嵌入式系统课程设计报告

1湖北民族学院信息工程学院课程设计报告书题目:基于ARM的数字式万年历课程：嵌入式系统课程设计专业：电子信息科学与技术班级：03114411学号：031441119学生姓名：田紫龙指导教师：易金桥2017年6月20日2信息工程学院课程设计任务书学号031441119学生姓名田紫龙专业（班级）0314411设计题目基于ARM的数字式万年历设计技术参数1.能测量温度并且实时显示；2.具有时间显示功能，能够显示年月日，时分秒，并且可以手动调节时间。3.具有12小时制和24小时制切换功能。设计要求对年、月、日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能。温度采集选用DS18B20芯片，万年历采用直观的数字显示，数据显示采用1602液晶显示模块，可以在LCD1602上同时显示年、月、日、周日、时、分、秒，还具有时间校准整点灯光提醒等功能。制作仿真和实物。参考资料[1]苏平.单片机的原理与接口技术[M].北京:电子工业出版社，2006,1-113.[2]王忠民.微型计算机原理[M].西安:西安科技大学出版社，2003,15-55.[3]左金生.电子与模拟电子技术[M].北京:电子工业出版社，2004,105-131.[4]新编单片机原理与应用（第二版）.西安电子科技大学出版社，2007.2[5]张萌.单片机应用系统开发综合实例[M].北京：清华大学出版社，2007.7[6]朱思荣．51单片机实现公历与农历、星期的转换[Z].当当电子网[7]李广弟.单片机原理及应用[M]北京航空航天大学出版社,2004年[8]王越明.电子万年历的设计[J].黑龙江科技信息，2004年2017年6月20日3信息工程学院课程设计成绩评定表学生姓名：田紫龙学号：031441119专业（班级）：0314411课程设计题目：基于ARM的数字式万年历成绩：指导教师：易金桥2017年6月20日4摘要本文介绍了基于STC89C52单片机的多功能电子万年历的硬件结构和软硬件设计方法。本设计由数据显示模块、温度采集模块、时间处理模块和调整设置模块四个模块组成。系统以STC89C52单片机为控制器，以串行时钟日历芯片DS1302记录日历和时间，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能。温度采集选用DS18B20芯片，万年历采用直观的数字显示，数据显示采用1602液晶显示模块，可以在LCD1602上同时显示年、月、日、周日、时、分、秒，还具有时间校准整点灯光提醒等功能。此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，具有广阔的市场前景。关键词：单片机,时钟芯片,温度传感器,1602液晶显示器系统硬件的设计1目录1任务提出与方案论证...................................................21.1单片机芯片设计与论证............................................2方案1：采用51系列单片机作为系统控制器..........................2方案2：采用fpga单片机作为系统的控制器..........................21.2按键控制模块设计与论证..........................................21.3时钟模块设计与论证..............................................2方案二：采用DS1302为计时时钟芯片...............................3方案三：采用DS12C887为计时时钟芯片.............................31.4温度采集模块设计与论证..........................................31.5显示模块模块设计与论证..........................................32总体设计.............................................................43.1STC89C52单片机.................................................43.1.1最小系统设计..............................................53.1.2时钟电路..................................................53.1.3复位电路..................................................63.2时钟芯片DS1302接口设计与性能分析...............................63.2.1DS1302性能简介............................................63.2.2DS1302接口电路设计.......................................73.3温度芯片DS18B20接口设计与性能分析..............................83.3.1DS18B20性能简介...........................................81.DS18B20的主要特性.............................................83.3.2DS18B20接口电路设计.......................................93.4LCD显示模块...................................