【導讀】本性的改變，單片機技術的應用產品也已經走進了千家萬戶。時間的流逝，至從觀太陽、擺鐘到現(xiàn)在電子鐘，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀錄。模塊和實現(xiàn)過程。本設計以數字集成電路技術為基礎，單片機技術為核心。導思想是軟硬件相結合，以硬件為基礎，軟件為主導，來進行各功能模塊的編寫。時、分、秒進行計時,，同時用匯編語言和C語言進行軟件設計。系統(tǒng)通過LCD液晶顯示。芯片顯示數據，所以具有人性化的操作和美觀的效果。Keywords：AT89S52；DS1302；；LCD1602；

　　

【正文】 ① 讀操作時序 ② 寫操作時序 20 對以上時序圖的說明如下： 讀狀態(tài)：輸入： RS=0， RW=1， E=1 輸出： D0D7 為狀態(tài)字 寫指令：輸入： RS=0， RW=0， D0~D7 為指令碼， E 高脈沖 輸出：無 讀數 據：輸入： RS=0， RW=1， E=1 輸出： D0D7 為數據 寫數據：輸入： RS=1， RW=0， D0~D7 為數據， E 高脈沖 輸出：無 (3) LCD1602 指令說明 LCD 控制器 HD44780 內有多個寄存器，通過 RS 和 R/W 引腳共同決定選擇哪一個寄存器，選擇情況如下表所示： RS R/W 寄存器及操作0 0 指令寄存器寫入0 1 忙標志和地址計數器讀出1 0 數據寄存器寫入1 1 數據寄存器讀出 LCD1602液晶模塊內部的控制器共有 11條控制指令， 它們的格式和功能 如 下 表所示 ： 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S4 顯示開/關控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B5 光標或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * *7置字符發(fā)生存儲器地址0 0 0 18 置數據存儲器地址 0 0 19 讀忙標志或地址 1 0 BF10寫數據到CGRAM或DDRAM1 011 從CGRAM或DDRAM讀數 1 1 讀出的數據內容要寫的數據內容計數器地址顯示數據存儲器地址字符發(fā)生存儲器地址 它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明： 1 為高電平、0 為低電平） 21 指令 1：清顯示 ，將顯示緩沖區(qū) DDRAM 的內容全部寫入空格， 指令碼 01H,光標復位 到地址 00H 位置 。 指令 2：光標復位，光標返回到地址 00H，即顯示器的左上角，顯示緩沖區(qū) DDRAM 的內容不變。 指令 3： 設定當寫入一個字節(jié)后，關標的移動方向以及后面的內容是否移動。 當 I/D=1 時，光標從左向右移動； I/D=0 時，光標從右向左移動。 當 S=1 時，內容移動； S=0 時，內容不移動。 指 令 4：顯示開關控制 當 D=1 時顯示， D=0 時不顯示。 當 C=1 時光標顯示， C=0 時光標不顯示。 當 B=1 時字符閃爍， B=0 時字符不閃爍。 指令 5：光標或顯示移位 當 S/C=1 時整個顯示字幕移位， S/C=0 時只光標移位。 當 R/L=1 時光標右移， R/L=0 時光標左移。 指令 6：功能設置命令 設置數據位數，當 DL=1 時數據位為 8 位， DL=0 時數據位為 4 位。 設置顯示行數，當 N=1 時雙行顯示， N=0 時單行顯示。 設置字型大小，當 F=1 時 5*10 點陣， F=0 時為 5*7 點陣。 指令 7： 設置用戶自定義 CGRAM 的地址，對用戶自定義 CGRAM 訪問時，要先設定 CGRAM 的地址，地址范疇為 0~63。 指令 8：前顯示緩沖區(qū) DDRAM 的地址，對 DDRAM 訪問時，要先設定 DDRAM 的地址，地址范疇為 0~127。 指令 9：讀忙信號和光標地址 當 BF=1 時表示忙，這時不能接受命令和數據； BF=0 時表示不忙。 低 7 位為讀出的 AC 的地址，值為 0~127。 指令 10： 向 DDRAM 或 CGRAM 當前位置中寫入數據。對 DDRAM 或 CGRAM 寫入數據之 前須設定 DDRAM 或 CGRAM 的地址。 