飞思卡尔单片机电子钟专业课程设计.doc

目 录
第一章 系统概要 2
1.1 系统背景 2
1.2 系统功效 3
第二章 系统硬件设计 3
2.1 系统原理图 3
2.2 单片机（MCU）模块 4
2.2.1 MC9S08AW60单片机性能概述 4
2.2.2 内部结构简图 5
2.3 串行通信模块 5
2.3.1 MAX232引脚图 5
2.3.2 串行通信电路原理 7
2.4 液晶显示模块 8
第三章 系统软件设计 9
3.1 MCU方（C）程序 9
3.1.1串行通信子程序 16
3.1.2 LCD子程序 19
第四章 系统测试 22
第五章 总结展望 22
5.1 总结 22
5.2 展望 22
参考文件 22

第一章 系统概要
1.1 系统背景
数字时钟，当我们听到这多个字时，第一反应就是我们所说数字，不错数字钟就是以数字显示替换模拟表盘钟表，在显示上它用数字反应出此时时间，相比模拟钟能给人一个一目了然感觉，不仅如此它还能同时显示时、分、秒。而且能对时、分、秒正确校时，这是一般钟所不及。因为单片机集成度高、功效强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，现在已经渗透到大家工作和生活方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等快速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围和网络通讯等广大领域。
1.2 系统功效
在试验箱上有一个开启键，当按下开启键给以一个低电平，电子时钟从目前设定值开始走时。按秒刷新，要求在LCD屏上显示。若按开启键给以高电平，则时间暂停，再按，时间继续按秒刷新。
第二章 系统硬件设计
2.1 系统原理图
该系统由AW60最小系统电路为关键结构，利用串口进行数据控制和采集。首先将开关接在AW60上PORT_D口上，用于控制数字时钟系统开关。然后将LCD数据线7-14引脚（D0-D7）分别和MCUPTA0-PTA7连接，LCD控制线RS、R/W、E(4、5、6引脚)分别于MCUPTC4、PTC6、PTF6连接，用于输出时间。数字时钟必需要有晶振电路，所以将该晶振电路和AW60PTG5和PTG6相连，用于时间自加。因为在运行系统时，以防电流不稳定，所以在PTB0端设置一个下拉电阻，稳定电流。

2.2 单片机（MCU）模块
2.2.1 MC9S08AW60单片机性能概述
（1）最高达40MHzCPU工作频率和20Hz内部总线工作频率表；时钟源选项包含晶振、谐振器、外部时钟或内部产生时钟。
（2）相比HC08 CPU指令集，S08 CPU增加了BGND指令。
（3）单线后台调试模式接口；增强断点能力，许可单一断点设置在线调试（在片内调试模块增加了多于两个断点）。
（4）内含32个中止/复位源；内含2KB片内RAM；内含60KB片内在线可编程Flash存放器，带有块保护和安全选项。
（5）可选计算机正常操作（COP）复位；低电压检测和复位或中止；非法操作码检测和复位；非法地址检测和复位。
（6）ADC：多达16个通道，10位A/D转换器和自动比较功效；两个串行通信接口SCI模块和可选13位中止；一个串行外设接口SPI模块；集成电路互连总线I2C模块运作高达100kbps最高总线负载；8引脚键盘中止KBI模块。
（7）Timers:1个2通道和1个6通道16位定时器/脉冲宽度调制器模板。含有输入、捕捉、输出比较、脉宽调制功效。
2.2.2 内部结构简图
1. 内部结构简图
图所表示，给出了AW60内部结构图，它对于我们了解和应用AW60 MCU相关键作用，在学习了基础有法后，应在反过来熟悉这个内部结构图，方便愈加好地了解AW60 MCU基础原理。从内部结构图能够看出，AW60关键有以下多个部分：S08 CPU、存放器、定时器接口模块、定时器模块、看门狗模块、通用IO模块、串口通信模块（SCI）、串行外设接口（SPI）模块、I2C（IIC）模块、A/D转换模块、键盘中止模块、时钟发生模块、复位和中止模块等。

