万年历显示模块设计
1使用硬件和软件简介
1.1 51单片机简介
本次单片机课程设计需要使用的是上课时学习的51单片机，其是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机即是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。
1.2 使用软件简介
本次课程设计要使用2款软件协作完成，即protues完成基本电路构造和keil完成单片机程序设计。
1.2.1 protues介绍
Protues在两次课程设计中都有用到，可见学校对其应用的总是程度。Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件，几乎是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内的推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。
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武汉理工大学《单片机原理及应用》课程设计说明书
在编译方面，它支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译，这次课程设计就是Protues和Keil的协同使用来完成。软件仿真方面，支持当前的主流单片机，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。 可以提供软件调试功能 ，丰富的外围接口器件及其仿真（ RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件）。这样很接近实际。此外还具有强大的原理图绘制功能。
1.2.2 keil介绍
这次单片机课程设计中除必要的硬件外，同样离不开软件的支持，所使用的汇编语言或C语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的设计者来说是十分必要的，如果使用C语言编程，那么Keil几乎就是唯一的选择。即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，Keil方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会事半功倍。
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2 设计过程
2.1 设计流程图
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确定设计目标 使用keil编写程序，生成供单片机运行的hex文件 使用Protues设计实现程序的电路图 在仿真单片机中的导入hex文件 开始仿真 调试程序和电路，使之达到课程设计要求 结束
图2.1 设计流程图
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2.2 keil编程
根据上述的电路图，可知显示部分采用8位7段数码管的分时显示，利用人眼的视觉暂留现象，在数码管上显示出连续的明显数值。 其中8位数码管的各位开关信号16进制编码如下表：
点亮第几位（从左记） 相应的16进制编码 1 2 3 4 5 6 7 8 0xfe 0xfd 0xfb 0xf7 0xef 0xbf 0xbf 0x7f 图2.2 8位数码管开关位编码
相应的2进制数输出转化位7段数码管显示十进制的编码表如下： 显示十进制 16进制输出 图2.3 7段数码管显示编码
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0x3f 0x06 0x5b 0x4f 0x66 0x6d 0x7d 0x07 0x7f 0x6f
根据以上数据和单片机的各端口功能分布，可以大略得出程序的流程图。程序开始前，可以先进行一些预处理，使编程过程简化。
2.2.1 程序预处理
首先，讲头文件中包含的单片机的各对应引脚定义为较容易书写的格式，同时定义十进制到7段数码管显示对应的8位2进制数转化的数组序列。
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然后，定义全局变量（同时初始化初值），方便在各函数间调用和改变年月日时分秒的具体数值，避免使用指针带来的语言复杂性。
最后，对要用到的函数进行统一声明（也可以直接先写函数），防止编程时不合理的调用函数。
2.2.2 主函数流程
最重要的主函数流程可归纳如下：
先将2输出端置零，使得显示屏清空。后建立一永久循环H，表示程序一直运行。循环的开始再建立一设定好次数的循环J，用来做单片机分频用，其中调用键盘扫描程序，看是否有键按下，以此判定下一步动作。由于日历的要求控制键不多，课程设计的要求为可切换显示，故最少应有2个控制键来切换日期和时间的显示。
若按下的为显示日期/时间，则对日期/时间相关数据进行处理，由其中一个输出端输出，由另一输出端控制显示在8位数码管的哪一位上，后延时实现一段时间。最后再次执行键盘扫描函数，看指令是否变化。