指令 11： 從 DDRAM 或 CGRAM 當前位置中讀出數據。當 DDRAM 或 CGRAM 讀出數據時，先須設定 DDRAM 或 CGRAM 的地址。 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符 。 (4) LCD1602 顯示器的初始化 LCD 使用之前須對它進行初始化，初始化可通過復位完成，也可在復位后完成，初始化過程如下： 延時 15ms 寫指令 38H（不檢測忙 信號） 延時 5ms 寫指令 38H（不檢測忙標志） 延時 5ms 寫指令 38H（不檢測忙標志） 以后每次寫指令、讀 /寫數據操作均需要檢測忙標志信號 寫指令 38H：顯示模式設置 22 寫指令 08H：顯示關閉 寫指令 01H：顯示清屏 寫指令 06H：顯示光標移動設置 寫指令 0CH：顯示開及光標設置 LCD1602 顯示程序流程圖如圖 45 所示，該流程圖包括顯示一個字符到指定位置函數，顯示字符串到指定位置函數，寫指令函數，寫數據函數，判忙函數（內部等待函數），初始化函數等等。 圖 45 LCD1602 顯示流程 軟件測試 測試結果及分析 在將程序編譯燒進單片機后，接通電源， LCD 屏幕正常運行，時間跳動正常，說明時鐘芯片與 LCD 屏幕的初始化成功，顯示效果達到要求。時間走時正常，所有結果達到理想中的要求效果。 (1) 測試結果 經過反復修改最終在硬件中顯示出正確的測試結果。 (2) 結果分析 帶日歷的電子鐘是多功能的數字型，可以看當前日期，時間。帶日歷的電子鐘功能很多，所以對于它的程序也較為復雜，所以在編寫程序和調試時出現(xiàn)了相對較多的問題。最開始 各寄存器和工作狀態(tài)的初始化 判斷顯示器是否忙 確定光標的書寫位 判斷顯示器是否忙 寫入要顯示的字符 結束 N Y Y N 23 后經過 多次的模塊子程序的修改，一步一步的完成，最終解決了軟件。 測試結論 經過多次的反復測試與分析，可以對電路的原理及功能更加熟悉，同時提高了設計能力與及對電路的分析能力。同時在軟件的編程方面得到更到的提高，對編程能力得到加強，同時對所學的知識得到很大的提高與鞏固。 24 第五章 系統(tǒng)調試 調試工作分硬件調試和軟件調試兩部分，調試方法如下： 首先，硬件調試主要是先搭建硬件平臺，然后利用外用表等工具對電路檢查，最后應用程序進行功能調試。 調試是一個調試過程是一個軟硬件相結合調試的過程，硬件電路是基礎，軟件是檢測硬件電路和實現(xiàn)其功能的關鍵。調試過程中需要細心和耐心，也需要熟悉程序的編程思路和熟練掌握電路原理。 因為我們的單片機開發(fā)板是新的，為了掌握開發(fā)板的各個模塊的應用，也為了檢測該開發(fā)板是否能用，所以起初我們根據開發(fā)板的使用說明，選擇了一些小程序進行仿真，經過一系列的仿真，確定了該開發(fā)板可以使用。然后就可以用我們選擇的仿真軟件進行仿真了。 軟件調試 仿真軟件介紹 圖 51 Proteus 仿真界面 25 PROTEUS 軟件由公司開發(fā)，是目前世界上最先進、最完整的嵌入式系統(tǒng)設計與仿真平臺，可以實現(xiàn)數字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、調試與測試的 EDA 工具。微控制器系統(tǒng)相關的仿真需建立編譯和調試環(huán)境，可選擇 Keil C51uVision3 軟件。 圖 52 Keil C51uVision3 仿真界面 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，該 軟件支持眾多不同公司的芯片，集編輯、編譯 和程序仿真等于一體，同時還支持 PLM、匯編和 C 語言的程序設計。它的界面友好易學，在調試程序、軟件仿真方面有很強大的功能。其革命性的功能是：將電路仿真和微處理器仿真進行協(xié)同，直接在基于原理圖的虛擬原型上進行處理器編程調試，并進行功能驗證，通過動態(tài)器件如單片機開發(fā)板、電機，開關等，實時看到運行后的輸入、輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等， Proteus 為我們建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境。 