基于Proteus的電子鐘項目的實踐教學(xué)

王莉軍

【摘 要】單片機是一種集成度很高的微型計算機，是現(xiàn)代電子系統(tǒng)中重要的智能化工具，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制、家用電器、智能儀表、汽車電子、航天電子等。在單片機課程教學(xué)中，理論結(jié)合實踐的綜合性課程設(shè)計項目教學(xué)是非常重要的。本論文介紹了一個單片機課程設(shè)計中非常經(jīng)典的電子鐘設(shè)計項目，通過該案例的設(shè)計分析，可以使同學(xué)們能夠熟練掌握并靈活運用所學(xué)的知識，了解一個產(chǎn)品開發(fā)的全過程，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新、獨立思考、解決問題的能力。

【關(guān)鍵詞】電子鐘；Proteus；LCD1602；DS1302

中圖分類號： F426.63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）17-0004-002

Practice Teaching of Electronic Clock Project Based on Proteus

WANG Li-jun

（Department of Computer Science and Technology，Sanda University，Shanghai 201209，China）

【Abstract】In Single chip microcomputer course， project teaching of comprehensive curriculum design is very important. This paper introduces a very classic curriculum design of the electronic clock project. Through this project， students can master and apply the knowledge， understand the whole process of a product development. Students' creativity， independent thinking and problem solving skills can be exercised.

【Key words】Electronic Clock； Proteus； LCD1602； DS1302

0 前言

隨著LCD液晶顯示屏的普及，很多地方我們都能看到電子鐘的應(yīng)用，比如電子手表、測試儀器、智能家電、公共場合的大屏幕時間顯示屏等。本論文介紹了一個基于Proteus單片機仿真平臺的電子鐘設(shè)計[1]。

1 總體設(shè)計

本電子鐘的功能是通過液晶顯示屏實時顯示時鐘。電子鐘包括時鐘模塊、顯示模塊，具體的流程是先把設(shè)置的初始時間寫入時鐘芯片并驅(qū)動時鐘運行，然后單片機每隔一段時間讀出時鐘芯片的當(dāng)前時間，并通過液晶顯示屏顯示出來。

2 詳細(xì)設(shè)計

2.1 時鐘模塊

2.1.1 DS1302模塊電路設(shè)計

時鐘模塊采用DS1302芯片，該芯片總共包括8個引腳：1腳VCC2為主電源和8腳VCC1為后備電源，可接電池；2腳X1和3腳X2為晶振引腳，外接32768Hz晶振；4腳GND接地；5腳/RST為復(fù)位/片選引腳；6腳I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出引腳；7腳SCLK為串行時鐘引腳。單片機通過5、6、7腳控制DS1302時鐘芯片。5腳/RST連接到單片機P1.7， 6腳I/O連接到單片機P3.4，7腳SCLK連接到單片機P3.5[1]。

2.1.2 DS1302模塊軟件設(shè)計

對DS1302的操作實際上就是對主要的8個時鐘寄存器進(jìn)行讀寫。具體的控制流程是先寫入控制字，然后再寫入或讀出寄存器數(shù)據(jù)。寄存器控制字包括讀寫的寄存器地址和讀寫操作等信息，最高位bit7固定為1，bit6為RAM和時鐘的選擇位，bit5～bit1為寄存器地址位，bit0為讀寫選擇位。

接下來就是怎樣寫入寄存器控制字和讀寫寄存器數(shù)據(jù)，這就要涉及到DS1302讀寫時序。DS1302

單字節(jié)一次讀取和寫入過程可以看成是對兩個字節(jié)的讀寫操作，即1個字節(jié)的寄存器控制字和1個字節(jié)的讀寫寄存器數(shù)據(jù)。例如單字節(jié)讀時序是先寫入一個字節(jié)的寄存器控制字（以便知道要讀取哪個寄存器數(shù)據(jù)），然后再讀出對應(yīng)寄存器的一個字節(jié)數(shù)據(jù)。單字節(jié)寫時序也是先寫入一個字節(jié)的寄存器控制字，然后寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)到對應(yīng)的寄存器。而且對于一個字節(jié)的寄存器控制字和寄存器數(shù)據(jù)，它們的寫過程是一樣的，也就是說寫一個寄存器控制字和寫一個寄存器數(shù)據(jù)可以調(diào)用同一個函數(shù)的，所以可以只設(shè)計兩個底層接口函數(shù)，用于讀、寫單個字節(jié)：void write_byte（uchar addr）和uchar read_byte（void）。DS1302單字節(jié)讀時序可以調(diào)用寫控制字write_byte（addr）和讀數(shù)據(jù)read_byte（）兩個函數(shù)，對上一層的接口函數(shù)為uchar read_ds1302（uchar addr），即從某個寄存器中讀取數(shù)據(jù)。而DS1302單字節(jié)寫時序可以調(diào)用寫控制字write_byte（addr）和寫數(shù)據(jù)write_byte（data），對上層的接口函數(shù)為write_ds1302（uchar addr，uchar dat），即將數(shù)據(jù)寫入指定地址的寄存器。