固定循环J结束，判断是否按下其他操作键，对时间日期的数据进行人为修改；若无则向下执行,进行时间/日期的溢出判断和正常增加计数。 最后运行至无限循环H底部，再跳至开头进行上述步骤。
3.2.3 相关子函数
键盘检测程序：由于操作键较少，所以不必使用多重键盘，只需使用单片机一个端口就可以有8个按键供使用。检测哪个端口有电位变化，就可判断按下的是哪个按键。
延时函数：就一设定好次数的循环，用以消耗指令周期，循环中可以为空语句，或者为检测、显示语句以确定按键、固定示数。
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2.2.4 程序总流程图
根据上述文字表达，可以得出程序总流程图如下：
图2.4 程序总流程图
根据课程设计的要求和设计流程，结合设计出的电路图，可以设计相应的C语言程序，见附录。
2.3 protues设计电路图及仿真
根据所编的程序，可以设计出相应的电路图。
显示部分采用8位7段数码管，虽然年月日/时分秒只用带6位左右，但是为了分隔便于观察，所以增加2位空格显示。
其中将P1口做输入端，用来和8个接地按键相连，构成键盘电路。P2口做输出口，用来输出时间日期的8位2进制数表达。P0口做控制端，控制P2输出的信号显示在具体哪个数码管上。
此外，需要提供相应的外部时钟输入XLAT1和XLAT2，再对RET和EA端口赋予相应的电位，使得单片机能够正常工作。
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综上，利用protues元件库，可以设计出满足上述条件的显示电路，如下所示：
图2.5 仿真电路图
由于对于Protues的晶振元件不是很熟悉，无法设定合适的电路使其起
振，故在此用一周期脉冲源替代晶振作为外部时钟。
基本电路完成，将编程生成的hex文件导入到仿真单片机中：
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图2.6 导入hex文件
按下仿真键，即可开始仿真：
图2.7 仿真实时图（显示日期）
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图2.8 仿真实时图（显示时间）
虽然电路比较简陋，但是基本可以实现对年月日和时分秒的分别显示，且具有清零和更改设置时间的功能。
由于没有采用4×4键盘，只和P1端口直接链接，所以只有8个操作键，实现显示6个时间和2个更新时间的操作。
由于选用的的数码管最多只能找到8位的，所以就没有增加显示星期的功
能。也因为，我觉得星期本身就是在日期上多加一个限制在7内的计数单元，没有太多的必要，所以就没有设计这个功能。
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3 心得体会
本次单片机课程设计是一个使用Protues设计工具、协同使用Keil编程软件制作小万年历的题目。本来以为会很简单，因为课本上就有很接近的习题和讲解，所以开始我也没有很在意，以至时间越拖越后，最后只能赶工完成。
解题过程中，我更加感到之前的判断是多么的天真，单片机的的C语言表示法很多语法与之前学过的C语言不同，特别是单片机的存储结构和指令计数方式是从前没有学到的。不过时间紧迫，只能临时抱佛脚啃啃教材。在整个过程中，我深刻地感受并理解到Ｃ语言的简便性和丰富性。不管是从实现功能的角度看还是从数据类型、架构上，都可以看出Ｃ语言是一个十分优秀的程序开发语言。虽然汇编有程序段短小的巨大优势，不过对于我这样新手而言，能用C语言完成这个题目已经很不容易了。
这次作业让我了解怎么从不同的角度去分析同一个问题，让我们有更多更广的思路去处理解题时遇到的难点和要点。从解决问题的过程中也可以熟悉和了解C语言和Protues程序的不同用法和功能，而各种原有的模板使得我可以用高效，简洁的思路、观点来解题。这样的探索过程也是很愉悦的，特别是看到自己也能编写一个起码有点样子的仿真程序的时候。虽然我所完成的作业本身就是很简单的一个基本应用，但在这过程中我所学到的东西令我终生受用。
在如此紧的时间内（好吧，由于之前所述的原因，其实作业很早就布置了，只是我个人因素使得真正在做的时间很短）完成这次作业，甚至我还只是对所应用的语言和软件一知半解的情况下，没有同学和老师的帮助，要完成它简直是不可想象的。在我落后进度那么多的情况下，多谢有我的同学的帮助，特别是我的单片机的教材找不到时，他分享他的学习资料，使得我得到可以完成这次课程设计的客观条件。在学习相关语言知识和软件应用时，也多谢老师和其他同学给予的教导和提点。有这么多的帮助，我相信，只要坚持不懈的努力，一定能够战胜重重的困难，完成此门课程最后一次大作业！
最后，我完成了这次作业，望老师指正。
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参考文献
[1]李群芳，张士军，黄建 《单片微型计算机与接口技术（第二版）》 电子工业出版社 2007年1月
