課程設計--實時時鐘顯示例程設計

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　學生姓名： 專業(yè)班級： </p><p>　　指導教師： 工作單位： </p><p>　　題 目: 實時時鐘顯示例程設計</p><p><b>　　初始條件：</b&

2、gt;</p><p>　　課程設計使用ZG211硬件綜合實驗平臺（8051單片機），配有課程設計接口芯片和輔助芯片以及器件；</p><p>　　ZG211有程序設計集成開發(fā)環(huán)境，程序設計語言為C語言；</p><p>　　ZG211硬件綜合實驗平臺使用說明書；</p><p>　　要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，撰

3、寫說明書具體要求）</p><p>　　學習使用ZG211硬件綜合實驗平臺，程序設計集成開發(fā)環(huán)境；</p><p>　　根據(jù)課程設計題目，進行需求分析，搞清楚課程設計需要設計需求和需要解決的設計內(nèi)容。</p><p>　　查閱和學習課程設計題目需要的接口芯片資料，掌握接口芯片的使用方法和編程要領。查閱和學習課程設計題目需要的輔助芯片以及器件資料。</p>

4、<p>　　設計接口芯片和輔助芯片以及器件與8051單片機連接硬件電路原理圖。</p><p>　　設計與硬件電路原理圖對應的C語言程序（或8051匯編語言）。給出程序流程圖。在集成開發(fā)環(huán)境中調(diào)試程序。給出程序的詳細注釋。能夠解釋使用程序模擬電路時序信號和數(shù)據(jù)。</p><p>　　撰寫課程設計報告，1）詳細陳述以上的設計過程；2）詳細陳述電路的調(diào)試過程。</p>

5、<p><b>　　時間安排：</b></p><p><b>　　第17周：</b></p><p>　　熟悉ZG211硬件綜合實驗平臺，KEILC UVISION2 集成開發(fā)環(huán)境；查閱接口芯片資料，熟悉接口芯片和它的使用方法。</p><p>　　設計硬件電路原理圖，。</p><p&

6、gt;<b>　　第18周：</b></p><p>　　使用C語言或匯編語言設計和調(diào)試接口程序。</p><p>　　撰寫計算機硬件綜合設計報告。</p><p>　　指導教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責任教師）簽名：

7、 年 月 日</p><p>　　實時時鐘顯示例程設計</p><p><b>　　1 設計目的與要求</b></p><p><b>　　設計目的</b></p><p><b>　　掌握IO 口操作；</b></p><p>　

8、　掌握顯示及鍵盤芯片的運用；</p><p><b>　　了解中斷的運用；</b></p><p>　　了解I2C 總線操作。</p><p><b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　　能正常操作LED 數(shù)碼顯示；</p><p>　　能通過中斷方式接收按鍵

9、信息；</p><p>　　能通過I2C 總線方式與PCF8563 芯片交換數(shù)據(jù)；</p><p>　　能正確解釋并顯示從PCF8563 芯片取出的日期和時間數(shù)據(jù) 。</p><p><b>　　實驗成果的標志</b></p><p>　　按下1 號按鍵，顯示測量得到的日期；</p><p>　　

10、按下2 號按鍵，顯示測量得到的時間；</p><p><b>　　2 設計原理</b></p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中的實時時鐘信號，一般都由專門的時鐘芯片來提供，單片機只需要定期讀取時鐘芯片中固定地址中的時鐘信息即可。本實驗板采用的是PCF8563 時鐘芯片。PCF8563 芯片的引腳說明見表2-7。</p><p>　　該芯片有16

11、 個８位寄存器：一個可自動增量的地址寄存器，一個內(nèi)置32.768KHZ 的振蕩器（帶有一個內(nèi)部集成的電容），一個分頻器（用于給實時時鐘RTC 提供源時鐘），一個可編程時鐘輸出，一個定時器，一個報警器和一個掉電檢測器。 所有16 個寄存器設計成可尋址的8 位并行寄存器，但不是所有位都有用。前兩個寄存器（內(nèi)存地址00H，01H）用于控制寄存器和狀態(tài)寄存器，內(nèi)存地址02H～08H 用于時鐘計數(shù)器（秒~年計數(shù)器），地址09H～0CH 用于報警寄

