[理学]日历时钟LCD显示程序设计报告.doc
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1、摘要这次课程设计历时两个星期,经过这些天的实践和体验下来,我们学到了不仅是知识更多的学会的是团队协作。现在想来,也许学校安排这次课程设计有很大的现实意义,它不仅综合理论知识来运用到创新和设计,还让我们知道了团队的合作。两个星期前我们还为这次课程设计发愁,我们需要了解很多我们在课本上没学到的知识,通过在网上查找资料,我们能学到很多咋课本是哪个学不到的内容本次设计的主要任务是实现日历实时时钟的显示,用到的硬件有微控制器AT89C51, 时钟芯片DS12C887,液晶显示屏LCD12864.时钟芯片DS12887是并行的时钟芯片,能够实现时分秒年月日的显示。我们经过两周的时间设计出了能够显示时分秒以
2、及年月日的显示,设计步骤简单易懂,首先设定时钟DS12887的各寄存器地址,然后对LCD初始化,在对时钟读写时间,最后在LCD上显示。我们的显示结果在实验台上显示结果,通过连接实验台上的相关器件,运行仿真之后会在液晶显示屏上显示相关内容,其中第一行显示时分秒,第二行显示年月日。一、 系统方案(方案论证)1、实验目的1. 进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理;2. 通过课程设计,掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术;3. 了解有关电路参数的计算方法培养综合运用单片机课程课题及有关选修课程的基本知识去解决实际问题的基本训练;4. 掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性,控制方,从而加深
3、对该课程知识的理解;5. 熟悉Ptoteus及Keil软件的调试和仿真,通过实际程序设计和调试,逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。2、实验要求1、 实时显示年、月、日等2、 实时显示秒、分、时等3、 能调整时间、日期3、实验论证二、硬件介绍1、微控制器AT89C51AT89C51单片机是一种低功耗,高性能的片内含有4KB可编程/擦除只读存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的8位COMS微控制器,使用高密度,非易失存储技术制造,并且与AT89C51引脚和指令系统完全兼容。芯片上的FPEROM允许在线编程或采用通
4、用的非易失存储编程器对存储器重复编程。AT89C51单片机带有2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机,其内部的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51单片机是一种高效微控制器,也为嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案,这就显示出了AT89C51单片机的优越性。2.2.1 单片机的构成AT89C51单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部
5、件,AT89C51单片机单片机内包含下列几个部件:(1) 一个8位CPU;(2)一个片内振荡器及时钟电路;(3)4K字节ROM程序存储器;(4)128字节RAM数据存储器;(5)两个16位定时器/计数器;(6)可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路;(7)32条可编程的I/O线(四个8位并行I/O端口);(8)一个可编程全双工串行口;(9)具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。其内部机构框图如图2.2所示: 图2.2 MCS-51单片机内部机构框图 2.2.2 AT89C51单片机性能及特点(1)与MCS-51微控制器产品系列兼容。(2)片内有4KB可在线重复编程的快
6、闪擦写存储器(Flash Memory)。(3)存储器可循环写入/擦除1000次。(4)存储数据保存时间为10年。(5)工作电压范围:Vcc可为2.7V6V。(6)全静态工作:可从0HZ到16MHZ。(7)程序存储器具有3级加密保护。(8)1288位内部RAM。(9)32条可编程I/O线。(10)两个16位定时器/计数器。(11)中断结构具有5个中断源和2个优先级。(12)可编程全双工串行通道。(13)空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。 2.2.4 AT89C51单片机的引脚说明AT89C51单片机采用40条引脚双列直插式器件,引脚除5V( 40脚)和电源地( 20脚)外,其功能分为时
7、钟电路、控制信号、输入/输出三大部分,逻辑框图及引脚图分别如图2.3(a)(b)所示 (a) (b) 图2.3 AT89C51单片机逻辑图与引脚图 AT89C51单片机的内部硬件结构中除了程序存储器由FPEROM取代了87C51单片机的EPROM外,其余部分完全相同,其管脚说明如下:(1)VCC:供电电压(2)GND:接地(3)时钟电路 XTAL1(19脚)芯片内部振荡电路(单级反相放大器)输入端。 XTAL2(18脚)芯片内部振荡电路(单级反相放大器)输出端。 (4)控制信号RST(9脚)复位信号:时钟电路工作后,在此引脚上将出现两个机器周期的高电平,芯片内部进行初始复位,P0口P3口输出高