2.3 串行通信模块
2.3.1 MAX232引脚图
在MCU中，若用RS-232总线进行串行通信，则需外接电路实现电平转换。在发送端，需要用驱动电路将TTL 电平转换成RS-232电平；在接收端，需要用接收电路将RS-232电平。转化为TTL电平。电平转换器不仅能够由晶振管分立元件组成，也能够直接使用集成电路。现在使用MAX232芯片较多，该芯片使用单一+5V电源供电实现电平转换。图所表示，给出了MAX232引脚说明。各引脚含义简明说明以下：
Vcc（16脚）：正电源端，通常接+5V。
GND（15脚）：地。
VS+（2脚）：VS+=2VCC-1.5V=8.5V。
VS-（6脚）：VS-=-2VCC-1.5V=-11.5V。
C2+、C2-（4、5脚）：通常接1μF电解电容。
表 MAX232芯片输入输出引脚分类和基础接法
组别
TTL电平引脚
方向
经典接口
232电平引脚
方向
经典接口
1
11（T1IN）
12（R1OUT）
输入
输出
接MCUTxD
接MCURxD
13
14
输入
输出
连接到接口，和其它设备经过232相接
2
10（T2IN）
9（R2OUT）
输入
输出
接MCUTxD
接MCURxD
8
7
输入
输出
连接到接口，和其它设备经过232相接
C1+、C1-（1、3脚）：通常接1μF电解电容。
在正常情况下，（1）T1IN=5V，则T1OUT=-9V；T1IN=0V，则T1OUT=9V。（2）将R1IN和T1OUT相连，令T1IN=5V，则R1OUT=5V；令T1IN=0V，则R1OUT=0V。
MAX232芯片进行电平转换基础原理：（1）发送过程：MCUTxD（TTL电平）经过MAX23211脚（T1IN）送到MAX232内部，在内部TTL电平被“提升”为232电平，经过14脚（T1OUT）发送出去。接收过程：外部232电平经过MAX23213脚（R1IN）进入到MAX232内部，在内部232电平被“降低”为TTL电平，经过12脚（R1OUT送到MCURxD，进入MCU内部。
2.3.2 串行通信电路原理
从基础原理角度看，串行通信接口SCI关键功效是：接收时，把外部单线输入数据变成一个字节并行数据送入MCU内部；发送时，把需要发送一个字节并行数据转换为单线输入。为了设置波特率，SCI应含有波特率寄存器。为了能够设置通信格式、是否校验、是否许可中止等，SCI应含有控制寄存器。而要知道串口是否有数据可收、数据是否发送出去等，需要有SCI状态寄存器。当然，若一个寄存器不够用，控制和状态寄存器可能有多个。而SCI数据寄存器存放要发送数据，也存放接收数据，这并不冲突，因为发送和接收实际工作是经过“发送移位寄存器”和“接收认为寄存器”完成。编程时，程序员并不直接和“发送移位寄存器”和“接收移位寄存器”打交道，只和数据寄存器打交道，所以MCU中并没有设置“发送移位寄存器和“接收移位寄存器”映像地址。发送时，程序员经过判定状态寄存器对应位，了解是否能够发送一个新数据。若能够发送，则将待发送数据放入“SCI数据寄存器”中就能够了，剩下工作由MCU自动完成：将数据从“SCI数据寄存器”送到“发送移位寄存器”，硬件驱动将“发送移位寄存器”数据一位一位地根据要求波特率移到发送引脚TxD，供对方接收。接收时，数据一位一位地从接收引脚RxD进入“接收移位寄存器”，当收到一个完成字节时，MCU会自动将数据送入“SCI数据寄存器”，并将状态寄存器对应位改变，供程序员判定并取出数据。
2.4 液晶显示模块
LCD(YM1602C)