................103.4.1LCD1602的特性及使用说明..................................103.4.2LCD1602与MCU的接口电路..................................113.5按键模块设计...................................................113详细设计及仿真......................................................123.1proteus仿真...................................................123.2主程序流程图的设计.............................................134总结................................................................15参考文献..............................................................16系统硬件的设计21任务提出与方案论证单片机电子万年历的制作有多种方法，可供选择的器件和运用的技术也有很多种。所以，系统的总体设计方案应在满足系统功能的前提下，充分考虑系统使用的环境，所选的结构要简单使用、易于实现，器件的选用着眼于合适的参数、稳定的性能、较低的功耗以及低廉的成本。按照系统设计的要求，初步确定系统由电源模块、时钟模块、显示模块、键盘接口模块、温度测量模块和闹钟模块共六个模块组成，电路系统构成框图如图1所示。图1硬件电路框图1.1单片机芯片设计与论证方案一:方案1：采用51系列单片机作为系统控制器单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积较小、技术成熟和成本低等优点，在各个领域应用广泛。而且抗干扰性能好。方案2：采用fpga单片机作为系统的控制器因51单片机价格比fpga低得多，且本设计不需要很高的处理速度，从经济和方便使用角度考虑，本设计选择了方案1。1.2按键控制模块设计与论证方案一：采用矩阵键盘，由于按键多可实现数值的直接键入，但在系统中需要CPU不间断的对其端口扫描。方案二：采用独立按键，查询简单，程序处理简单,可节省CPU资源。因系统中所需按键不多，为了释放更多的CPU占有时间，操作方便，故采用方案二。1.3时钟模块设计与论证系统硬件的设计3方案一：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。方案二：采用DS1302为计时时钟芯片该芯片是串行电路，与单片机接口简单，但需另备电池和32.768kHz晶振，因焊接工艺和晶振质量等原因会导致精度降低。方案三：采用DS12C887为计时时钟芯片该芯片与单片机采用8位并口通信，传递信息速度快。自带有锂电池和晶振，外部掉电后，其内部时间信息还能够保持10年之久，因电路被封装在一起，可以保证很高的精度和抗干扰能力。而且芯片功能丰富，可以通过内部寄存器设置闹钟，并产生闹钟中断。由于DS1302时钟芯片计数时间精度高，而且具有闰年补偿功能且价格经济实惠等优点，故采用方案二。1.4温度采集模块设计与论证方案一：采用温度传感器（如热敏电阻或AD590），再经AD转换得到数字信号，精度较准，但价格昂贵，电路较复杂。方案二：采用数字式温度传感器DS18B20，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式，但准确度不高，误差最大达2度。因为用DS18B20温度芯片，采用单总线访问，降低成本、降低制作难度且可节省单片机资源，故采用方案二。1.5显示模块模块设计与论证方案一：采用静态显示方法，静态显示模块的硬件制作较复杂及功耗大，要用到多个移位寄存器，但不占用端口，只需两根串口线输出。方案二：采用动态显示方法，动态显示模块的硬件制作简单，段扫描和位扫描各占用一个端口，总需占用单片机14个端口，采用间断扫描法功耗小、硬件成本低及整个硬件系统体积相对减小。方案三:采用LCD的方法,具有硬件制作简单可直接与单片机接口,显示内容多,功耗小,成本低等优点,LCM1602可显示32个字符,采用LCD的缺点是亮度不够。比较以上三种方案：方案一硬件复杂体积大、功耗大；方案二硬件简单、功耗小；方案三硬件简单，显示内容多,功耗小,成本低等。本系统设计要求达到功耗小、体积小、成本低，显示信息多等要求，权衡三种方案，选择方案三。系统硬件的设计42总体设计根据上述所确定的系统方案构想，下面进行系统硬件电路的具体设计，系统的具体设计在下面会详细介绍。3.1STC89C52单片机单片微型计算机是随着微型计算机的发展而产生和发展的。自从1975年美国德克萨斯仪器公司的第一台单片微型计算机（简称单片机）TMS-1000问世以来，迄今为止，单片机技术已成为计算机技术的一个独特分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制中经常遇到对某些物理量进行定时采样与控制的问题，在仪器仪表智能化中也扮演着极其重要的角色。单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。在控制领域中,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，提高计算机的运算速度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。单片机主要特点：（1）有优异的性能价格比。（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性