12、存器（定義報警條件），地址0DH 控制CLKOUT 管腳的輸出頻率，地址0EH 和0FH 分別用于定時器控制寄存器和定時器寄存器。</p><p>　　PCF8563 芯片在第一次運行時需要設置控制寄存器和狀態(tài)寄存器，見表2-8，一般均設置為0。</p><p>　　在 PCF8563 芯片中，秒、分鐘、小時、日、月、年編碼格式為BCD。星期不以BCD 格式編碼。具體格式見表2-9<

13、/p><p>　　實驗只使用 PCF8563 的時間讀取功能，只需對該芯片地址02H-08H 的內(nèi)存進行讀寫操作，其它地址的內(nèi)存保持為默認值,實驗板上提供電池，可以在掉電后保持時鐘正常工作。</p><p>　　實驗板上PCF8563 的相關連接原理圖如圖2-6 所示。</p><p>　　3 I2C 協(xié)議</p><p>　　I2C 總線用

14、兩條線（SDA 和SCL）在芯片和模塊間傳遞信息。SDA 為串行數(shù)據(jù)線，SCL</p><p><b>　　為串行時鐘線。</b></p><p>　　1．只有在總線空閑時才允許啟動數(shù)據(jù)傳送。</p><p>　　2．在數(shù)據(jù)傳送過程中，當時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定狀態(tài)不允許。有跳</p><p>　　變時鐘線為

15、高電平時，數(shù)據(jù)線的任何電平變化將被看作總線的起始或停止信號。</p><p><b>　　起始信號：</b></p><p>　　時鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變作為 I2C 總線的起始信號。</p><p><b>　　停止信號：</b></p><p>　　時鐘線保持高電平期間，數(shù)

16、據(jù)線電平從低到高的跳變作為 I2C 總線的停止信號。</p><p><b>　　器件尋址:</b></p><p>　　主器件通過發(fā)送一個起始信號啟動發(fā)送過程，然后發(fā)送它所要尋址的從器件的地址。8位從器件地址的高4 位固定為1010。 接下來的3 位A2 A1 A0 為器件的地址位，用來定義哪個器件以及器件的哪個部分被主器件訪問。從器件8 位地址的最低位， 作為讀寫

17、控制位。</p><p>　　“1” 表示對從器件進行讀操作，“0” 表示對從器件進行寫操作。在主器件發(fā)送起始信號和從器件地址字節(jié)后，PCF8563 監(jiān)視總線并當其地址與發(fā)送的從地址相符時響應一個應答信號（通過SDA 線）。PCF8563 再根據(jù)讀寫控制位（R/W）的狀態(tài)進行讀或寫操作。</p><p><b>　　應答信號：</b></p><p

18、>　　I2C 總線數(shù)據(jù)傳送時每成功地傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，接收器都必須產(chǎn)生一個應答信號，應答的器件在第9 個時鐘周期時將SDA 線拉低，表示其已收到一個8 位數(shù)據(jù)。</p><p>　　PCF8563 在接收到起始信號和從器件地址之后響應一個應答信號，如果器件已選擇了寫操作，則在每接收一個8 位字節(jié)之后響應一個應答信號。</p><p>　　當PCF8563 工作于讀模式時，在發(fā)送一個

19、8 位數(shù)據(jù)后釋放SDA 線并監(jiān)視一個應答信號，一旦接收到應答信號，PCF8563 繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如主器件沒有發(fā)送應答信號，器件停止傳送數(shù)據(jù)并，等待一個停止信號主器件。</p><p>　　其中A0、A1 和A2 對應24C02的管腳1、2 和3，PCF8563的從地址讀操作時為0A3H，寫操作時為0A2H。</p><p><b>　　寫操作:</b></p&g