16
15
14
13
12
11
10
09
08
07
06
05
04
03
02
01
Core2

LCD_D7
LCD_D6
LCD_D5
LCD_D4
LCD_D3
LCD_D2
LCD_D1
LCD_D0
LCD_E
LCD_RW
LCD_RS

Vcc
GND

PTA7
PTA6
PTA5
PTA4
PTA3
PTA2
PTA1
PTA0
PTF6
PTC6
PTC4

AW60

MCU控制液晶显示接口接线图
点阵字符型LCD是专门用于显示数字、字母、图形符号及少许自定义符号液晶显示器。这类显示器把LCD控制器、点阵驱动器、字符存放器、显示体及少许阻容元件等集成一个液晶显示模块。鉴于字符型液晶显示模块现在在国际上已经规范化，其电特征及接口特征是统一，所以，只要设计出一个型号接口电路，在指令上稍加修改即可使用多种规格字符型液晶显示模块。
点阵字符型液晶显示模块控制器大多数为日立企业生产HD44780及其兼容控制电路，如SED1278(SEIKO EPSON）、KS0066（SAMSUNG）、NJU6408（NER JAPANRADIO）等。字符型液晶显示模块关键特点以下：
1. 液晶显示器是以若干5*8或5*11点阵块组成显示字符群。每个点阵块为一个字符位，字符间距和行距全部为一个点宽度。
2. 主控制电路为HD44780（HITACHI）及其它企业兼容电路。从程序员角度来说，LCD显示接口和编程是面向HD44780，只要了解HD44780编程结构即可进行LCD显示编程。
3. 内部含有字符发生器ROM，可显示192种字符（160个5*7点阵字符和32个5*10点阵字符）。
4. 含有64字节字符发生器RAM，能够定义8个5*8点阵字符或4个5*11点阵字符。
5. 含有64字节数据显示RAM，供显示编程时使用
6. 标准接口特征，和MC9S08系列MCU轻易接口。
7. 模块结构紧凑、轻巧、装配轻易。
8. 单+5V电源供电（宽温型需要加-7V驱动电源）。
9. 低功耗、高可靠性。
第三章 系统软件设计
3.1 MCU方（C）程序
main.c
#include "Includes.h"
#include "LCD.h"
#include "SCI.h"
#include "timer.h"
#include "GPIO.h"
//在此添加全局变量定义
uint8 g_time[8];
void main(void){
uint8 g_DispalyInit[]="00:00:00";
uint8 remember;
uint32 mRuncount=0;
uint8 i;
uint8 m;
int n=1;
//1 关总中止
DisableInterrupt(); //严禁总中止
//2 芯片初始化
MCUInit();
//3 模块初始化
Light_Init(Light_Run_PORT,Light_Run,Light_OFF);
LCDinit();
TPMinit(TPM_NUM_1);
SCIInit(SCI_NUM_1,SYSTEM_CLOCK,9600);
//定时器
//内存初始化
g_time[0]=0;
g_time[1]=0;
g_time[2]=':';
g_time[3]=0;
g_time[4]=0;
g_time[5]=':';
g_time[6]=0;
g_time[7]=0;
remember=g_time[7];
//开放中止
//LCD
LCDshow(g_DispalyInit);
while(n){
if(GPIO_Get(LCD_Run_PORT,0)==LCD_Run){
remember = g_time[7];
n = 0;
EnableSCIReInt();
EnableInterrupt();
EnabletimerInt(TPM_NUM_1);
}
//4 主循环
while (!n){
if(g_time[7]!=remember){
for(i=0;i<8;i++) {
if(i==2 || i ==5){
g_DispalyInit[i] =g_time[i];
}
else{
m=g_time[i];
g_DispalyInit[i]=m+'0';
}
}
LCDshow(g_DispalyInit);
SCISendN(SCI_NUM_1,3,g_time);
remember=g_time[7];
}
if(GPIO_Get(LCD_Run_PORT,0)!=LCD_Run){
LCDshow(g_DispalyInit);
n = 1;
DisableInterrupt();
DisableSCIReInt();
DisabletimerInt(TPM_NUM_1);
}
}
}
}

