【導讀】本性的改變，單片機技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品也已經(jīng)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(shè)計以數(shù)字集成電路技術(shù)為基礎(chǔ)，單片機技術(shù)為核心。導思想是軟硬件相結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，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(shè)計。系統(tǒng)通過LCD液晶顯示。芯片顯示數(shù)據(jù)，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(shù) 據(jù)：輸入： RS=0， RW=1， E=1 輸出： D0D7 為數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù)：輸入： RS=1， RW=0， D0~D7 為數(shù)據(jù)， E 高脈沖 輸出：無 (3) LCD1602 指令說明 LCD 控制器 HD44780 內(nèi)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(shù)器讀出1 0 數(shù)據(jù)寄存器寫入1 1 數(shù)據(jù)寄存器讀出 LCD1602液晶模塊內(nèi)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(guān)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(shù)據(jù)存儲器地址 0 0 19 讀忙標志或地址 1 0 BF10寫數(shù)據(jù)到CGRAM或DDRAM1 011 從CGRAM或DDRAM讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容計數(shù)器地址顯示數(shù)據(jù)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(nèi)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(nèi)容不變。 指令 3： 設(shè)定當寫入一個字節(jié)后，關(guān)標的移動方向以及后面的內(nèi)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(nèi)容移動； S=0 時，內(nèi)容不移動。 指 令 4：顯示開關(guān)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(shè)置命令 設(shè)置數(shù)據(jù)位數(shù)，當 DL=1 時數(shù)據(jù)位為 8 位， DL=0 時數(shù)據(jù)位為 4 位。 設(shè)置顯示行數(shù)，當 N=1 時雙行顯示， N=0 時單行顯示。 設(shè)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(shè)置用戶自定義 CGRAM 的地址，對用戶自定義 CGRAM 訪問時，要先設(shè)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(shè)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(shù)據(jù)； 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(shù)據(jù)。對 DDRAM 或 CGRAM 寫入數(shù)據(jù)之 前須設(shè)定 DDRAM 或 CGRAM 的地址。 指令 11： 從 DDRAM 或 CGRAM 當前位置中讀出數(shù)據(jù)。當 DDRAM 或 CGRAM 讀出數(shù)據(jù)時，先須設(shè)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(shù)據(jù)操作均需要檢測忙標志信號 寫指令 38H：顯示模式設(shè)置 22 寫指令 08H：顯示關(guān)閉 寫指令 01H：顯示清屏 寫指令 06H：顯示光標移動設(shè)置 寫指令 0CH：顯示開及光標設(shè)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(shù)，顯示字符串到指定位置函數(shù)，寫指令函數(shù)，寫數(shù)據(jù)函數(shù)，判忙函數(shù)（內(nèi)部等待函數(shù)），初始化函數(shù)等等。 圖 45 LCD1602 顯示流程 軟件測試 測試結(jié)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(jié)果達到理想中的要求效果。 (1) 測試結(jié)果 經(jīng)過反復修改最終在硬件中顯示出正確的測試結(jié)果。 (2) 結(jié)果分析 帶日歷的電子鐘是多功能的數(shù)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(diào)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(jié)束 N Y Y N 23 后經(jīng)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(jié)論 經(jīng)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(shè)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(diào)試 調(diào)試工作分硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩部分，調(diào)試方法如下： 首先，硬件調(diào)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(yīng)用程序進行功能調(diào)試。 調(diào)試是一個調(diào)試過程是一個軟硬件相結(jié)合調(diào)試的過程，硬件電路是基礎(chǔ)，軟件是檢測硬件電路和實現(xiàn)其功能的關(guān)鍵。調(diào)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(yīng)用，也為了檢測該開發(fā)板是否能用，所以起初我們根據(jù)開發(fā)板的使用說明，選擇了一些小程序進行仿真，經(jīng)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(diào)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(shè)計與仿真平臺，可以實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、調(diào)試與測試的 EDA 工具。微控制器系統(tǒng)相關(guān)的仿真需建立編譯和調(diào)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(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)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(shè)計。它的界面友好易學，在調(diào)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(diào)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(guān)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(shè)計開發(fā)環(huán)境。 軟件調(diào)試過程及結(jié)果分析 打開程序調(diào)試軟件 Keil Uvision3,在里面新建一個工程 ， 接著新建文件，編寫相應(yīng)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(jù)它相應(yīng)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(guān)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(diào)試就完成了。 顯示程序開始怎么調(diào)試就是不通，后來看了相關(guān)的書籍后，我才知道讀數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，否則讀出的數(shù)據(jù)就是錯誤的。 硬件調(diào)試 打開 Proteus 7 Professional 軟件，按照方案所選的電路元件來設(shè)計整體電路，先把芯片按一定的位置放好，然后對相應(yīng)的對象進行連接，連接時需仔細，以免調(diào)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(jié)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(shè)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(chǎn)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(nèi)容的 電容配合來產(chǎn)生時鐘脈沖的。由于 DS1302在芯片本身已經(jīng)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(yīng)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?qū)е抡袷庮l率的偏移。 27 課程設(shè)計總結(jié) 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(shè)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(shè)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(shè)計、布局要先有一個好的構(gòu)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(jīng)過靜下心來思考，和同組員的討論，理清了思路，反而得心 應(yīng)手。在此次設(shè)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?？傊?，此次課設(shè)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(shè)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(guān)技術(shù)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(yīng)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(yīng)用 (第二版 ). 北京 : 北京航空航天大學出版 ,2020