20、t;<p><b>　　1.字節(jié)寫</b></p><p>　　在字節(jié)寫模式下,主器件發(fā)送起始命令和從器件地址信息(R/W 位置零)給從器件,在從器件產(chǎn)生應答信號后,主器件發(fā)送PCF8563 的字節(jié)地址,主器件在收到從器件的另一個應答信號后，再發(fā)送數(shù)據(jù)到被尋址的存儲單元。PCF8563 再次應答，并在主器件產(chǎn)生停止信號后開始內(nèi)部數(shù)據(jù)的擦寫，在內(nèi)部擦寫過程中PCF8563 不再應

21、答主器件的任何請求。</p><p><b>　　2．頁寫</b></p><p>　　用頁寫，PCF8563 可以一次寫入16 個字節(jié)的數(shù)據(jù)，頁寫操作的啟動和字節(jié)寫一樣，不同在于傳送了一字節(jié)數(shù)據(jù)后并不產(chǎn)生停止信號。主器件被允許發(fā)送P（PCF8563：P=15；）個額外的字節(jié)。每發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后PCF8563 產(chǎn)生一個應答位并將字節(jié)地址低位加1， 高位保持不變。&l

22、t;/p><p>　　如果在發(fā)送停止信號之前主器件發(fā)送超過P+1 個字節(jié)，地址計數(shù)器將自動翻轉，先前寫入的數(shù)據(jù)被覆蓋。</p><p>　　接收到P+1 字節(jié)數(shù)據(jù)和主器件發(fā)送的停止信號后，芯片啟動內(nèi)部寫周期將數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)區(qū)，所有接收的數(shù)據(jù)在一個寫周期內(nèi)寫入PCF8563。</p><p><b>　　應答查詢:</b></p><

23、;p>　　可以利用內(nèi)部寫周期時禁止數(shù)據(jù)輸入這一特性，一旦主器件發(fā)送停止位指示主器件操作結束時，PCF8563 啟動內(nèi)部寫周期,應答查詢立即啟動，包括發(fā)送一個起始信號和進行寫操作的從器件地址。如果PCF8563 正在進行內(nèi)部寫操作，不會發(fā)送應答信號。如果PCF8563已經(jīng)完成了內(nèi)部自寫周期，將發(fā)送一個應答信號，主器件可以繼續(xù)進行下一次讀寫操作。</p><p><b>　　寫保護：</b>

24、;</p><p>　　寫保護操作特性可使用戶避免由于不當操作而造成對存儲區(qū)域內(nèi)部數(shù)據(jù)的改寫，當WP</p><p>　　管腳接高時整個寄存器區(qū)全部被保護起來而變?yōu)橹豢勺x取。</p><p><b>　　讀操作：</b></p><p>　　PCF8563讀操作的初始化方式和寫操作時一樣，僅把（R/W） 位置為1，有三種

25、不同的讀操作方式：立即地址讀、選擇讀和連續(xù)讀。</p><p><b>　　立即地址讀：</b></p><p>　　PCF8563 的地址計數(shù)器內(nèi)容為最后操作字節(jié)的地址加1。也就是說，如果上次讀/寫的操作地址為N，則立即讀的地址從地址N+1 開始。如果N=E（這里對24C02,E=255;對PCF8563，</p><p>　　E=16），則

26、計數(shù)器將翻轉到0 且繼續(xù)輸出數(shù)。PCF8563 接收到從器件地址信號后（R/W 位置1），它首先發(fā)送一個應答信號，然后發(fā)送一個8 位字節(jié)數(shù)據(jù)。主器件不需發(fā)送一個應答信號，但要產(chǎn)生一個停止信號。</p><p><b>　　選擇性讀:</b></p><p>　　操作允許主器件對寄存器的任意字節(jié)進行讀操作,主器件首先通過發(fā)送起始信號、從器件地址和它想讀取的字節(jié)數(shù)據(jù)的地址

27、執(zhí)行一個偽寫操作。在PCF8563 應答之后，主器件重新發(fā)送起始信號和從器件地址，此時R/W 位置1， PCF8563 響應并發(fā)送應答信號，然后輸出所要求的一個8 位字節(jié)數(shù)據(jù)，主器件不發(fā)送應答信號但產(chǎn)生一個停止信號。</p><p><b>　　連續(xù)讀：</b></p><p>　　連續(xù)讀操作可通過立即讀或選擇性讀操作啟動。在PCF8563 發(fā)送完一個8 位字節(jié)數(shù)據(jù)后

