论文液晶显示电子时钟

存档编号

赣南师学院学士学位论文

基于单片机的液晶显示电子

时钟

教学学院物理与电子信息学院

届别 2014届

专业电子信息工程

学号100802002

姓名军祥

指导教师玲丽

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

ABSTRACT (1)

Key Words (2)

第一章绪论 (3)

1.1国外的研究现状和发展趋势 (3)

1.2系统设计任务与要求 (3)

第二章设计任务分析及方案论证 (3)

2.1设计任务要求分析 (3)

2.2设计总体方案及其方案论证 (4)

第三章硬件设计 (4)

3.1单片机最小系统设计 (4)

3.2键盘控制系统设计 (6)

3.3闹钟设计 (6)

3.4液晶屏显示电路设计 (8)

第四章软件设计 (8)

4.1主程序流程图 (9)

4.2系统初始化流程图 (9)

4.3延时中断子程序设计 (10)

4.4时间设置子程序设计 (10)

第五章系统测试 (11)

5.1测试方法 (11)

5.2测试结果 (11)

5.3结果分析 (12)

参考文献 (12)

致谢 (13)

附录I：源程序 (14)

附录II：电路总体原理图 (27)

摘要：单片机应用技术飞速发展，纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，单片机都起到了举足轻重的作用。单片机是集 CPU，RAM，ROM，定时，计数和多种接口于一体的微控制器，它体积小，成本低，功能强。而52系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本设计是利用基于AT89C52单片机用液晶显示器制作的实用液晶电子钟，可完成计时、计分、记秒和校时、校分的功能。微处理器是单片机的核心，完成运算和控制操作串行口数据存储器与复位电路时钟电路校对电路由微处理器控制完成各自的任务。最后通过液晶显示时分秒。在振荡器正在运行时，复位是靠RST或在RST引脚上施加持续两个2个机器周期的高电平来实现，在RST引脚上施加高电平的第二个周期执行部复位，以后每个周期执行一次，直到RST变化。复位时，ALE和∕PSEN输出高电平,ALE和∕PSEN=1，片RAM不受复位的影响，复位后PC指向0000H使单片机从起始地址0000H开始执行程序。设计中采用部时钟方式，在XTAL1和XTAL2两端接晶振，与部反向器构成稳定的自激振荡器，其发出的时钟脉冲直接送入片定时控制部件，该液晶电子钟最后由六个液晶显示管显示，时分秒段式LCD显示采用七段显示，其结构除在上电极板喷上a到g这七个笔画外，还在下电极板喷上与笔画相对应“日”字形的电极并接公共端COM。另外时钟的校对采用与校对普通电子表相同的操作方式来完成，只需按K1、K2这两个键来校时校分。AT89C52的XTAL1和XTAL2分别为反向器的输入和输出，RST为复位输入，由它再接一个上拉电阻，引脚被拉高。P1口作为电子钟的位选，P3口部分作为电子钟的输出端。

关键词：单片机；电子钟；AT89C51

ABSTRACT：SCU application technology develop rapidly, throughout all areas of our life, from the missile navigation devices to various kinds of instrument control to plane, from the computer network communication and data transmission to real-time control and data processing of the industrial automation process, and all kinds of smart IC card、electronic pets has been widely used in our life, ,SCU play a pivotal role. SCM is a concentration of CPU, RAM, ROM, timing, count and various interfaces in the integration of micro controller, its small size and low cost, strong function. And 51 series microcontroller is the SCM most typical and most representative. This design is to use made of liquid crystal display based on AT89C51 practical LCD electronic clock, can complete the timing, scoring, seconds and the school,

the school's function. Is the core of single-chip microprocessor, complete the operation and control operation serial port data memory clock circuit and reset circuit check circuit is controlled by a microprocessor to complete their tasks finally through the liquid crystal display (LCD) minutes. The oscillator is running, is reset by RST or places for two on the RST pin 2 machine cycle of high level, places of high level on the RST pin internal reset the second cycle, after each cycle time, until the RST changes. Reset, the ALE and the/PSEN output high level, the ALE and the/PSEN = 1, on chip RAM is not affected by the reset, reset after the PC to single-chip microcomputer 0000 H in the starting address of 0000 H began to execute a program. Way adopted in the design of the internal clock in XTAL1 and XTAL2 crystals at both ends, with internal reverser form stable self-excitation oscillator, the clock pulses directly into the chip from the timing control unit, the LCD electronic clock finally by six, according to the liquid crystal display tube minutes when sections of the LCD display using seven segment display, in addition to its structure on the electrode plates on spray a to g the seven strokes, sprayed on the plates correspond to stroke ", "glyph COM on the tip of the electrode and the public. Another clock proofreading is used to ordinary digital watches the same way to complete the operation, just press K1 and K2 when the two keys to the school. XTAL1 and XTAL2 AT89C52 reverser of input and output, respectively, RST to reset input, which take a pull-up resistor, pin is low. P1 mouth as an electronic clock, P3 mouth part as an electronic clock output．Key words：electronic clock MCU LCD

第一章绪论

1.1国外的研究现状和发展趋势

液晶屏数字电子时钟让单片机得到更加广泛的应用，人们的时间观念更强，生活更加方便快捷，同时增强自我独立学习的动手的能力，为将来的学习和工作打下基础。时间对于人们来说是越来越宝贵，快节奏的生活使人们忘记了时间，一旦遇到重要的事情，这将会带来很大的损失，因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人们，而液晶显示电子时钟正是人们所需要的。它显示清晰、字符锐利、画面稳定不闪烁、体积小巧；而且具有零辐射、低耗能、散热小的优点；它的调节十分方便，只需通过按键就可以自动调节。然而随着科学技术的发展，人类社会进入到高度发达的信息化社会，信息社会的发展会带来电子产品的进步。现代电子产品的发展越来越快，各种新型电子元器件和智能化的电子产品已经在国民经济的各个领域和人民生活的各个方面得到日益广泛的应用。液晶显示电子数字时钟的发展日益成熟。