8、电平,将初值07H写入堆栈指针。ALE(30脚)地址锁存信号:当访问外部存储器时,P0口输出的低8位地址由ALE输出的控制信号锁存到片外地址锁存器,P0口输出地址低8位后,又能与片外存储器之间传送信息。另外,ALE可驱动4个TTL门。(29脚)片外程序存储器读选通:低电平有效,作为程序存储器的读信号,输出负脉冲,将相应的存储单元的指令读出并送到P0口,可驱动8个TTL门。/Vpp(30脚):当为高电平且PC值小于0FFFH时,CPU执行内部程序存储器程序;当为低电平时,CPU仅执行外部程序存储器程序。(5)I/O接口P0口(P0.0P0.7,3932脚)三态双向口:P0口结构包括一个输出锁存器
9、、两个三态缓冲器、一个输出驱动电路和一个输出控制端。P0口做地址/数据复用总线使用。若从P0口输出地址数据信息,此时控制端为高电平,若从P0口输入数据指令信息时,引脚信号应从输入三态缓冲器进入地址总线,它可驱动8个TTL门。P0P3口上的“读-修改-写”功能,其操作是先将字节的全部8位数读入,再通过指令修改某些位,然后将新的数据写回到口锁存器中。P1口(P1.0P1.7,18脚)准双向口:P1口做通用I/O接口使用,P1口的每一位口线能独立地作用于输入线,P1口可驱动4个TTL门。P2口(P2.0P2.7,2128脚)通用I/O接口:它做通用I/O接口使用时,是一个准双向口,此时转换开关MUX
10、倒向左边,输出极与锁存器相连,引脚可作为用户I/O口线使用,输入/输出操作与P1口完全相同,P2口做地址总线使用。当系统中接有外部存储器时,P2口用于输出高8位地址A8A15,这时在CPU控制下,转换开关MUX倒向右边,接通内部地址总线。P2口的口线状态取决于片内输出的地址信息,这些信息来源于PC、DPTR等。在外接程序存储器中,由于访问外部存储器操作连续不断,P2口不断送出地址高8位。AT89C51单片机的P2口一般只做地址总线使用,不做I/O接口直接连外部设备使用。P3口(P3.0P3.7,1017脚)双功能口:P3口做通用I/O接口使用,输出功能控制线为高电平,与非门的输出取决于锁存器的
11、状态,此时锁存器Q端的状态与其引脚状态是一致的。在这种情况下,P3口的结构和操作与P1口相同。P3口第二功能是可作为系统具有控制功能的控制线,另外P3口可驱动4个LSTTL门电路。P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流,这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口使用如:P3.0 RXD(串行输入口);P3.1 TXD(串行输出口);P3.2 /INT0(外部中断0);P3.3 /INT1(外部中断1);P3.4 T0(记时器
12、0外部输入);P3.5 T1(记时器1外部输入);P3.6 /WR(外部数据存储器写选通);P3.7 /RD(外部数据存储器读选通);2.2.5存储器单片机在存储器的设计上,其共同特点是将程序存储器与数据存储器分开,它们有各自的寻址方式。AT89C51单片机片内具有数据存储器,同时还具有强大的外部存储器扩展能力,存储器是单片机系统中的重要组成部分。在一片芯片内除了许多基本的记忆单元构成的存储矩阵外,还包括译码驱动电路,读写电路等。图2.4为半导体存储器芯片的基本结构框图。 图2.4半导体存储器芯片的基本结构框图 (1) 单片机存储器分类MCS-51系列单片机的存储器可分五类:程序存储器、内部数
13、据存储器、特殊功能寄存器、位寻址区、外部数据存储器I/O接口。程序存储器:存放程序的存储器称为程序存储器。程序存储器是以程序计数器PC做地址指针的,MCS-51单片机的程序计数器为16位,因此可寻址的空间为64KB。AT89C51系统中没有片内程序存储器,0000H0FFFH都是外部程序存储器空间。内部数据存储器:MCS-51单片机内部有128B的数据存储器RAM,内部数据存储器的编址为00H7FH。不同的地址区域内,功能不完全相同。单片机结构的特点之一是工作寄存器与数据存储器统一编址。MCS-51内部RAM的00H1FH为工作寄存器区,共分4个区,每区有8个寄存器。当前程序使用的工作寄存器区
14、,是由状态字PSW的第3、4位指示的,PSW的状态和工作寄存器区的关系如表2.1所示: 表2.1 PSW的状态和工作寄存器区的关系PSW.4(RS1)PSW.3(RS0)当前使用的工作寄存器区(R0R7)000区(00H07H)011区(08H0FH)102区(10H17H)113区(18H1FH)(2) 特殊功能寄存器区AT89C51内的I/O锁存器、定时器、串行接口数据缓冲器以及各种控制状态寄存器和状态寄存器都是以特殊功能寄存器的形式出现的,它们零散地分布于80HFFH的地址空间范围内,特殊功能寄存器具有各自的地址空间映像。(3) 位寻址空间MCS-51的位寻址空间为00H7FH,为内部R