28、，主器件產(chǎn)生一個應答信號來響應，告知PCF8563 主器件要求更多的數(shù)據(jù)，對應每個主機產(chǎn)生的應答信號PCF8563 將發(fā)送一個8 位數(shù)據(jù)字節(jié)。當主器件不發(fā)送應答信號而發(fā)送停止位時結束此操作。從PCF8563 輸出的數(shù)據(jù)按順序由N 到N+1 輸出。讀操作時地址計數(shù)器在PCF8563 整個地址內(nèi)增加，這樣整個寄存器區(qū)域在可在一個讀操作內(nèi)全部讀出。當讀取的字節(jié)超過E（對于PCF8563，E=16；對24C02， E=255）計數(shù)器將翻轉到零并

29、繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。</p><p><b>　　4 實驗步驟</b></p><p><b>　　硬件連接</b></p><p>　　將并口線插在實驗板與 PC 機的并口插座上；按圖2-17 連接實驗線路(CH451 與CPU 連接實驗線路見圖2-2)；仔細檢查無誤后，接通電源。（圖中箭頭表示需要接線的地方）</

30、p><p><b>　　軟件設計</b></p><p>　　進入 KEILC 開發(fā)環(huán)境編寫程序。首先根據(jù)2.3.5 節(jié)I2C 協(xié)議 內(nèi)容，編寫I2C 函數(shù)。在編寫I2C 函數(shù)時，應注意代碼的可重用性，方便其它函數(shù)調(diào)用。例如：編寫起始信號函數(shù)時，可以將它獨立出來，</p><p>　　VOID BEGIN()</p><p>

31、;<b>　　{</b></p><p><b>　　程序代碼</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　PCF8563 的I2C 接口最大頻率是400KHZ，在程序中對一個IO 口操作完后，需要延時2.5</p><p>　　毫秒(本實驗板CPU 晶

32、振為11.0592MHZ,一個指令周期為1.08 毫秒)。寫好I2C 讀寫函數(shù)后，可對PCF8563 進行操作。先將CD4052 的通道選為0，這樣CPU 與PCF8563 物理聯(lián)接起來了。第一次操作需要對PCF8563 進行初始化設置。先將0X00 分別寫入PCF8563 中地址為0X0,0X01的寄存器中，接著將要設置的時間按：年、月、星期、日、小時、分、秒的順序，以BCD碼格式寫入地址為0X08--0X02 的寄存器中，具體見表2

33、-8、表2-9。在將時間按：年、月、星期、日、小時、分、秒讀出后，按“XX-XX-XX”格式分兩屏顯示出來，顯示接口的應用見2.1.1 顯示、鍵盤實驗。</p><p>　　在進行I2C 總線操作時，請將所有中斷關閉，以防中斷程序，打亂其時序，操作完成再將中斷恢復。</p><p><b>　　實際測試</b></p><p>　　程序編譯成功

34、后，打開聯(lián)機下載軟件，將HEX 文件下載到89S52 中，觀看程序運行結果，如有問題則修改程序，再次下載。</p><p>　　調(diào)試成功后,請將I2C 讀寫程序、設置時間程序和讀取時間程序，各寫成一個函數(shù)，以供其他模塊調(diào)用。</p><p><b>　　5 實驗結果</b></p><p>　　按照實驗說明書上的步驟和線路連接圖連接好電路后，

35、按照步驟運行程序，最后成功出現(xiàn)預期的結果，即：按下1 號按鍵，顯示測量得到的日期；按下2 號按鍵，顯示測量得到的時間。</p><p><b>　　6 小結</b></p><p>　　本次課程設計應該來說是比較輕松的，所有的操作步驟和連線方法在實驗說明書上都有很詳細的描述，實驗所需的代碼也不用自己編寫，是已經(jīng)給出的，我所要做的只是理解各個芯片的功能以及使用方法，了