基于单片机的LCD1602电子时钟设计

基于单片机的LCD1602电子时钟设计一、设计任务和目的1.1、设计任务（1）：用单片机设计基于LCD1602的电子时钟，显示时间和日期；（2）：误差精度控制在1s/天；（3）：具有时间和日期的校准功能；（4）：能区分某年是闰年或平年，并对应显示2月份的天数；（5）：根据月份的不同显示不同的最大日数；（6）：搭建仿真电路图，模拟单片机要实现的功能；（7）：焊接单片机开发板；（8）：编写程序，下载并调试，实现要求的功能。

1.2、设计目的（1）：熟练掌握KEIL软件的使用方法；（2）：熟练掌握PROTEUS软件的使用方法；（3）：掌握单片机I/O接口的工作原理；（4）：掌握LCD显示器的工作原理及编程方法；（5）：掌握独立式键盘的工作原理及编程使用方法；（6）：掌握单片机的下载使用方法。

二、设计思路和方案论证2.1、设计思路电路总体上分为控制和显示部分。

以单片机最小系统作为核心控制电路，控制LCD显示，具体显示内容及方式由软件来完成；由于有时钟和日期的调节功能需要校准电路和基本的复位电路，复位电路采用按键复位，调节键、加1键、减1键三个按键完成，共需四个按键；计时功能由固定频率的晶振完成（采用11.0592MHz）；显示部分主要采用LCD1602作为显示。

2.2、方案论证（1）：时钟芯片的选择和论证方案一：采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、月、年以及闰年补偿的年进行计数，精度也较高，工作电压2.5V~5.5V范围内，功耗也较低，但价格比较贵。

方案二：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现秒、分、时、日、月、年计数。

采用此方案实现虽然有一定的时间误差，但可减少芯片的使用，节约成本，易于实现，符合现实选用，所以采用此种作为时钟信号发生器。

（2）：显示模块选择方案和论证：方案一：采用点阵式图形LCD12864液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示文字，图形，显示多样，清晰可见，但是价格昂贵，需要的接口线多，所以在此设计中不采用点阵式图形LCD12864液晶显示屏。

方案二：采用点阵式字符型LCD1602液晶显示屏，LCD1602是专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块，分4位和8位数据传输方式。

提供“5×7点阵+光标”和“5×10点阵+光标”的显示模式。

价格现对便宜，所以用此种作为显示。

三、系统的硬件设计与实现3.1 电路设计框图图1：整体设计方框图3.2 单片机最小系统的设计以AT89C51为核心组成的单片机的最小系统，主要包括时钟振荡电路，复位电路等。

正5V 电源直接接到89C51的40脚（VCC ），20脚（GND ）接地。

时钟振荡电路的18脚（XTAL1）和19脚（XTAL2）外接11.0592MHZ 的晶振和二个30PF 的电容，振荡频率就是晶振的固有频率，经过一定的电路连接实现计时的功能。

复位电路采用上电自动复位和手动复位相结合的方式接到89C51的9端（RST ）。

单片机最小系统原理图如图2所示：图2：单片机最小系统原理图AT89C51 主 控 制 模 块 复位电路 时钟振荡电路 LCD 显示模块 键盘控制电路3.3 显示电路设计采用LCD1602液晶显示，LCD1602的D0~D7与单片机的P0口相连，P0口作为I/O口输出时必须外接10KΩ的上拉电阻。

分别用P1.0、P1.1、P1.2作为LCD1602的RS、RW、E控制线。

显示电路如图3所示：图3：液晶显示电路3.4 时间调整电路该电路设计有三个轻触式按键，分别命名为：模式设定键S1、加调整键S2、减调整键S3。

由P2.0口外接S1，P2.1外接S2，P2.2外接S3，P2.3作为公共端。

按一下S1，调整光标开始出现在秒位，再按一下S1光标移动到分，按一下光标移动一个校准位直到年位。

S2实现调整加1功能，S3实现调整减1功能。

时间调整电路如图4所示：图4：键盘电路3.5 复位电路及晶振电路该电路采用按键复位，有一个22uF的电容、一个按键S4、一个10K的电阻和一个220Ω的电阻构成。