軟件調試過程及結果分析 打開程序調試軟件 Keil Uvision3,在里面新建一個工程 ， 接著新建文件，編寫相應程序。編好的各個程序進行編譯與連接。但若是再改過程中，看見我們編號的程序有錯誤， 26 那么就根據它相應的提示來修改錯誤，直到該程序能夠正確編譯為止。 能夠正常編譯的程序說明沒有什么問題了，此時我們再點擊相關欄目，讓它生成我們在硬件仿真時所需要的 .HEX 文件。然后進入 Proteus 的 ARES，打開已畫好的原理圖文件，把生成的 .HEX 文件添加到單片機中，然后點擊仿真。到此步，我們的軟件調試就完成了。 顯示程序開始怎么調試就是不通，后來看了相關的書籍后，我才知道讀數據的時間要求是非常嚴格的。要求在 命令字之后的第一個下降沿就要讀數據，否則讀出的數據就是錯誤的。 硬件調試 打開 Proteus 7 Professional 軟件，按照方案所選的電路元件來設計整體電路，先把芯片按一定的位置放好，然后對相應的對象進行連接，連接時需仔細，以免調試時發(fā)生錯誤。做好之后把編程所生成的 .HEX 文件加載到 AT89S52 中，運行仿真成功為止。這樣整個過程就到此結束，剩下的就是撰寫論文。 在實際使用中，我們發(fā)現(xiàn) DS1302 工作情況不夠穩(wěn)定，主要表現(xiàn)在實時時間的傳送會出現(xiàn)誤差，有時甚至整個芯片停止工作。我們對 DS1302 的工作電路進行了分析，其與單片機的連接如第三章中 DS1302 模塊的設計中圖 38 所示。從圖中可以看出， DS1302 的外部電路十分簡單，唯一外接的元件是 32768Hz 的晶振。通過實驗我們發(fā)現(xiàn)：當外接晶振電路振蕩時， DS1302 計時正確；當外接晶振電路停振時， DS1302 計時停止。因此，可能是32768Hz 晶振造成 DS1302 工作不穩(wěn)定的主要原因。 DS1302 時鐘的產生基于外接的晶體振蕩器，振蕩器的頻率為 32768Hz。該晶振通過引腳 X X2直接連接至 DS1302，即 DS1302 是依靠外部晶振與其內容的 電容配合來產生時鐘脈沖的。由于 DS1302在芯片本身已經集成了 6pF 的電容，所以為了獲得穩(wěn)定可靠的時鐘，必須選用具有 6pF 負載電容的晶振。所以當我們選用了符合 32768Hz 的晶振，還應該使該晶振的負載電容與 DS1302 提供的 6pF 一致，就不會影響晶振的起振或導致振蕩頻率的偏移。 27 課程設計總結 本系統(tǒng)基本完成了帶日歷電子鐘的功能，盡量做到了硬件電路簡單穩(wěn)定，減小電磁干擾和其他環(huán)境干擾，充分發(fā)揮了軟件編程的優(yōu)點，減小了因器件精度不夠引起的誤差。本來還想實現(xiàn)更多其他的功能，但由于時間 緊迫，硬件條件限制，未能實現(xiàn)。但是本系統(tǒng)還有許多可以改進和提高的地方。 在整個設計過程中，充分發(fā)揮人的主觀能動性，自主學習，學到了許多沒學到的知識。較好的完成了作品，達到了預期的目的，完了最初的設想。在電路焊接時雖然沒什么大問題，但從中也知道了焊接在整個作品中的重要性，電路工程量大，不能心急，一個個慢慢來不能急于求成。反而達到事半功倍的效果。對電路的設計、布局要先有一個好的構思，才顯得電路板美觀、大方。程序編寫中，由于思路不清晰，開始時遇到了很多的問題，經過靜下心來思考，和同組員的討論，理清了思路，反而得心 應手。在此次設計中，知道了做凡事要有一顆平常的心，不要想著走捷徑，一步一腳印。也練就了我們的耐心，做什么事都在有耐心。此次比賽中學到了很多很多東西，這是最重要的。總之，此次課設使我的能力得到了全方位的提高。 28 致 謝 感謝學院給我提供了一個展現(xiàn)自己的舞臺，給我一次難得煅煉的機會，使得我的動手能力和專業(yè)技能都有了很大的提高。 在做畢設的日子里得到了徐征老師以及其他老師的悉心指導，并且得到了許多同學的幫助，在此向他們致以誠摯的謝意。感謝提供相關技術幫助的老師和同學，你們的 支持和鼓勵使我們對這次的作品完成有了信心和動力，也給了我很多無私的幫助和支持，我在此深表謝意。 29 參考文獻 [1] 李建忠 . 單片機原理及應用 . 西安 : 西安電子科技大學出版 ,2020 [2] 張俊謨 . 單片機中級教程 — 原理與應用 (第二版 ). 北京 : 北京航空航天大學出版 ,2020