15、AM中20H2FH的16个单元的128位,凡是字节地址能被8整除的特殊功能寄存器都具有位地址,它们零散地分布在80HFFH的空间内。(4) 外部数据存储器I/O接口AT89C51提供了扩展64KB的外部数据存储器和输入/输出口的能力,具有十分广泛的应用。2、LCD显示(1)概述 显示电路选用AMPIRE128X64图5 LCD显示屏管脚一共18个。CS1左半屏片选端,CS2右半屏片选端; V0液晶显示驱动电压,通过一个电位器接到VCC;RS数据指令选择信号,H为数据,L为指令,也叫D/I;R/W读写选择信号,H为读,L为写,。E为LCD使能端,R/W为L时,E信号下降沿锁存DB7-DB0;R/
16、W为H时,E为H,DDRAM数据读到DB7-DB0。DB0-DB7数据传输端口。RST复位信号。-VOUT和V0为液晶显示驱动电压。12864是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示,也可以显示84个(1616点阵)汉字。表4 12864LCD的引脚说明管脚号管脚名称LEVER管脚功能描述1VSS0电源地2VDD+5.0V电源电压3V0-液晶显示器驱动电压4D/I(RS)H/LD/I=“H”,表示DB7DB0为显示数据D/I=“L”,表示DB7DB0为显示指令数据5R/WH/LR/W=“H”,E=“H”数据被读到DB7DB0R/W=“
17、L”,E=“HL”数据被写到IR或DR6EH/LR/W=“L”,E信号下降沿锁存DB7DB0R/W=“H”,E=“H”DDRAM数据读到DB7DB07DB0H/L数据线8DB1H/L数据线9DB2H/L数据线10DB3H/L数据线11DB4H/L数据线12DB5H/L数据线13DB6H/L数据线14DB7H/L数据线15CS1H/LH:选择芯片(右半屏)信号16CS2H/LH:选择芯片(左半屏)信号17RETH/L复位信号,低电平复位18VOUT-10VLCD驱动负电压19LED+-LED背光板电源20LED-LED背光板电源 (2)在使用12864LCD前先必须了解以下功能器件才能进行编程。
18、12864内部功能器件及相关功能如下:1. 指令寄存器(IR)IR是用于寄存指令码,与数据寄存器数据相对应。当D/I=0时,在E信号下降沿的作用下,指令码写入IR。2数据寄存器(DR)DR是用于寄存数据的,与指令寄存器寄存指令相对应。当D/I=1时,在下降沿作用下,图形显示数据写入DR,或在E信号高电平作用下由DR读到DB7DB0数据总线。DR和DDRAM之间的数据传输是模块内部自动执行的。3忙标志:BFBF标志提供内部工作情况。BF=1表示模块在内部操作,此时模块不接受外部指令和数据。BF=0时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据。利用STATUS READ指令,可以将BF读到DB7总
19、线,从检验模块之工作状态。4显示控制触发器DFF此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。DFF=1为开显示(DISPLAY OFF),DDRAM的内容就显示在屏幕上,DFF=0为关显示(DISPLAY OFF)。DDF的状态是指令DISPLAY ON/OFF和RST信号控制的。5XY地址计数器XY地址计数器是一个9位计数器。高3位是X地址计数器,低6位为Y地址计数器,XY地址计数器实际上是作为DDRAM的地址指针,X地址计数器为DDRAM的页指针,Y地址计数器为DDRAM的Y地址指针。X地址计数器是没有记数功能的,只能用指令设置。Y地址计数器具有循环记数功能,各显示数据写入后,Y地址自动加1,
20、Y地址指针从0到63。6显示数据RAM(DDRAM)DDRAM是存储图形显示数据的。数据为1表示显示选择,数据为0表示显示非选择。DDRAM与地址和显示位置的关系见DDRAM地址表。7Z地址计数器Z地址计数器是一个6位计数器,此计数器具备循环记数功能,它是用于显示行扫描同步。当一行扫描完成,此地址计数器自动加1,指向下一行扫描数据,RST复位后Z地址计数器为0。Z地址计数器可以用指令DISPLAY START LINE预置。因此,显示屏幕的起始行就由此指令控制,即DDRAM的数据从哪一行开始显示在屏幕的第一行。此模块的DDRAM共64行,屏幕可以循环滚动显示64行。(3)12864LCD的指令
21、系统及时序该类液晶显示模块(即KS0108B及其兼容控制驱动器)的指令系统比较简单,总共只有七种。其指令表如下表所示: 表5 12864LCD指令表指令名称控制信号控制代码R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0显示开关0000111111/0显示起始行设置0011XXXXXX页设置0010111XXX列地址设置0001XXXXXX读状态10BUSY0ON/OFFRST0000写数据01写数据读数据11读数据 各功能指令分别介绍如下。1、显示开/关指令 表6R/WRSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3DB2DB1 DB00000111111/0当DB01时,LCD显示RA
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