[2]楼然苗 《51系列单片机设计实例》 北京航空航天出版社 2003年3月 [3]梁翎，李爱齐 《C语言程序设计实用技巧与程序实例》 上海科普出版社 1996年
[4]李广第 《单片机基础》第1版 北京航空航天大学出版社 1999年 [5]高峰 《单片微机应用系统设计及实用技术》 机械工业出版社 2004年
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附录
#include char discode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; unsigned int i=0,j,m=32,f=25,s=10,r=21,y=7,n=05; sbit P1_0=P1^0; sbit P1_1=P1^1; sbit P1_2=P1^2; sbit P1_3=P1^3; sbit P1_4=P1^4; sbit P1_5=P1^5; sbit P1_6=P1^6; sbit P1_7=P1^7; sbit P0_0=P0^0; sbit P0_1=P0^1; sbit P0_2=P0^2; sbit P0_3=P0^3; sbit P0_4=P0^4; sbit P0_5=P0^5; sbit P0_6=P0^6; void delays(void); uchar kbscan(void); uchar inkbscan(void); void display(void); /****************************** 下 面是主程12 code 序 武汉理工大学《单片机原理及应用》课程设计说明书 *************************/ void main(void) {P0=0;P2=0; while(1) { kbscan();//键盘扫描程序 for(j=600;j>0;j--) {if(j>290&&j<550) {if(i==0) //show day {P0=0xfe;P2=discode[n/10];delays(); P0=0xfd;P2=discode[n%10];delays(); P0=0xf7;P2=discode[y/10];delays(); P0=0xef;P2=discode[y%10];delays(); P0=0xbf;P2=discode[r/10];delays(); P0=0x7f;P2=discode[r%10];delays(); } if(i==1) //? show time {P0=0xfe;P2=discode[s/10];delays(); P0=0xfd;P2=discode[s%10];delays(); P0=0xf7;P2=discode[f/10];delays(); P0=0xef;P2=discode[f%10];delays(); P0=0xbf;P2=discode[m/10];delays(); P0=0x7f;P2=discode[m%10];delays(); } 13 delays();//延时程序 武汉理工大学《单片机原理及应用》课程设计说明书 kbscan();//键盘扫描程序 } } if(i==2){n++;i=0;} // year add 1 if(i==3){y++;i=0;} // yuefen add 11 if(i==4){r++;i=0;} // day add 1 if(i==5){s++;i=1;} // hour add 1 if(i==6){f++;i=1;} // min add 1 if(i==7){n=0;y=1;r=1;s=0;f=0;m=0;i=0;} // all be 0 { m++; //秒计数进行 14 if(m>59) {f++;m=0;} if(f>59) {s++;f=0;} if(s>23) {r++;s=0;} if(r>30) {y++;r=1;} if(y>12) {n++;y=1;} 武汉理工大学《单片机原理及应用》课程设计说明书 if(n>99) {n=2;} } } } void delays(void)//延时程序 { int o; for(o=80;o>0;o--); } uchar kbscan(void)//键盘扫描程序 { if((P1&0xff)!=0xff) { delays(); if((P1&0xff)!=0xff) { if(P1_0==0)i=0; if(P1_1==0)i=1; if(P1_2==0)i=2; if(P1_3==0)i=3; if(P1_4==0)i=4; if(P1_5==0)i=5; if(P1_6==0)i=6; 15 武汉理工大学《单片机原理及应用》课程设计说明书 if(P1_7==0)i=7; display();//数码管显示程序 } } return(i); } void display(void) //数码管显示程序 { P2=discode[i]; delays(); } 此程序可以正常进行编译，生成相应的hex，说明基本语法没有错误。 16 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容