作
在制作實物的過程中,特別要注意PCB板的布線,將各模塊有次序地焊到電路板上。
0.2設(shè)計任務(wù)與要求
0.2.1設(shè)計目的
1、掌握數(shù)字電子鐘的設(shè)計方法;
2、掌握常用數(shù)字集成電路的功能和使用;
3、掌握小型單片機系統(tǒng)的開發(fā)。
0.2.1設(shè)計要求
基本功能要求
1、可動態(tài)左右、上下顯示“中國計量學院歡迎您”;
2、在5秒按鈕無操作則以24h(小時)計時方式顯示時、分、秒;
3、使用按鍵開關(guān)可實現(xiàn)時分調(diào)整;
4、具有鬧鐘功能,聲光提示。
擴展功能
1、顯示日期與星期;
2、可232通訊顯示計算機傳送字符;
1. 方案設(shè)計及方案論證
1.1系統(tǒng)整體設(shè)計思路
按照系統(tǒng)的設(shè)計功能要求,本時鐘系統(tǒng)的設(shè)計必須采用單片機軟件系統(tǒng)實現(xiàn),用STC89C52單片機的自動控制能力配合時鐘芯片DS1302來控制時鐘調(diào)整顯示,并可實現(xiàn)鬧鐘及串口通信功能,單片機對其進行一系列的處理,最后通過液晶LCD12864顯示出來。
1.2系統(tǒng)方案論證
1.2.1 時鐘系統(tǒng)方案選擇
方案1:
通過單片機內(nèi)部的定時器/計數(shù)器,用軟件實現(xiàn),直接用單片機的定時器編程以實現(xiàn)時鐘;
方案2:
用專門的時鐘芯片實現(xiàn)時鐘的計時,再把時間數(shù)據(jù)送入單片機,由單片機控制顯示。
因為單片機的定時中斷資源寶貴,所以我們采用DS1302時鐘芯片來進行計時功能,將定時中斷用作其他用處。
1.2.2單片機的選擇
實現(xiàn)對于單片機的選擇,如果用8031 系列,由于它沒有內(nèi)部RAM,系統(tǒng)又需要大量內(nèi)存存儲數(shù)據(jù),因而不可用;51 系列單片機的ROM 為4K,對于我們設(shè)計的系統(tǒng)可能有點小;52 系列單片機與51 系列的結(jié)構(gòu)一樣,而ROM 擴大為8K,對我們設(shè)計系統(tǒng)提供充足的空間進行功能的擴展。再有51 系列單片機與52系列的單片機價格差不多。因此,我們選擇52系列的單片機。
1.2.3顯示系統(tǒng)的方案比較
方案1:用數(shù)碼管或點陣LED 顯示。
方案2:用液晶1602 顯示。
方案3:用液晶12864 顯示。
時鐘和溫度的顯示可以用數(shù)碼管或LED,而且價格便宜。但是數(shù)碼管的只能顯示簡單的設(shè)計的系統(tǒng),與我們設(shè)計要求也不相符。因為有很多東西需要顯示,還是用顯示功能更好的液晶顯示器比較好,它能顯示更多的數(shù)據(jù),用1602 液晶顯示數(shù)據(jù)有限,1602不能夠顯示指針時鐘,只能夠顯示一些基本的西文字符,顯示數(shù)據(jù)的可讀性不好,用可以顯示漢字的12864液晶顯示器還可以增加顯示信息的可讀性,用12864的繪圖功能即可繪制出指針時鐘的框架,讓人看起來會很方便。雖然它們在價格上差距很大,但是1602不能夠?qū)崿F(xiàn)我們的要求,所以我們選擇LCD12864顯示屏。
1.2.4串口通信方案選擇
方案1:RS485,傳輸距離遠,抗干擾能力強,但只普遍用于工業(yè)現(xiàn)場,在普遍民用中很少使用。
方案2:RS232,傳輸范圍有限,比較容易受干擾,但普遍民用計算機都設(shè)有該接口,所以相對普及且易操作。
經(jīng)過比較選擇方案2以能滿足該實驗要求。
2.硬件設(shè)計
2.1硬件總體結(jié)構(gòu)簡介
帶串口、時鐘計時器,萬年歷的顯示屏設(shè)計設(shè)計硬件結(jié)構(gòu)圖如下所示:

圖1-1系統(tǒng)總體硬件連接圖
此系統(tǒng)包括單片機主控模塊、時鐘芯片模塊、12864顯示模塊、按鈕設(shè)置模塊、串口通信模塊、蜂鳴器模塊共6大部分。
2.2 單片機選擇
2.2.1 單片機概述
單片微型計算機簡稱單片機,又稱微控制器,嵌入式微控制器等,屬于第四代電子計算機。它把中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路以及定時器葉數(shù)器集成在一塊芯片上,從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗干擾能力強且可靠性高等特點,因此,適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因,國際上逐漸采用微控制器(MCU)代替單片微型計算機(SCM)這一名稱�!拔⒖刂破鳌备芊从硢纹瑱C的本質(zhì),但是由于單片機這個名稱已經(jīng)為國內(nèi)大多數(shù)人所接受,所以仍沿用“單片機”這一名稱。
1、單片機的主要特點有:
(1) 具有優(yōu)異的性能價格比。
(2) 集成度高、體積小、可靠性高。
(3) 控制功能強。
(4) 低電壓,低功耗。
2、單片機的主要應(yīng)用領(lǐng)域:
(1) 工業(yè)控制
(2) 儀器儀表
(3) 電信技術(shù)
(4) 辦公自動化和計算機外部設(shè)備
(5) 汽車和節(jié)能
(6) 制導和導航
(7) 商用產(chǎn)品
(8) 家用電器
因此,在本課題設(shè)計的溫濕度測控系統(tǒng)中,采用單片機來實現(xiàn)。在單片機選用方面,由于STC89系列單片機與MCS-51系列單片機兼容,所以,本系統(tǒng)中選用STC89C52單片機。
2.2.2 STC89C52單片機的引腳說明
圖1-2 STC89C52單片機引腳圖
芯片引腳如圖1-2所示:
VCC : 電源。
GND: 地。