在产品工作期间出现错误或死机现象可采用手动复位，即按下S4，此时无论电路处于何种状态，电路都会恢复到初始状态的显示。

晶振电路可以给单片机提供所需要的时钟频率，主要由晶振这个元件固定的精确的频率来实现。

复位电路及晶振电路如图5所示：图5 复位电路及晶振电路四、系统软件设计软件系统分四个部分：主函数程序部分，键盘扫描部分，定时器中断部分，LCD初始化部分。

各部分程序流程图如下所示：4.1 主函数程序流程图开始定时器的选择、工作模式设定、给定时器赋值开中断启动定时器调用LCD初始化子程序调用键盘扫描子程序图6 主函数流程图4.2 键盘扫描子程序流程图图7 键盘扫描程序流程图4.3 定时器中断子程序流程图NOYES 4.3 LCD初始化程序流程图图9 LCD初始化流程图五、设计结果分析5.1 硬件分析该设计电路系统较大，电路系统中只要出于一处的错误，则会对检测造成很大的不便，而且电路的交线较多。

另外，买来的元器件要先进行检测，如果有坏的器件要进行更换，还有就是要注意元器件的正确放置与安装以及布线的合理，便于成品电路的检测与维护。

为了减少复杂度，可用Proteus软件进行仿真，按照电路原理图在Proteus 中选择元器件并连接，把生产的HEX文件烧入到单片机内部进行仿真，若出现错误及时更改。

在本设计中遇到了很多的问题。

回想这些问题，其实只要认真思考许多都是可以避免的，以下为主要的问题：（1）：在Proteus仿真中提示出错，没有仿真结果。

在Proteus中仿真中，提示出现了R1（R2）错误，经过仔细排查，发现有两个电阻命名,是R1，两个电阻命名是R2。

修改后就没有出现错误。

（2）：在Proteus仿真中，LCD不显示在硬件设计上需要用P0口来对LCD进行指令的读写和数据的输入，由于没有在P0口接上拉电阻，LCD屏就一直不显示。

最终将在查阅课本时想起P0做输出口使用时外部必须接10KΩ的上拉电阻，接上后LCD就正常显示了。

5.2 软件分析该设计的功能虽然比较简单，但程序也较为复杂，所以在编写程序和调试时出现了许多问题。

最后经过多次的模块子程序的修改，一步一步的完成，最终在KEIL调试成功，解决了软件问题。

在软件的调试过程中主要遇到的问题如下：（1）：烧入程序后，秒、分、时、年能正常工作，但是日、月出错当秒等于60时显示为00，范围是0~59；当分等于60时显示00，范围是0~59；当时等于24时显示00，范围是0~23；年等于100是显示00，范围是00~99；日和月的显示都不包括0，当由于软件出错，显示时出现了，经过改写最终全能正常显示。

（2:）：不能正常区分闰年和平年，每月都是31天闰年和平年的2月份分别是29天和28天，1、3、5、7、8、10、12月份显示范围是0~31，4、6、9、11月份显示范围是0~30。

刚开始不能区分，最后经过修改能区分显示。

六、设计体会通过这次单片机课程设计，发现了自身所学知识存在许多的不足和问题，同时也学到了不少东西，提高了动手实践的能力。

在整个设计过程中，从设计方案的确定，到具体电路在Proteus中的设计，最后到总体电路的联接构建以及程序的编写烧制，特别是程序的编写，要求对LCD1602的初始化操作、指令和数据的操作都需要很熟悉。

在设计过程中碰到实在不能解决的问题，就问老师或是和同学交流，把问题彻底搞清楚并加以掌握。

尽管在这次设计中遇到了许多难题，但也都一一得以解决。

比如程序编写中，由于思路不清晰，开始时遇到了许多的问题，经过静下心来思考，和同学们的共同讨论，理清了思路，反而得心应手；在硬件方面虽然没有遇到什么大问题，但从中也学到了许多知识。

通过此次设计，也使我知道了做任何事都要有一颗平常心，不要想着走捷径，一步一个脚印，把每一步都认认真真做好了，才能取得最后的成功，同时也锻炼了我的耐心，做什么事都要有耐心，不要遇到困难就退缩，而是要静下心来去寻找解决的办法否则很难有最后的成功。

