【正文】 唐山學院畢業(yè)設計基于單片機的多功能液晶顯示數(shù)字畢業(yè)設計目 錄1引言 12總體方案介紹 2 2 23硬件仿真電路設計 3 Proteus 3 Proteus簡介 3 Proteus的基本操作 3 AT89C51的電路設計 5 AT89C51簡介 5 AT89C51的時鐘電路設計 7 AT89C51的復位電路設計 8 AT89C51液晶顯示模塊的連接 9 9 AT89C51與LCD1602的連接 13 AT89C51與時鐘芯片的連接 14 14 AT89C51與時鐘芯片DS1302的連接 16 AT89C51與溫度芯片的連接 17 17 17 AT89C51與鍵盤的連接 184 系統(tǒng)軟件設計 20 20 20 20 22 23 25 265 Proteus與Keil連接調(diào)試 286硬件實現(xiàn) 31 Protel簡介 31 Protel的硬件電路設計 31 創(chuàng)建項目文件 31 原理圖設計 32 報表生成 33 創(chuàng)建PCB文件 33 PCB布線 35 3D效果圖 367結論 37謝辭 38參考文獻 39附錄 40外文資料 77唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計1引言單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。目前單片機已經(jīng)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(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)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(tǒng)，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(yī)療器械了。因此，單片機的學習、開發(fā)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。本次設計的多功能數(shù)字時鐘，以AT89C51芯片為核心，輔以必要的電路，通過液晶顯示器能夠準確顯示數(shù)字時鐘。它也是現(xiàn)代社會應用廣泛的計時工具，在航天、電子等科研單位，工廠、醫(yī)院、學校等企事業(yè)單位，各種體育賽事及至我們每個人的日常生活中都發(fā)揮著重要的作用。該系統(tǒng)同時具有硬件設計簡單、工作穩(wěn)定性高、價格低廉等優(yōu)點。2總體方案介紹整個電子時鐘系統(tǒng)電路可分為五大部分：中央處理單元（CPU）、電源電路部分、顯示部分、鍵盤輸入部分、溫度采集部分。本系統(tǒng)由控制時鐘芯片DS130溫度芯片DS18BAT89C51單片機和字符點陣型LCD1602液晶顯示器等器件構成。用DS1302產(chǎn)生時鐘信號，用溫度芯片DS18B20產(chǎn)生溫度信號，再由單片機負責接收并且對其進行控制，然后通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)具體的功能，如年、月、日、星期、時、分、秒及溫度的顯示，以及時間的校準、鬧鐘的設置等。再通過編寫液晶器件的驅(qū)動程序，使其信息顯示在LCD1602液晶顯示器上。最后，將設計的硬件電路在Proteus 仿真軟件中進行仿真。DS1302時鐘芯片DS18B20溫度芯片AT89C51單片機LCD1602液晶顯示器根據(jù)上述的系統(tǒng)設計總思想設計出如下總體框架圖（圖21）：圖21系統(tǒng)總體框架圖3硬件仿真電路設計在前面的章節(jié)給出了系統(tǒng)設計的粗略輪廓，在本章節(jié)中，將畫出詳細的電路仿真原理圖，并按照要求仔細地在Proteus中完成硬件的仿真電路?？傮w上來說，本系統(tǒng)主要由顯示電路， 功能控制電路、傳感器電路三部分組成。吸收了硬件軟件化的思想，大部分功能通過軟件來實現(xiàn)，使電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高。本系統(tǒng)不僅成功的實現(xiàn)了電子時鐘的基本功能，而且還可以通過對程序的改變來實現(xiàn)其它方面的開發(fā)及學習。 Proteus Proteus簡介Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：（1）實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。（2）支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。（3）提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision3等軟件。（4）具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。 Proteus的基本操作雙擊桌面上的ISIS 7 Professional圖標或者單擊屏幕左下方的“開始”→“程序”→“Proteus 7 Professional” →“ISIS 7 Professional”，出現(xiàn)如圖31所示屏幕，進入Proteus ISIS集成環(huán)境。圖31 啟動時的屏幕Proteus ISIS的工作界面是一種標準的Windows界面，如圖32所示。包括：標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。圖32 Proteus ISIS的工作界面進入Proteus ISIS的工作界面后，選擇“對象選擇器窗口”中的“對象選擇按鈕”，選擇所需的元器件，然后放置到“圖形編輯窗口”中，以些類推將原理圖中的元器件放置完畢，再用相應的線聯(lián)接起來，繪圖完畢后點擊保存即可。如果想對本系統(tǒng)進行仿真時，還要將編譯過的源程序載下AT89C51中，操作過程為：在AT89C51芯片上單擊右鍵選擇“Edit Component”如圖33 ，在“Program File”框中選擇編譯好的源程序文件，選擇“OK”鍵關閉“Edit Component”對話框。最后點擊仿真進程控制按鈕中的“開始”按鈕即可進行仿真操作。