智能电子钟(LCD显示)剖析

课程设计

课程名称单片机原理与接口技术题目名称智能电子钟

学生学院材料与能源学院

专业班级

学号

学生姓名

指导教师

2016年06月15日

广东工业大学课程设计任务书

智能电子钟（LCD显示）题目名称

学生学院材料与能源学院

专业班级

姓名

学号

一、课程设计的内容

用STC89C52RC单片机制作一智能电子钟：

1.设计并绘制硬件电路图；

2.绘制PCB板图（条件许可的话可进行PCB板的制作）并焊接好元器件；

3.编写程序并将调试好的程序固化到单片机中。

二、课程设计的要求与数据

以STC89C52RC单片机为核心，制作一个LCD显示的智能电子钟：

(1)计时：秒、分、时、天、周、月、年。

(2)自由调整时间。

(3)定时输出，可任意关断，重置。

(4)倒计时功能，最高可定时100小时。

(5)计时功能，最高可计时100小时。

(6) 计时精度：误差≤1秒/月（具有微调设置）。

(7) 键盘采用动态扫描方式查询。所有的查询、设置功能均由矩阵键盘完

成。

三、课程设计应完成的工作

1. 完成下载线的制作，为程序下载到单片机芯片中做好准备；

2. 完成软件、硬件的设计，并进行硬件的焊接制作，并将调试成功的程序

固化到单片机中，最后进行硬件与软件的调试；

3. 撰写设计说明书。

四、课程设计进程安排

摘要

随着时代的进步和发展，单片技术已经普及到我们的生活、工作、科研等各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，本文将介绍一种基于单片机控制的LCD 显示时钟的设计，时间可由键盘调整。主要用到的芯片有单片机STC89C52RC、液晶显示屏LCD1602A模块、时钟芯片DS1302模块。

关键词：单片机STC89C52RC、LCD1602A模块、DS1302模块

目录

1 系统需要分析 (5)

1.1 智能电子钟研究背景及意义 (5)

1.2 系统实用功能分析 (5)

2 设计要求与方案 (6)

2.1 设计要求 (6)

2.1.1 基本要求............................................................................. 错误！未定义书签。

2.1.2发挥部分.............................................................................. 错误！未定义书签。

2.2 系统基本方案选择 (6)

2.2.1 芯片的选择 (6)

2.2.2 显示模块选择方案 (7)

2.2.3 时钟信号的选择方案 (7)

2.3 电路设计最终方案决定 (7)

3 系统硬件设计与实现 (8)

3.1 智能电子钟设计框图 (8)

3.2 系统硬件概述 (8)

3.3 硬件电路结构设计 (8)

3.3.1 单片机主控制模块的设计 (8)

3.3.2 显示模块的设计 (8)

3.3.3 LCD原理说明...................................................................... 错误！未定义书签。

3.3.4 开关模块说明 (9)

4 系统软件设计 (13)

4.1程序流程框图 (13)

4.2 LCD的初始化及显示程序 (14)

5 系统调试 (14)

5.1 软件调试 (14)

5.2 硬件调试 (14)

参考文献 (14)

附录 (15)

1 系统需要分析

1.1智能电子钟研究背景及意义

20世纪末，电子技术得到了飞速发展，在此推动下现代电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力地推动和提高了社会生产力的发展和信息化程度，同时现代电子产品性能进一步提升，产品的更新迭代也越来越快。时间对人们来说是那么宝贵，工作的忙碌和繁杂易使人们忘记当前的时间。然而遇到重大事情的时候，一旦忘记时间，就会给自己和他人造成很大的麻烦。平时我们要求上班准时，约会或者召开会议必然要提及时间，火车要准时到达，航班要准时起飞，工业生产中的很多环节也需要时间来确定工序替换时刻，等等。所以说能随时知道准确的时间是我们生活中必不可少的一件事情。

想知道时间，收表当然是很好的选择，但是在忙碌中，我们还需要一个“助理”时不时的给我们提醒时间。所以，手表最好有一个定时系统，随时提醒忘记时间的人。最早能够定时、报时的时钟属于机械式钟表，但这种时钟收到机械结构、动力和体积的限制，在功能性以及造价上都没有办法与电子时钟相媲美。

电子时钟是采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置，广泛应用于个人、家庭、车站、办公室等场所，成为人们日常生活中的必需品。由于集成电路的发展和石英晶振的广泛应用，使得电子时钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化跟人们生产和生活带来了极大的方便，而且大大扩展了钟表的功能。诸如整点报时、定时报警、定时广播、自动启闭路灯、定时开关烘箱、同多动力设备、甚至各种定时电器的自动启动等，所有这些，都是以电子时钟为基础的。因此，研究电子时钟及其扩展应用，都有非常重要的现实意义。