isr.c
#include "Includes.h"
//此处为用户新定义中止处理函数存放处
#include "timer.h"
//此处为用户新定义中止处理函数存放处
interrupt void isrT1Out(void){
DisableInterrupt();
SecAdd1(g_time);
TPM_CSTR(1) &=~(TPM1SC_TOF_MASK);
EnableInterrupt();
}
//未定义中止处理函数,本函数不能删除
interrupt void isrDummy(void){
}
//中止处理子程序类型定义
typedef void( *ISR_func_t)(void);
//中止矢量表,假如需要定义其它中止函数,请修改下表中对应项目
const ISR_func_t ISR_vectors[] @0xFFCC = {
isrDummy, // 0xFFCC //时基中止
isrDummy, // 0xFFCE //IIC中止
isrDummy, // 0xFFD0 //ADC转换中止
isrDummy, // 0xFFD2 //键盘中止
isrDummy, // 0xFFD4 //SCI2发送中止
isrDummy, // 0xFFD6 //SCI2接收中止
isrDummy, // 0xFFD8 //SCI2错误中止
isrDummy, // 0xFFDA //SCI1发送中止
isrDummy, // 0xFFDC //SCI1接收中止
isrDummy, // 0xFFDE //SCI1错误中止
isrDummy, // 0xFFE0 //SPI中止
isrDummy, // 0xFFE2 //TPM2溢出中止
isrDummy, // 0xFFE4 //TPM2通道1输入捕捉/输出比较中止
isrDummy, // 0xFFE6 //TPM2通道0输入捕捉/输出比较中止
isrT1Out, // 0xFFE8 //TPM1溢出中止
isrDummy, // 0xFFEA //TPM1通道5输入捕捉/输出比较中止
isrDummy, // 0xFFEC //TPM1通道4输入捕捉/输出比较中止
isrDummy, // 0xFFEE //TPM1通道3输入捕捉/输出比较中止
isrDummy, // 0xFFF0 //TPM1通道2输入捕捉/输出比较中止
isrDummy, // 0xFFF2 //TPM1通道1输入捕捉/输出比较中止
isrDummy, // 0xFFF4 //TPM1通道0输入捕捉/输出比较中止
isrDummy, // 0xFFF6 //ICGPLL锁相状态改变中止
isrDummy, // 0xFFF8 //低电压检测中止
isrDummy, // 0xFFFA //IRQ引脚中止
isrDummy // 0xFFFC //SWI指令中止
//RESET是特殊中止,其向量由开发环境直接设置(在本软件系统Start08.o文件中)
};
timer.c
#include "timer.h"
void TPMinit(uint8 TPMNo){
if(TPMNo > 2)
TPMNo = 2;
else if(TPMNo < 1)
TPMNo=1;
TPM_CSTR(TPMNo)=0b00010110;
TPM_CNTH(TPMNo) = 0x00;
TPM_CNTL(TPMNo) = 0x00;
TPM_MODH(TPMNo) = 0x7A;
TPM_MODL(TPMNo) = 0x12;
}
void SecAdd1(uint8 *p){
*(p+7)+=1;
if(*(p+7)>=10){
*(p+7) = 0;
*(p+6)+=1;
if(*(p+6)>=6){
*(p+6) = 0;
*(p+4)+=1;
if(*(p+4)>=10){
*(p+4) = 0;
*(p+3)+=1;
if(*(p+3)>=6){
*(p+3) = 0;
*(p+1)+=1;
if(*(p+1)>=9){
*(p+1) = 0;
*p+=1;
}
if((*p*10+*(p+1))>=24)
*p = 0;
*(p+1) = 0;
}
}
}
}
}
timer.h
#ifndef timeR_H
#define timeR_H
#include "MC9S08AW60.h"
#include "Type.h"
#define TPM_CSTR(x)(*(vuint8 *)(0x00000020+(x-1)*64))
#define TPM_CNTH(x)(*(vuint8 *)(0x00000021+(x-1)*64))
#define TPM_CNTL(x)(*(vuint8 *)(0x00000022+(x-1)*64))
#define TPM_MODH(x)(*(vuint8 *)(0x00000023+(x-1)*64))
#define TPM_MODL(x)(*(vuint8 *)(0x00000024+(x-1)*64))
#define EnabletimerInt(x) TPM_CSTR(x) |= TPM1SC_TOIE_MASK
#define DisabletimerInt(x) TPM_CSTR(x) &=~TPM1SC_TOIE_MASK
#define TPM_NUM_1 1
#define TPM_NUM_2 2
#define TPM1_CH_0 0
#define TPM1_CH_1 1
#define TPM1_CH_2 2
#define TPM1_CH_3 3
#define TPM1_CH_4 4
#define TPM1_CH_5 5
#define TPM2_CH_0 0
#define TPM2_CH_1 1
void TPMinit(uint8 TPMNo);
void SecAdd1(uint8 *p);
#endif
3.1.1串行通信子程序
SCI.c
#include "SCI.h"
void SCIInit(uint8 SCINo, uint8 sysclk, uint16 baud){
uint16 ubgs;
ubgs=0;
if(SCINo>2){
SCINo=2;
}
ubgs=sysclk*(10000/(baud/100))/16;
SCI_BDH(SCINo)=(uint8)((ubgs&0xFF00)>>8);
SCI_BDL(SCINo)=(uint8)(ubgs&0x00FF);
SCI_C1(SCINo)=0b00000000;
SCI_C2(SCINo)=0b00001100;
}
void SCISend1(uint8 SCINo, uint8 ch) {
if(SCINo>2){
SCINo=2;
}
while(!(SCI_S1(SCINo)&0b1000000));