在此过程中更要注重自主学习，发挥自己的主观能动性。

总之，这次课设是我的又一次全新的尝试，也是一个小小的成功，更是一次很好的锻炼，让我有了全方位的提高和进步。

七、proteus仿真图图（10）仿真主界面图（11）调节分界面图（12）调节月界面图（13）调节年界面八、参考文献[1] 周国运。

单片机原理及应用（C语言版）。

北京：中国水利水电出版社，2009[2] 张齐、朱宁西。

单片机应用系统设计技术。

北京：电子工业出版社，2009[3] 汪道辉。

单片机系统设计与实践。

北京：电子工业出版社，2006[4] 杨子文。

单片机原理及应用。

西安：西安电子科技大学出版社，2006九、程序附录：#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define datasend P0sbit lcden=P1^2; //LCD使能端sbit lcdrs=P1^0; //LCD 数据/指令（H/L）选择端sbit lcdrw=P1^1;uchar mytable0[]="Nan yang li gong";uchar mytable1[]="liu hai yan DIY!!";uchar code line0[]=" 2010-12-01 "; //初始化显示uchar code line1[]=" 00:00:00 ";uchar code month0[]={31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31}; //平年月uchar code month1[]={31,29,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31}; //闰年月uchar count,hour,minute,second,year=1,month=1,date=1;uchar s1num; //s1num：定义功能键按下次数变量void delay(unsigned int z) //延时子函数z*1ms{unsigned int x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}void write_com(unsigned char c) //写命令子函数{lcdrs=0; //低电平选择为写指令lcden=0;datasend=c; //把指令写入P0口delay(5);lcden=1; //开使能delay(5); //读取指令lcden=0; //关闭使能}void write_data(unsigned char d) //写数据子函数{lcdrs=1; //高电平选择为写数据datasend=d; //把数据写入P0口delay(5);lcden=1; //开使能delay(5); //读取数据lcden=0; //关闭使能}void write_hms(uchar add,uchar dat) //时分秒写函数add：输入位置设置变量dat：输入时分秒数据{uchar sw,gw; //定义十位，个位变量sw=dat/10;gw=dat%10;write_com(0x80+0x40+add); //从第二行(add)位开始写数据write_data(0x30+sw); //写入十位write_data(0x30+gw); //写入个位}void write_ymd(uchar add,uchar dat) //年月日写函数add：输入位置设置变量dat：输入时分秒数据{uchar sw,gw; //定义十位，个位变量sw=dat/10;gw=dat%10;write_com(0x80+add); //从第一行(add)位开始写数据write_data(0x30+sw); //写入十位write_data(0x30+gw); //写入个位}void t0() interrupt 1 //定时器0中断子程序{TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;count++;}void gethms() //时分秒处理子程序{second++;if(second==60){second=0;minute++;if(minute==60){minute=0;hour++;if(hour==24){hour=0;date++;}write_hms(2,hour); //时输出显示}write_hms(5,minute); //分输出显示}write_hms(8,second); //秒输出显示}void getymd() //年月日处理子程序{if(year%4==0){if(date==month1[month-1]+1){date=1;month++;if(month==13){month=1;year++;if(year==100){year=1;}write_ymd(4,year);}write_ymd(7,month);}write_ymd(10,date);}else{if(date==month0[month-1]+1){date=1;month++;if(month==13){month=1;year++;if(year==100){year=1;}write_ymd(4,year);}write_ymd(7,month);}write_ymd(10,date);}}void key_process() //按键扫描子程序{if(P2==0xf6) //功能键delay(25);if(P2==0xf6) //功能键按下{while(P2==0xf6); //松手检测s1num++; //功能键按下计数TR0=0; //T0定时停止，进入时间调整switch(s1num){case 1: write_com(0x80+0x40+0x09); break; //光标闪烁位定为秒个位case 2: write_com(0x80+0x40+0x06); break; //光标闪烁位定为分个位case 3: write_com(0x80+0x40+0x03); break; //光标闪烁位定为时个位case 4: write_com(0x80+0x0b); break; //光标闪烁位定为日个位case 5: write_com(0x80+0x08); break; //光标闪烁位定为月个位case 6: write_com(0x80+0x05); break; //光标闪烁位定为年个位}write_com(0x0f); //光标闪烁if(s1num==7){s1num=0; //按键计数复位write_com(0x0c); //光标停止闪烁TR0=1; //重新启动定时器}}if(P2==0xee) // 时分秒+1 模块{delay(25);if(P2==0xee){while(P2==0xee);switch(s1num){case 