P0口:P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。
P1口: 是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口,p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。
P2口:P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口,P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。
P3口:P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口,p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。
RST: 復位輸入。晶振工作時,RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位�?撮T狗計時完成后,RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下,復位高電平有效。
ALE/PROG:地址鎖存控制信號(ALE)是訪問外部程序存儲器時,鎖存低8 位地址的輸出脈沖。
PSEN:外部程序存儲器選通信號(PSEN)是外部程序存儲器選通信號。
EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。
XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。
XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。
程序存儲器:如果EA引腳接地,程序讀取只從外部存儲器開始。對于89C54,如果EA 接VCC,程序讀寫先從內(nèi)部存儲器(地址為0000H~1FFFH)開始,接著從外部尋址,尋址地址為:2000H~FFFFH。
數(shù)據(jù)存儲器:STC89C52 有256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。
定時器2:定時器2是一個16位定時/計數(shù)器,它既可以做定時器,又可以做事件計數(shù)器。
2.2.3 STC89C52單片機最小系統(tǒng)
圖1-3 晶振電路
圖1-4 復位電路
如圖1-3、圖1-4所示,復位電路和時鐘電路是維持單片機最小系統(tǒng)運行的基本模塊。單片機最小系統(tǒng)是在以51單片機為基礎(chǔ)上擴展,使其能更方便地運用于測試系統(tǒng)中,不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點,而且可以大幅度提高被測試的技術(shù)指標,從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點,稱為在實時檢測和自動控制領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件,在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件,尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。
2.3顯示模塊的選擇
2.3.1 LCD12864概述
帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式,內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊;其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個16*16 點漢字,和128個16*8 點ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令,可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面�?梢燥@示8×4 行16×16 點陣的漢字,也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比,不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多,且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。
圖形液晶模塊。
圖1-5 LCD1602實物圖
2.3.2 LCD12864基本參數(shù)及引腳功能
引腳功能如表1-1所示:
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| | | 并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號;串行的片選信號 |
| | | 并行的讀寫選擇信號;串行的數(shù)據(jù)口 |
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表1-1 LCD12864引腳功能
2.4時鐘芯片的選擇
功能特色:
時鐘計數(shù)功能,可以對秒、分鐘、小時、月、星期、年的計數(shù)。年計數(shù)可達到2100年。
有31*8位的額外數(shù)據(jù)暫存寄存器
最少I/O 引腳傳輸,通過三引腳控制
工作電壓:2.0-5.5V
工作電流小于320 納安(2.0V)
讀寫時鐘寄存器或內(nèi)部RAM(31*8位的額外數(shù)據(jù)暫存寄存)可以采用單字節(jié)模式和突發(fā)模式