SCI_D(SCINo)=ch;
}
uint8 SCIRe1(uint8 SCINo, uint8 *p) {
uint16 k;
uint8 i;
if(SCINo>2){
SCINo=2;
}
for(k=0;k<0xfbbb;k++)
if((SCI_S1(SCINo)&0b00100000)!=0){
i=SCI_D(SCINo);
*p=0x00;
break;
}
if(k>=0xfbbb){
i=0xff;
*p=0x01;
}
return i;
}
void SCISendN(uint8 SCINo, uint16 n, uint8 ch[]) {
uint16 i;
if(SCINo>2) {
SCINo=2;
}
for(i=0;i<n;i++)
SCISend1(SCINo,ch[i]);
}
uint8 SCIReN(uint8 SCINo, uint16 n, uint8 ch[]) {
uint16 m;
uint8 fp;
m=0;
if(SCINo>2) {
SCINo=2;
}
while(m<n) {
ch[m]=SCIRe1(SCINo,&fp);
if(fp==1) {
return 1;
}
m++;
}
return 0;
}
void SCISendString(uint8 SCINo, char *p){
uint32 k;
if(SCINo>2) {
SCINo=2;
}
if(p==0) return;
for(k=0;p[k]!='\0';++k) {
SCISend1(SCINo,p[k]);
}
}
SCI.h
#ifndef SCI_H
#define SCI_H
#include "MC9S08AW60.h"
#include "Type.h"
#define SCI_BDH(x) (*(vuint8 *)(0x00000038+(x-1)*8))
#define SCI_BDL(x) (*(vuint8 *)(0x00000039+(x-1)*8))
#define SCI_C1(x) (*(vuint8 *)(0x0000003A+(x-1)*8))
#define SCI_C2(x) (*(vuint8 *)(0x0000003B+(x-1)*8))
#define SCI_S1(x) (*(vuint8 *)(0x0000003C+(x-1)*8))
#define SCI_S2(x) (*(vuint8 *)(0x0000003D+(x-1)*8))
#define SCI_C3(x) (*(vuint8 *)(0x0000003E+(x-1)*8))
#define SCI_D(x) (*(vuint8 *)(0x0000003F+(x-1)*8))
#define EnableSCIReInt() SCI1C2 |=(SCI1C2_RIE_MASK)
#define DisableSCIReInt() SCI1C2 &=~(SCI1C2_RIE_MASK)
#define SCI_NUM_1 1
#define SCI_NUM_2 2
void SCIInit(uint8 SCINo,uint8 sysclk,uint16 baud);
void SCISend1(uint8 SCINo,uint8 ch);
void SCISendN(uint8 SCINo,uint16 n,uint8 ch[]);
uint8 SCIRe1(uint8 SCINo,uint8 *p);
uint8 SCIReN(uint8 SCINo,uint16 n,uint8 ch[]);
void SCISendString(uint8 SCINo,char *p);
#endif
3.1.2 LCD子程序
LCD.c
#include "LCD.h"
#include "GPIO.h"
void LCDinit(void) {
uint16 i;
LCDdataD = 0b11111111;
LCDctrlD1 |= (1 << LcdRS);
LCDctrlD1 |= (1 << LcdRW);
LCDctrl1 &=~(1 << LcdRS);
LCDctrl1 &=~(1 << LcdRW);
LCDctrlD2 |= (1 << LcdE);
LCDctrl2 |= (1 << LcdE);
LCDcommand (0b00111000);
LCDcommand (0b00001000);
LCDcommand (0b00000001);
for(i=0;i<4000;i++)
asm("NOP");
LCDcommand (0b00000110);
LCDcommand (0b00010100);
LCDcommand (0b00001100);
GPIO_Init(LCD_Run_PORT,0,0,0);
}
void LCDcommand(uint8 cmd){
uint16 i;
for(i=0;i<1000;i++)
asm("NOP");
LCDdata=cmd;
LCDctrl2 |= (1<<LcdE);
asm("NOP");
asm("NOP");
asm("NOP");
LCDctrl2 &=~(1<<LcdE);
for(i=0;i<1000;i++)
asm("NOP");
}
void LCDshow(uint8 str[]) {
uint8 i;
LCDinit();
LCDctrl1 &=~(1<<LcdRS);
LCDctrl1 &=~(1<<LcdRW);
LCDcommand (0b10000000);
LCDctrl1 |=1<<LcdRS;
LCDctrl1 |=~(1<<LcdRW);
for(i=0;i<8;i++) {
LCDcommand(str[i]);
}
}
LCD.h
#ifndef LCD_H
#define LCD_H
#include "MC9S08AW60.h"
#include "Type.h"
#include "GeneralFun.h"
#define LCDdata PTAD
#define LCDdataD PTADD
#define LCDctrl1 PTCD
#define LCDctrlD1 PTCDD
#define LCDctrl2 PTFD
#define LCDctrlD2 PTFDD
#define LcdRS 4
#define LcdRW 6
#define LcdE 6
#define LCD_Run_PORT PORT_E
#define LCD_Run 1
void LCDinit(void);
void LCDcommand(uint8 cmd);
void LCDshow(uint8 str[]);
void LCDshoww(uint8 str[]);
#endif