寫單字節(jié)函數(shù)void write_byte（uchar addr）的流程是在時鐘的上升沿將每一個數(shù)據(jù)位寫入DS1302，具體流程為：將字節(jié)從低位開始依次寫入DS1302，即先取數(shù)據(jù)的最低位放在I/O數(shù)據(jù)線上，然后SCLK電平設(shè)為高電平，產(chǎn)生上升沿，此時I/O上數(shù)據(jù)會寫入DS1302，再將SCLK置為低電平，數(shù)據(jù)右移一位，為下一次數(shù)據(jù)位傳輸做準(zhǔn)備，然后又進(jìn)入下一位數(shù)據(jù)的傳輸。讀單字節(jié)函數(shù)uchar read_byte（void）的流程是在時鐘的下降沿時通知DS1302要取數(shù)據(jù)位，在低電平一段時間等DS1302準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)后，再從I/O數(shù)據(jù)線上讀取一位數(shù)據(jù)，而且在寫控制字的最后一位的時鐘周期，要讀取的數(shù)據(jù)最低位已經(jīng)在I/O數(shù)據(jù)線上，具體流程為：先讀取I/O數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)位，將它保存在一個數(shù)據(jù)的最高位，SCLK置為高電平，然后再置為低電平，產(chǎn)生下降沿，通知DS1302要取下一位數(shù)據(jù)，并且將保存的數(shù)據(jù)右移一位，以便將新接收的數(shù)據(jù)位放在保存數(shù)據(jù)的最高位[2]。endprint

2.1.3 DS1302模塊仿真測試

通過Proteus和Keil軟件聯(lián)合仿真DS1302時鐘模塊，寫入時間2017年9月1日 12點30分30秒能正常寫入，仿真結(jié)果如圖1所示：

圖1 DS1302模塊仿真測試結(jié)果

圖2 LCD1602液晶顯示流程圖

2.2 顯示模塊

2.2.1 電路設(shè)計

顯示模塊采用LCD1602，它總共能顯示32個字符，分兩行顯示。LCD1602芯片總共有16個引腳。主要的控制和數(shù)據(jù)引腳有：RS指令/數(shù)據(jù)寄存器選擇引腳4，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器，接單片機P1.0；RW讀寫選擇引腳5，高電平時讀操作，低電平時寫操作，接單片機P1.1；E使能引腳6，接單片機P1.5；D0～D7數(shù)據(jù)引腳7～14，接單片機P0端口[3]。

2.2.2 軟件設(shè)計

單片機主要是通過4腳寄存器選擇RS、5腳讀寫選擇RW、6腳使能E來控制LM1602液晶顯示模塊。

LM1602有16×2個顯示位，每個顯示位對應(yīng)于一個RAM單元，而且系統(tǒng)規(guī)定，寫操作時的地址最高位為1，讀操作時的地址最高位為0，所以讀操作時RAM的地址范圍為：第一行00H～0FH，第二行40H～4FH，寫操作時RAM的地址范圍為：第一行80H～8FH，第二行C0H～CFH。根據(jù)RAM地址表，可以確定如何顯示字符，即先寫入字符顯示的首地址，然后依次連續(xù)寫入要顯示的字符。那么如何將顯示的地址和顯示的字符寫入LCD1602呢，它們都是根據(jù)LM1602芯片的讀寫操作控制時序?qū)懭氲?，?dāng)E為下降沿脈沖時寫入指令或數(shù)據(jù)，當(dāng)E為高電平時讀出狀態(tài)字或數(shù)據(jù)，而且它是并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模瑫r序相對于DS1302的串行數(shù)據(jù)傳輸簡單些。

要在液晶顯示器上顯示兩行字符串，可以將需要顯示的兩行字符串分別存放在兩個字符數(shù)組里，流程圖如圖2所示。LCD的初始化主要是設(shè)置LCD的工作模式、清屏、光標(biāo)顯示方式等，即清屏顯示指令為0x01，表示清除所有顯示數(shù)據(jù)；輸入模式指令為0x06，表示讀寫一個字符后地址指針會自動加1；顯示開關(guān)控制指令為0x0F，表示整屏顯示；顯示模式指令為0x38，表示8位數(shù)據(jù)接口，雙行顯示。設(shè)置第一、二行首地址，寫命令和寫數(shù)據(jù)操作可以根據(jù)LM1602芯片的讀寫操作控制方式寫出[4]。

2.2.3 仿真測試

LCD1602模塊顯示功能測試結(jié)果如圖3所示，第一二行都能正常顯示字符。

圖3 LCD1602模塊仿真測試結(jié)果

圖4 電子鐘系統(tǒng)仿真測試結(jié)果

2.3 系統(tǒng)測試

將時鐘模塊和液晶顯示模塊聯(lián)合仿真測試，結(jié)果如圖4所示，設(shè)置的初始時間為2017年9月1日，12點30分30秒，星期五，設(shè)置后，時鐘能正常工作。圖中也包括單片機的時鐘、復(fù)位電路[5]。（下轉(zhuǎn)第7頁）

（上接第5頁）

3 結(jié)語

本文介紹了基于Proteus的電子鐘項目的教學(xué)實踐過程，它的特點是在沒有硬件開發(fā)平臺的環(huán)境下，同學(xué)們也可以進(jìn)行項目的開發(fā)實踐，并且通過該項目，同學(xué)們可以了解一個項目的開發(fā)流程，以及熟練掌握常用的時鐘模塊DS1302、液晶顯示模塊LCD1602的設(shè)計方法。

【參考文獻(xiàn)】

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[4]林立，張俊亮.單片機原理及應(yīng)用-基于Proteus和Keil C. 第3版[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014：213-218.

[5]張霞，周克，何威，張超.基于MCS-51單片機的液晶顯示設(shè)計[J].自動控制，2014.3：71-74.endprint