C51单片机LCD电子时钟课程设计

中南大学

《自动化工程训练》

设计题目 LCD时钟程序设计

指导老师

设计者

专业班级自动化级班号

设计日期2016年9月

目录

一、设计任务要求分析 (1)

1.1设计总体方案及其方案论证 (1)

二、组成电路介绍 (1)

2.1 复位电路： (1)

2.2晶振电路： (1)

2.3键盘控制系统设计： (2)

2.4闹钟部分： (3)

2.5显示电路设计 (3)

2.5.1 LCD1602简介 (3)

三、软件设计 (4)

3.1程序主流程图 (5)

3.2初始化流程图 (5)

3.3延时中断子程序 (6)

3.4时间设置子程序 (7)

四、系统测试 (7)

4.1 测试方法 (7)

4.2 测试结果 (7)

4.3 结果分析 (8)

五、源程序 (8)

一、设计任务要求分析

本设计要实现的功能是：实时显示当前的时钟，并且可以设定闹铃，以蜂鸣器鸣响5秒的方式作为闹铃。

1.1设计总体方案及其方案论证

按照系统的设计功能所要求的，液晶显示电子时钟原理图如图所示。

液晶显示电子时钟原理图

本系统以AT89C51单片机为核心，该单片机可把数据进行处理，从而把数据传输到显示模块LCD1602

液晶显示器，实现时间及日期的显示。以LCD 液晶显示器为显示模块，把单片机传来的数据显示出来，并且显示多样化，还可以对时间和日期进行设置，主要靠按键来实现。

二、组成电路介绍

2.1 复位电路：

复位电路

复位电路有两种方式：上电复位和按钮复位，我们主要用按钮复位方式。如图所示：

2.2晶振电路：

晶振电路如图所示：

晶振模块原理图

选取原则：电容选取22pF，晶振为12MHz。

1）电源：

AT89S51单片机的供电电源是5V的直流电。

2）EA非/Vpp脚：

我们没有用外部扩展ROM,因此EA非/Vpp为高电平，即接+5V电源。

2.3键盘控制系统设计：

按键需要4个，分别实现为时间调整、时间的加、时间的减、闹钟调整四个功能。用单片机的4个I/O口接收控制信号，其电路如图所示：

按键调时电路

通过控制键来控制所要调节的是时、分、还是秒。在控制键按下后LCD中会在相应的位置出现光标，这时在通过加数键或减数键来控制时分秒的加或减。在调闹钟键按下后LCD中也会在相应的位置出现光标，这时也通过加数键或减数键来设置闹钟。

2.4闹钟部分：

闹钟部分主要由蜂鸣器，三极管，电阻组成。其电路图如图所示：

闹钟电路

当单片机的P1^5接口输出为高电平时，蜂鸣器响，当输出为低电平时，蜂鸣器停止。

2.5显示电路设计

2.5.1 LCD1602简介

LCD1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此，所以他不能显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。

（1）LCD1602的主要技术参数

显示容量：16×2个字符；

芯片工作电压：4.5—5.5V；

工作电流：2.0mA(5.0V)；

模块最佳工作电压：5.0V；

字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm。

（2）LCD1602引脚功能说明

1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下：

第1脚：VSS为地电源；

第2脚：VDD接5V正电源；

第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度；

第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器；

第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS 和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据；

第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；

第7～14脚：D0～D7，为8位双向数据线；

第15脚：背光源正极；

第16脚：背光源负极。

1602液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。本显示电路将单片机的P0口作为液晶的数据口，由于P0口没有上拉电阻，所以需额外加一个排阻作为上拉电阻，利用P1口作为其读写控制端，具体电路如图。

显示电路

三、软件设计

软件设计是本次设计中不可缺少的环节，是本次设计能够完成的最重要的环节之一。在完成了硬件电路的设计之后，依据系统设计要求和硬件电路开始系统软件部分

的设计。本系统软件设计包括：主程序、系统初始化子程序、延时中断子程序、时间设置子程序。首先进行模块设计，最后进行各模块的整合以完成整个软件系统。3.1程序主流程图