1: second++; //秒+if(second==60) second=0; //复位write_hms(8,second); //秒输出显示write_com(0x80+0x40+0x09); //光标闪烁位定为秒个位break;case 2: minute++;if(minute==60) minute=0; //复位write_hms(5,minute); //分输出显示write_com(0x80+0x40+0x06); //光标闪烁位定为分个位break;case 3: hour++;if(hour==24) hour=0; //复位write_hms(2,hour); //时输出显示write_com(0x80+0x40+0x03); //光标闪烁位定为时个位break;case 4: date++; //日+if(year%4==0) //平闰年判断{if(date==month1[month-1]+1){date=1;}}else{if(date==month0[month-1]+1){date=1;}}write_ymd(10,date); //日输出显示write_com(0x80+0x0b); //光标闪烁位定为日个位break;case 5: month++; //月+if(month==13) month=1;if(year%4==0) //判断日和月的配对关系{if(date>month1[month-1])date=month1[month-1];}else{if(date>month0[month-1])date=month0[month-1];}write_ymd(10,date); //日输出显示write_ymd(7,month); //月输出显示write_com(0x80+0x08); //光标闪烁位定为月个位break;case 6: year++; //年+if(year==100) year=1; //复位write_ymd(4,year); //年输出显示write_com(0x80+0x05); //光标闪烁位定为年个位break;}}}if(P2==0xde) //时分秒-1 模块{delay(5);if(P2==0xde){while(P2==0xde);switch(s1num){case 1: second--; //秒-if(second==255) second=59; //复位write_hms(8,second); //秒输出显示write_com(0x80+0x40+0x09); //光标闪烁位定为秒个位break;case 2: minute--;if(minute==255) minute=59; //复位write_hms(5,minute); //分输出显示write_com(0x80+0x40+0x06); //光标闪烁位定为分个位break;case 3: hour--;if(hour==255) hour=23; //复位write_hms(2,hour); //时输出显示write_com(0x80+0x40+0x03); //光标闪烁位定为时个位break;case 4: date--; //日-if(year%4==0){if(date==0){date=month1[month-1];}}else{if(date==0){date=month0[month-1];}}write_ymd(10,date); //日输出显示write_com(0x80+0x0b); //光标闪烁位定为日个位break;case 5: month--; //月-if(month==0) month=12;if(year%4==0) //判断日和月的配对关系{if(date>month1[month-1])date=month1[month-1];}else{if(date>month0[month-1])date=month0[month-1];}write_ymd(10,date); //日输出显示write_ymd(7,month); //月输出显示write_com(0x80+0x08); //光标闪烁位定为月个位break;case 6: year--; //年-if(year==1) year=99; //复位write_ymd(4,year); //年输出显示write_com(0x80+0x05); //光标闪烁位定为年个位break;}}}}void initialize( ) //LCD初始化函数{uchar num;lcden=0;write_com(0x38); //设置16x2显示，5x7点阵显示，8位数据接口write_com(0x0c); //00001DCB，D(开关显示)，C(是否显示光标)，B(光标闪烁，光标不显示)write_com(0x06); //000001N0，N(地址指针+-1)write_com(0x01); //清屏指令每次显示下一屏内容时，必须清屏write_com(0x80+0x10); //第一行显示for(num=0;num<16;num++) //显示16个字符{write_data(mytable0[num]);delay(10);}write_com(0x80+0x50); //第二行，从第一格开始显示for(num=0;num<16;num++) //显示16个字符{write_data(mytable1[num]);delay(10);}for(num=0;num<16;num++){write_com(0x1c); //0001(S/C)(R/L)**; S/C：高电平移动字符，低电平移动光标；R/L：高电平左移，低电平右移delay(300);}delay(1000);write_com(0x01); //清屏指令每次显示下一屏内容时，必须清屏write_com(0x80);for(num=0;num<13;num++) //初始化第一行显示{write_data(line0[num]);delay(50);}write_com(0x80+0x40); //第二行，顶格显示for(num=0;num<10;num++) //初始化第二行显示{write_data(line1[num]);delay(50);}TMOD=0x01; //定时器0中断初值设置TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;}void main(){ lcdrw=0;P2=0xfe;initialize(); //初始化while(1){key_process(); //按键扫描if(count==20) //定时1s 运行模块{count=0;gethms(); //时分秒数据处理getymd(); //年月日数据处理}}}系统总原理图如下所示设计说明书内容忽略此处..21。