8-pin DIP封裝或8-pin SOICs
兼容TTL (5.0V)
可選的工業(yè)級別,工作溫度-40 – 85攝氏度
兼容DS1202較DS1202增加的功能:
1. 可通過Vcc1進行涓流充電
2. 雙重電源補給
3. 備用電源可采用電池或者超級電容(0.1F以上),可以用老式電腦主板上的3.6V充電電池。如果斷電時間較短(幾小時或幾天)時,就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。100 μF 就可以保證1小時的正常走時。DS1302在第一次加電后,必須進行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時間。
2.5硬件線路設(shè)計分析
2.5.1 單片機最小系統(tǒng)
CPU 為STC89 系列增強型8 位單片機,頻率高達80MHz,可工作于6Clock,32 I/O,3 定時器,內(nèi)置 WDT、EEPROM。支持ISP,ESD。晶振采用12M/11.0592M(可更換)。
2.5.2 LCD12864連線圖

第1 腳:VSS 為地電源
第 2 腳:VCC 接5V 正電源
第 3 腳:V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高,對
比度過高時會產(chǎn)生重影,使用時可以通過一個10K 的電位器調(diào)整對比度。
第 4 腳:RS 為寄存器選擇,高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。
第 5 腳:RW 為讀寫信號線,高電平時進行讀操作,低電平時進行寫操作。當RS 和RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址,當RS 為低電平RW為高電平時可以讀忙信號,當RS為高電平RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。
第 6 腳:E 端為使能端,當E 端由高電平跳變成低電平時,液晶模塊執(zhí)行命令。
第 7~14 腳:D0~D7 為8 位雙向數(shù)據(jù)線。
第15腳:PSB 并/串行接口選擇:H-并行;L-串行。
第19腳:背光源正極(LED+5V)由P24腳接三極管放大后驅(qū)動背光,可實現(xiàn)由單片機管腳控制背光亮滅。
第20腳:背光源負極(LED-0V)。
2.5.3 按鍵連線圖
5個獨立按鍵接P11~P15口,并由LED燈指示。實現(xiàn)時鐘的增、確認、返回和鬧鐘設(shè)置等功能。
2.5.4 蜂鳴器驅(qū)動
蜂鳴器由P2.0控制并通過三極管放大驅(qū)動。
2.5.5 串口通信模塊
RS232 接口是制定用于串行通訊的標準。該標準規(guī)定采用一個25 個腳的 DB25 連接器,對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定,還對各種信號的電平加以規(guī)定。DB25 的串口一般只用到的管腳只有2(RXD)、3(TXD)、7(GND)這三個,隨著設(shè)備的不斷改進,現(xiàn)在DB25 針很少看到了,代替他的是DB9 的接口,DB9 所用到的管腳比DB25 有所變化,是2(RXD)、3(TXD)、5(GND)這三個。因此現(xiàn)在都把RS232 接口叫做DB9。
2.5.6 電源模塊
直流電源通過USB插座接入,由開關(guān)控制其開關(guān),通過電容濾波,并有LED燈指示。

3.系統(tǒng)工作流程圖
4.個人心得
通過這次課程設(shè)計使我對課堂上的理論知識有了進一步的了解,并增強了對單片機領(lǐng)域的興趣。同時也發(fā)現(xiàn)自對數(shù)電知識和電子設(shè)計軟件掌握得不夠。
這次設(shè)計仿真我們用到了仿真軟件Proteus7.8和編譯軟件keil4.0,從網(wǎng)上查閱資料學到了很多課堂之外的專業(yè)知識。這次的設(shè)計最主要是單片機的應(yīng)用,從控制到接口。這個技術(shù)是一個多學科的綜合,要做到靈活應(yīng)用需要自我學習各種輔助技術(shù)的應(yīng)用。
本次課程設(shè)計最大的體會就是軟件編程的辛苦。如果硬件是系統(tǒng)的骨架,那么軟件就是系統(tǒng)的靈魂,當我們把系統(tǒng)的原理圖弄好,硬件做好以后發(fā)現(xiàn)在編程的時候,其實有很多細節(jié)的東西都沒有安排好,比如按鍵的設(shè)計時,在編程的時候發(fā)現(xiàn)原理的按鍵安排其實很沒有邏輯,做完以后的用戶體驗其實很差,按鍵操作起來感覺不符合原來想的。軟件編程的過程中是一個很費腦力的過程,由于一開始我對系統(tǒng)整體的邏輯安排不夠清晰,所以在編程的過程中出現(xiàn)很多次編完的程序可以實現(xiàn)單獨的某一模塊功能,但是卻不符合整個系統(tǒng)的布局。這是我第一次完整的編一個比較長的程序,這次過程讓我深深地體會到編程工作需要嚴謹?shù)倪壿嫞幊糖杏浺徊揭徊�,思維不能有太大的跳躍,而且在程序出現(xiàn)錯誤的時候要有很強的耐心能靜下心來一步步檢查錯誤的原因。
這次設(shè)計中我明顯體會到自己知識的匱乏,以及動手能的不足,這激勵我不僅要學好基礎(chǔ)知識,同時還要拓展知識面增加自己的動手實踐能力。
參考文獻
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附錄A:電路原理圖
附錄圖1 電路總圖
附錄B: 實物圖
附錄圖2 動畫界面
附錄圖:3主界面
附錄圖4 串口通訊界面
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