主流程图

3.2初始化流程图

系统初始化模块的主要功能是完成系统的初始化以及设定系统的工作状态，初始化部分包括以下方面的内容：

（1）单片机定时器0初始化以及各种I/O口定义；

（2）1602液晶初始化清屏及设定工作方式；

（3）系统进入正常工作状态。

初始化流程图3.3延时中断子程序

延时中断子程序

3.4时间设置子程序

这里仅画出了秒设置流程图，其他时间及日期设置类似。

秒设置流程图

四、系统测试

4.1测试方法

系统单片机代码采用C语言编写，proteus进行原理图的设计，keil软件进行代码的编译，通过keil与proteus软件的充分利用，将编译好的执行代码加载到原理图中的单片机里面进行原理图仿真，通过仿真对系统的代码程序和原理图进行测试，看是否达到系统的设计要求。

4.2测试结果

（1）通过按调时健、加减键的调节，我们可以设定出具体的时间1：00：00，观察LCD液晶屏如图所示精确显示出我们所设定的时间时间。

（2）通过按键调节调闹钟健，我们可以五秒听到清晰的蜂鸣声。

4.3 结果分析

通过对系统原理图和程序的仿真与调试基本实现了系统的功能要求。可以通过按键（mode）来设定具体时间、闹钟。LCD液晶显示屏能够准确而且清晰地显示出时间。

五、源程序

#include

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit beep=P1^5; //定义蜂鸣器的io口

sbit rw=P2^1; //定义读写的io口

sbit rs=P2^0;//定义接收与发送指令的io口

sbit lcden=P2^2;//定义使能端的io口

sbit k1=P3^0; //定义调时键的io口

sbit k2=P3^1; //定义加数键的io口

sbit k3=P3^2; //定义减数键的io口

sbit k4=P3^3; //定义调闹钟键的io口

uchar count,count1,num,num1,num2;

char h,min,sec,h1,min1,sec1;

uchar table[]={" 23:59:57"};

uchar table1[]={" 00:00:00"};

void delay(uint ms)//延时程序

{

int i;

while(ms--)

{

for(i = 0; i< 250; i++)

{

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

}

}

}

delay1(uchar z) //延时程序

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--); return 0;

}

bit write_busy() //判断是否为繁忙状态

{ bit result; rs = 0;

rw = 1;

lcden = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); result = (bit)(P0&0x80); lcden= 0; return result; }

void write_com(uchar com) //写指令函数

{

while(write_busy());

rs=0;

rw=0;

lcden=0;

P0=com;

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

lcden=1;

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

lcden=0;

}

void write_data(uchar date) //写数据函数

{

while(write_busy());

rs=1;

rw=0;

lcden=0;

P0=date;

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

lcden=1;

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

lcden=0;

}

void write_pos(uchar pos) //设定地址

{

write_com(pos | 0x80); //数据指针=80+地址变量

}

void write_sfm(uchar add,uchar date) //设定时分秒及其显示与地址{

uint shi,ge;

shi=date/10;

ge=date%10;

write_com(0x80+0x40+add);

write_data(0x30+shi);

write_data(0x30+ge);

}

void write_sfm1(uchar add,uchar date) //设置闹钟时分秒及其显示与地址{

uint shi,ge;

shi=date/10;

ge=date%10;

write_com(0x80+add);

write_data(0x30+shi);

write_data(0x30+ge);

}

void keyscan() //键盘扫描

{

if(k1==0)

{

delay1(5);

if(k1==0)

{

while(!k1);

num++;

if(num==1)

{

TR0=0;

write_com(0x80+0x40+11);

write_com(0x0f);

}

if(num==2)

{

write_com(0x80+0x40+8);

}

if(num==3)

{

write_com(0x80+0x40+5);

}

if(num==4)

{

num=0;

write_com(0x0c);

TR0=1;

}

}

}

if(num!=0)

{

if(k2==0)

{

delay1(5);

if(k2==0)