1.2系统实用功能分析

本文研究的数字时钟是一种利用单片机原理实现对时、分、秒计时的装置，与机械时钟相比具有更高准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命。其实现了对时、分、秒的准确及时、计时及定时功能。

2 设计要求与方案

2.1 设计要求

以STC89C52RC单片机为核心，制作一个LCD显示的智能电子钟：

(1)计时：秒、分、时、天、周、月、年。

(2)自由调整时间。

(3)定时输出，可任意关断，重置。

(4)倒计时功能，最高可定时100小时。

(5)计时功能，最高可计时100小时。

(6) 计时精度：误差≤1秒/月（具有微调设置）。

(7) 键盘采用动态扫描方式查询。所有的查询、设置功能均由矩阵键盘完

成。

2.2 系统基本方案选择

2.2.1 芯片的选择

采用STC89C52，其是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM， MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

2.2.2 显示模块选择

采用LCD显示，电路较为简单，且在软件设计上也相对简单，功耗较低，能满足设计最优的要求。LCD1602A模块集成了驱动电路和背光等，能够显示16*02（16列2行）即32个字符。

2.2.3 时钟信号的选择

采用DS1302时钟芯片实现时钟计时。DS1302时钟芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动实现对秒、分、时、日、周、月、年及闰年补偿的年进行计数，精度较高，256位的RAM作为数据暂存区，工作电压2.5V～5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA。且硬件电路较为简单，程序设计容易实现。

DS1302模块接有32.768K晶振和纽扣电池作为备用电源，可实现长时间不停地计时。

2.2.4 按键选择

选择4*4矩阵键盘作为功能实现和调节按键。矩阵键盘又称行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条IO线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键个数是4*4个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O的利用率。

2.3 电路设计最终方案

宗上所述，对此次智能电子钟的方案选择为：采用STC89C52SC芯片作为主控制系统并提供定时，并由DS1302模块提供时钟，LCD1602A模块作为显示时间。

3 系统硬件设计与实现3.1 智能电子钟设计框图

3.2 系统硬件概述

该电路是由STC89C52SC单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3V超低工作；晶振电路外接晶振；复位电路接按键复位系统；矩阵键盘由4*4行列式键盘构成；LCD显示模块由LCD1602A构成；时钟电路模块由DS1302芯片等组成。

3.3 硬件电路结构设计

3.3.1 单片机主控制模块的设计

图1为用proteus软件画的时钟系统原理图。

3.3.2 LCD显示模块

图2为LCD显示模块原理图。如图所示，时钟信号显示在LCD上，文字清晰可见而且

图1 时钟原理

省电也易于控制。数据的传输采用P0口，其引脚VSS接地，VDD接VCC，RS、RW、E端分别接单片机引脚P2.0、P2.1、P2.2。而VEE作为液晶显示器的灰度调节引脚，接一变阻器来改变其显示的清晰度。

3.3.3 矩阵键盘模块

图3为矩阵键盘模块。矩阵键盘又称行列式键盘，它是用4条I/O线作为行

线，4条IO线作为列线组成的键盘，8条线接到P1口上。在行线和列线的每一

个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键个数是4*4个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O的利用率。

矩阵键盘是嵌入式计算机系统中不可缺少的外围电路，是实现人机对话的纽带，借助键盘可以向计算机输入程序、置数、逻辑操作以及写入程序和程序检测等，可实现调试、计时、倒计时等功能。

图3 矩阵键盘

3.3.4 时钟系统模块

图4是时钟系统模块原理图。DS1302是美国 DALLAS 公司推出的一种

图4 时钟系统DS1302

高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态 RAM，采用 SPI 三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和 RAM 数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与 31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达 2.5～ 5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的RST端接P2.5口，SCLK端接P2.6口，I/O端接P2.7口，VCC1端接备用电源纽扣电池，VCC2接5.0V电源，X1、X2接32.768K 晶振。

3.3.5 蜂鸣器模块

图5 蜂鸣器模块

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于电子产品中作为发声器件。蜂鸣器I/O端接到P2.4口上，用三极管驱动，给低电平就能持续发声。

3.3.6 复位电路

图6 复位电路

图6为复位电路。只要按下按钮，给单片机RST口加上超过2个机器周期的高电平，就能把单片机复位。

3.3.7 晶振电路

图7为晶振电路。STC19C51RC单片机时钟信号由内部时钟方式产生，在XTAL1和XTAL2引脚外接晶振。图中，电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值22pF。晶振CXY的振荡频率为11.0592Hz。

图7 晶振电路4 系统软件设计

4.1

4.2 程序

具体程序见附录。

5 系统调试

5.1 软件调试

打开程序调试软件Keil uVision4，在里面新建一个工程，命名为：clock。接着新建文件，编写相应程序。编写好的程序进行编译。如有错误，按照提示修改错误，直到程序编译通过。

5.2 硬件调试

用proteus画好电路原理图，加上Keil uVision4生成的HEX文件进行仿真，并修改程序逻辑错误，直到仿真无错误。

参考文献

[1]．李朝青.单片机原理及接口技术（第3版）.北京航天航空大学出版社，2005

年10月.