第四章 系统测试
调试界面截图：

运行界面截图：

第五章 总结展望
5.1 总结
经过了为期一周半单片机课程设计，首先是对和飞思卡尔单片机系统有了一定了解。因为之前就做过几次试验，而且以前也上过C语言课程。这次课程设计，思绪很清楚。课程是做一个基于LCD显示计数器。在原有LCD液晶程序和计数器程序修改基础上，经过几次修改和整理，在结束之前还是完成了此次设计。LCD上能够显示计数。这次课程设计不一样。因为是在原有程序基础上修改整合，需要对原有程序进行一个整体了解和深入。这对和实际开发很有帮助。能够深入了解飞思卡尔设计思绪。拓展我们思绪。课程设计内容即使没有什么太大实际意义。不过，我们能够了解到实际开发部分步骤和思绪。对于以后工作也很有帮助吧。每一次课程设计，全部是一次学习，全部是一次进步。
5.2 展望
对于此次课程设计，我们只是做了部分简单工作。即使有研究过飞思卡尔单片机程序，不过毕竟自己知识能力有限。不可能在短短一周半时间太过于深入。这一周半时间，了解了单片机很多东西吧。对自己要求是，要多动手，自己动手写代码学习才愈加快。对于编程，看她人百遍不及自己动手写一遍。假如可能，期望完全自己动手设计一个计数器程序。
参考文件
【1】王宜怀、张书奎、王林等著，嵌入式技术基础和实践，清华大学出版社
【2】谭浩强著，C语言程序设计(第四版)，北京：清华大学出版社
【3】顾波著，单片机技术基础及应用，中国电力出版社
【4】谢晖著，单片机原理及应用，化学工业出版社
【5】张跃常、戴卫恒著，Freescale系列单片机常有模块和综合系统设计实例精讲，电子工业出版社