{

while(!k2)

if(num==1)

{

sec++;

if(sec==60)

sec=0;

write_sfm(10,sec);

write_com(0x80+0x40+0x10);

}

if(num==2) {

min++;

if(min==60)

min=0;

write_sfm(7,min);

write_com(0x80+0x40+8);

}

if(num==3)

{

h++;

if(h==24)

h=0;

write_sfm(4,h);

write_com(0x80+0x40+5);

}

}

}

if(k3==0)

{

delay1(5);

if(k3==0)

{

while(!k3);

if(num==1)

{

sec--;

if(sec==-1)

sec=59;

write_sfm(10,sec); write_com(0x80+0x40+0x10);

}

if(num==2)

{

min--;

if(min==-1)

min=59;

write_sfm(7,min);

write_com(0x80+0x40+8);

}

if(num==3)

{

h--;

if(h==-1)

h=23;

write_sfm(4,h);

write_com(0x80+0x40+5);

}

}

}

}

if(k4==0)

{

delay1(5);

if(k4==0)

{

while(!k4);

num1++;

if(num1==1)

{

write_sfm1(10,sec1);

write_sfm1(7,min1);

write_sfm1(4,h1);

}

if(num1==2)

{

write_com(0x80+11); write_com(0x0f); }

if(num1==3)

{

write_com(0x80+8);

}

if(num1==4)

{

write_com(0x80+5);

}

if(num1==5)

{

num1=0;

write_com(0x0c);

write_sfm(10,sec);

write_sfm(7,min);

write_sfm(4,h);

}

}

}

if(num1!=0)

{

if(k2==0)

{

delay1(5);

if(k2==0)

{

while(!k2)

if(num1==2) {

sec1++;

if(sec1==60)

sec1=0;

write_sfm1(10,sec1);

write_com(0x80+0x10);

}

if(num1==3)

{

min1++;

if(min1==60)

min1=0;

write_sfm1(7,min1);

write_com(0x80+8);

}

if(num1==4)

{

h1++;

if(h1==24)

h1=0;

write_sfm1(4,h1);

write_com(0x80+5);

}

}

}

if(k3==0)

{

delay1(5);

if(k3==0)

{

while(!k3);

if(num1==2)

{

sec1--;

if(sec1==-1)

sec1=59;

write_sfm1(10,sec1); write_com(0x80+0x10);

}

if(num1==3)

{

min1--;

if(min1==-1)

min=59;

write_sfm1(7,min1);

write_com(0x80+8);

}

if(num1==4)

{

h1--;

if(h1==-1)

h1=23;

write_sfm1(4,h1);

write_com(0x80+5);

}

}

}

}

}

void init() //程序初始化函数

{

uint i;

h=23;

min=59;

sec=57;

h1=00;

min1=00;

sec1=00;

num=0;

lcden=0;

write_com(0x38);

delay(1);

write_com(0x0c); //显示开，关光标

delay(1);

write_com(0x06); //移动光标

delay(1);

write_com(0x01); //清除LCD的显示内容 delay(1);

i=0;

while(table1[i] != '\0') //显示闹钟（静态） {

write_data(table1[i]);

i++;

}

i=0;

write_pos(0x40);

while(table[i] != '\0') //显示时间（静态） {

write_data(table[i]);

i++;

}

TMOD=0x01; //定时器

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

EA=1; //开启定时器

ET0=1;

TR0=1;

}

void main()

{

init();

while(1)

{

keyscan();

if(min==min1&&h==h1) //闹钟启动条件

{

while(sec<=5) //响五秒

{

beep = 1;

delay1(2);

beep = 0;

}

}

else

beep=0;

}

}

void timer0() interrupt 1 //定时器时间设定{

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

count++;

if(count==20)

{

count=0;

sec++;

if(sec==60)

{

sec=0;

min++;

if(min==60)

{

min=0;

h++;

if(h==24)

{

h=0;

}

write_sfm(4,h);

}

write_sfm(7,min);

}

write_sfm(10,sec);

}}