[2].求是科技.单片机典型外围器件及应用实例.北京：人民邮电出版社，2006

年2月.

[3]．谭浩强.C语言程序设计（第二版）.北京：清华大学出版社，1999年12

月.

[4].阎石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社，1983年4月.

附录

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit rs=P2^0;

sbit rw=P2^1;

sbit e=P2^2; //1602

sbit rst=P2^5;

sbit sclk=P2^6;

sbit io=P2^7; //1302

sbit bee=P2^4; //蜂鸣器

uchar table[]=" 2016-06-12 MON"; //日期格式

uchar table1[]=" 00:00:00 A"; //时间格式

uchar time[]={11,1,11,11,00,00,00}; //年周月日时分秒

uchar code write_add[]={0x8c,0x8a,0x88,0x86,0x84,0x82,0x80};//1302写数据地址uchar code read_add[]={0x8d,0x8b,0x89,0x87,0x85,0x83,0x81}; //1302读数据地址

uchar n1,n2,y1,y2,r1,r2,s1,s2,f1,f2,m1,m2,xq;

uchar key;//矩阵键盘数值

uchar sp,sn1,sn2;

void delay(uint z) //延时函数

{

uint i,j;

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

for(j=110;j>0;j--);

}

void write_com(uchar com)//写1602命令{

rs=0;

rw=0;

e=0;

P0=com;

delay(5);

e=1;

delay(5);

e=0;

}

void write_data(uchar dat)//写1602数据{

rs=1;

rw=0;

e=0;

P0=dat;

delay(5);

e=1;

delay(5);

e=0;

}

void start() //1602初始化

{

write_com(0x01);//清屏

write_com(0x38);//16*2显示，5*7点阵，8位数据

write_com(0x0c);//显示开，光标关

write_com(0x06);//显示方式：AC加一，光标右移一格}

void show_init()//在1602显示时间格式

{

uchar num;

write_com(0x80);//第一行显示数据

for(num=0;num<16;num++)

{

write_data(table[num]);

};

write_com(0x80+0x40);//第二行显示

for(num=0;num<10;num++)

{

write_data(table1[num]);

}

}

void write_byte(uchar dat)//向1302写1byte数据

{

uchar i;

for(i=8;i>0;i--)

{

io=dat&0x01;

sclk=1;

sclk=0;

dat=dat>>1;

}

}

void write_1302(uchar add,uchar dat)//按地址向1302写数据{

rst=0;

sclk=0;

rst=1;

write_byte(add);

write_byte(dat);

sclk=1;

rst=0;

}

unsigned char read(uchar add)//按地址读取1302数据

{

uchar i,value=0x00;

rst=0;

sclk=0;

rst=1;

write_byte(add);

for(i=0;i<8;i++)

{

value=value>>1;

sclk=0;

if(io) value=value|0x80;

sclk=1;

}

sclk=1;

rst=0;

return(value);

}

void time_pors()//取时间函数{

m1=time[6]/16;//秒

m2=time[6]%16;

f1=time[5]/16;//分

f2=time[5]%16;

s1=time[4]/16;//时

s2=time[4]%16;

r1=time[3]/16;//日

r2=time[3]%16;

y1=time[2]/16;//月

y2=time[2]%16;

n1=time[0]/16;//年

n2=time[0]%16;

xq=time[1];//星期

}

void show_date()//显示日期{

write_com(0x83);

write_data(0x30+n1);

write_data(0x30+n2);

write_com(0x86);

write_data(0x30+y1);

write_data(0x30+y2);

write_com(0x89);

write_data(0x30+r1);

write_data(0x30+r2); }

void show_xq()//显示星期{

write_com(0x8d);

if(time[1]==1)//SUN

{

write_data(0x53);

write_data(0x55);

write_data(0x4e);

}

if(time[1]==2)//MON

{

write_data(0x4d);

write_data(0x4f);

write_data(0x4e);

}

if(time[1]==3)//TUE