圖33 Edit Component對話框 AT89C51的電路設計 AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash 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(jié)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(yè)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。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖34所示：圖34 AT89C51 管腳說明：VCC——供電電壓。GND——接地。P0口——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(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/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——帶內(nèi)部上拉電阻的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(nèi)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(nèi)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——帶內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(shù)據(jù)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(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)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——帶內(nèi)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(nèi)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。在編程/校驗時，P3口可接收某些控制信號。具體的P3口功能，如表31所示。表31 P3口的特殊功能引腳 替代功能 說明 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 INT0 外部中斷0申請 INT1 外部中斷1申請 T0 定時器0外部事件計數(shù)輸入 T1 定時器1外部事件計數(shù)輸入 WR 外部RAM寫選通 RD 外部RAM讀選通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(jié)。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(shù)據(jù)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(zhí)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(zhí)行狀態(tài)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(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/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(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)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(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2——來自反向振蕩器的輸出。 AT89C51的時鐘電路設計時鐘電路是產(chǎn)生CPU校準時序，是單片機的控制核心。AT89C51的時鐘信號可通過內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式兩種方式得到。本次設計使用的是片內(nèi)振蕩方式，通過外接12MHz的晶振來實現(xiàn)時鐘電路的時序控制。在使用片內(nèi)振蕩器時，XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入端和輸出端。外接晶體以及電容C1和C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。當使用外部時鐘驅(qū)動時，XTAL2引腳應懸空，而由XTAL1引腳上的信號驅(qū)動，或者XTAL1引腳應懸空，而由XTAL2引腳上的信號驅(qū)動。外部振蕩器再通過一個2分頻的觸發(fā)器來形成內(nèi)部時鐘所需要的信號。在電容器CC2選擇時方面，一般選擇其值為5~30pF。本系統(tǒng)中所用的電容值為22pF，具體的電路接法如圖35所示。圖35 晶振電路圖 AT89C51的復位電路設計根據(jù)應用的要求，復位操作通常由上電復位和開關復位2種基本形式。本系統(tǒng)使用的復位電路是在基本復位電路的基礎上所改進的一種混合方法，使其兩種形式巧妙地糅合在一起，即做到了上電復位，又可以在發(fā)生預料之外的問題時，隨時進行開關復位單片機。具體的電路連接接法如圖36所示。圖36復位電路單片機復位后的狀態(tài)：單片機的復位操作使單片機進入初始化過程，其中包括使程序計數(shù)器PC＝0000H，P0~P3＝FFH，SP＝07H，其他寄存器處于零。這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機復位后不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)如表32所示。表32 8051單片機復位后特殊功能寄存器的初始狀態(tài)[1]特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)A 00H TMOD 00H B 00H TCON 00H 表32續(xù) 8051單片機復位后特殊功能寄存器的初始狀態(tài)[1]特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)PSW 00H TH0 00H SP 07H TL0 00H DPL 00H TH1 00H DPH 00H TL1 00H P0~P3