1.2 系统设计任务与要求

本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89C52作为核心控制器，通过硬件电路的制作已经软件程序的编制，设计制作出一个电子钟系统。该时钟系统主要由时钟模块、显示模块、控制模块组成。系统具有简单清晰的操作界面，能在4V~6V直流电源下正常工作。能够准确显示时间，可随时进行时间调整。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分能通过软件编程来实现，，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。由于系统所用的元器件较少，单片机被占用的I/O口不多，因此具有一定的可扩展性。具体要求为：

（1）具备年、月、日、时、分、秒显示功能。

（2）具备年、月、日、时、分、秒设定、校准功能。

（3）具备闹钟设定功能。

（4）要求用PROTEUS进行仿真。

第二章设计任务分析及方案论证

2.1 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。

依据功能设定，本系统主要分为以下四部分：单片机最小系统、键盘控制系统、1602液晶屏显示电路以及闹铃部分。。

2.2 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2.1所示。

2.1 液晶显示电子时钟原理图

本系统以AT89C52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。

第三章硬件设计

单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能，硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各个模块搭接在一起，这种设计方法可以降低系统设计的复杂性，本系统主要硬件设计包括单片机最小系统电路、传感器电路、显示电路、按键电路、光声报警电路与输出驱动电路。

3.1 单片机最小系统设计

3.1.1 AT89C52简介[3]

中央微处理器 AT89C52： AT89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C52具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）

电路，片时钟振荡器。此外，AT89C52设计和配置了振荡频率，并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式。AT89C52单片机综合了微型处理器的基本功能。按照实际需要，同时也考虑到设计成本与整个系统的精巧性，所以在本系统中就选用价格较低、工作稳定的AT89C52单片机作为整个系统的控制器。

图3.1 AT89S51引脚图

40个引脚按其功能可分为如下3类：

电源及时钟引脚：VCC、VSS；XTAL1、XTAL2；

控制引脚：PSEN、ALE/PROG、EA/VPP、RST；

I/O口引脚：P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口的外部引脚。

3.1.2单片机最小系统：

单片机最小系统主要由复位电路，晶振电路，电源等几部分组成。

1）复位电路：

图3.2 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1所示：

2）晶振电路：

晶振电路如图2所示：

图3.3 晶振模块原理图

选取原则：电容选取22pF，晶振为12MHz。

3）电源：

AT89S52单片机的供电电源是5V的直流电。

4）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。

3.2、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3所示：

图3.4 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。

3.3、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5所示：

图3.5 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。

3.4显示电路设计

3.4.1 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3.6。

图3.6 显示电路

第四章软件设计

软件设计是本次设计中不可缺少的环节，贯穿了整个毕业设计，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。

4.1程序主流程图

4.1 主流程图

4.2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。

图4.2 初始化流程图

4.3延时中断子程序

4.3 延时中断子程序

4.4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。

图4.4 秒设置流程图

第五章系统测试

5.1 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。

5.2 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5.1所示精确显示出我们所设定的时间时间。

图5.1 测试图

（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。

5.3 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。

参考文献

[1].光才．单片机课程设计实例指导[M]．北京：北京航空航天大学 2004.

[2] 朱定华．单片机原理及接口技术实验[M]．北京：北方交通大学2002.11

[3] 湘涛．江世明．单片机原理与应用[M]. 北京:电子工业,2006.

[4] 何立民．单片机应用系统设计[M]．北京：北京航空航天大学，1993.

[5] 楼然笛．单片机开发[M]．北京：人民邮电，1994.

[6] 付家才．单片机控制工程实践技术[M]．北京：化学工业 2004.3.

[7]汤武辉.Proteus仿真软件与单片机实验教学[N].长江大学学报（自然版），2010.

[8]黄遵熹．单片机原理接口与应用[M]．西北工业大学，2000．157—150．

[9]徐爱钧，彭秀华. 单片机高级语言C51应用程序设计[M]. 北京: 北京航空航天大学，2006.

[10]汝全.实用微机与单片机控制技术[M]．电子科技大学．1995.7.

致谢

四年的大学生活接近尾声，我的毕业设计也顺利的完成了，这里首先向我的指导老师玲丽表示最诚挚的感谢，同时也感谢那些帮助过我的同学们。

在此次两个月的毕业设计中，遇到了刚开始选好题目之后的迷茫，不知从何处下手。在老师您的指导下，经过在查阅多份相关资料，最终决定论文的写作方向，系统的实现目标，开始论文的设计工作。老师对我们要求严格，认真对我们的论文做出修改指导意见。如今，大学的最后一份作业终于完成上交，在此非常感谢老师的辛勤付出，老师认真负责的态度、严谨的治学精神让我深受感动。四年的大学生活让我终身难忘，在这里我要感谢我的父母，是他们给了我这个机会来拥有这一切，同时也要感谢在这四年里所有教过我的老师和在一起共同奋斗四年的同学，感谢你们一路对我的关心和帮助，以后我会更加努力的学习，去创造属于我们的美好未来。

附录I：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_(uchar ) //写指令函数

{

while(write_busy());

rs=0;

rw=0;

lcden=0;

P0=;

_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_(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_(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_(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_(0x80+0x40+11);

write_(0x0f);

}

if(num==2)

{

write_(0x80+0x40+8);

}

if(num==3)

{

write_(0x80+0x40+5);

}

if(num==4)

{

num=0;

write_(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_(0x80+0x40+0x10);

}

if(num==2) {