毕业设计（论文）-基于PCF8563的电子万年历系统设计.doc

西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计(论文)题目：基于PCF8563的电子万年历系统设计 系 别 光电信息系 专 业 光电信息工程 班 级 B100104 姓 名 学 号 B10010426 导 师 毕业设计（论文）任务书系 别 光电信息系 专业 光电信息工程 班 B100104姓名 学号 B10010426 1.毕业设计（论文）题目： 基于PCF8563的电子万年历系统设 计 2.题目背景和意义： 随着电子技术的迅速发展，特别是随大规模集成电路出现，给人类生活带来了根本性的改变。随着生活节奏的日益加快，人们的时间观也越来越重，同时对电子钟表、日历的需求也随之提高。因此，研究设计电子万年历，有着非常现实的意义，具有很大的实用价值。 3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）： 根据所学知识，设计一个基于PCF8563的电子万年历。PCF8563是PHILIPS公司生产的低功耗CMOS实时时钟/日历芯片，设计的系统能够通过键盘实现时间、日期和星期的设置，工作时单片机从PCF8563中读取时间、日期和星期信息，并由LCD进行显示。 （1）方案选择：设计系统的实现方案，选择合适的单片机和系统需要的外围模块； （2）硬件设计：根据设计的系统方案，设计系统的硬件原理图，用Altium Designer绘制电路原理图，并在实验电路板上焊接电路，并调试通过； （3）软件设计：分析系统的功能要求，采用C51语言设计系统的软件，并在焊接的电路板上调试通过。 需要实现的技术指标：供电电压5VDC，LCD显示 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）： 2013年11月15日前，完成资料查询；学习相关知识。 2013年11月25日前，完成课题的原理方案设计和方案的论证，完成开题报告。 2014年2月15 日前，建立系统的硬件设计、焊接和调试，完成中期检查报告 。 2014年3月1日前，完成外文文献翻译，完成软件的编制和调试。 2014年3月25日前， 完成毕业论文的撰写。 5.毕业设计（论文）的工作量要求 实验（时数）*或实习（天数）： 图纸（幅面和张数）*： 其他要求： 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 、日基于PCF8563的电子万年历系统设计摘 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，这些都离不开单片机。 单片机是集 CPURAMROM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，广泛应用于智能产业和工业自动化上。系统由主控制器 AT89S52、时钟芯片PCF8563、显示电路、按键电路、和复位电路等部分构成，能实现时钟日历显示的功能，能进行时、分、秒的显示。 本文对电子万年历的开发原理，具体功能以及功能的特点和设计进行了介绍。关键词：单片机 农历查询 万年历 The design of electronic calendar system based on PCF8563ABSTRACTSCM application technology develop rapidly ,looking around us now in all spheres of life ,from missiles ,navigation equipment ,to the various instruments on the aircraft control from a computer network communications and data transmission ,industrial automation to realtime process control and data processing ,and our lives extensive use of the smart card ,electronic pets which is inseparable from the microcontroller. Monolithic singlechip is the set of CPU ,RAM ,ROM ,the timing ,number and variety of interface integrated microcontrollers. Its small size ,low cost ,high performance, which are widely used in smart industries and industrial automation. BymaincontrolAT89S51、clockcircuitDS1302、display circuit、keystroke circuit and restore circuit componented ，to achieve clock calendar display function can be carried out ，hours seconds of the show and realtimetemperaturedisplay.In this paper, the development principle of electronic calendar, the features and the design of specific functions and function are introduced.Key Words:Monolithic singlechip ，lunar calendar demand，perpetual calendars目 录第一章 绪论11.1题目背景11.2研究意义11.3国内外相关研究情况2第二章 设计方案论证32.1显示器的选取32.2时钟芯片的选取方案42.3单片机的选取42.4 键盘电路的方案论证52.5 电路设计最终决定方案5第三章 系统的硬件设计53.1 单片机模块的设计53.1.1 单片机原理53.1.2 单片机主控制模块63.2 时钟电路模块的设计93.2.1 概述93.2.2 .特性93.2.3.时钟芯片引脚图93.3 液晶显示电路模块的设计103.3.2 LCD1602 引脚功能说明123.3.3 LCD1602 的指令说明及时序123.4 按键电路133.5 复位电路模块的设计143.6 下载模块的设计15第四章 系统的软件设计174.1 主程序流程图174.2 液晶显示流程图194.2.1 液晶显示的特点194.2.2液晶显示的优点194.2.3液晶显示的缺点194.2.4液晶显示程序流程19第五章 系统调试205.1 硬件调试205.2 软件调试215.3 综合调试215.4 测试结果分析21第六章 结论22参考文献23致 谢24毕业设计（论文）知识产权声明25毕业设计（论文）独创性声明26附 录27附录一：电子万年历原理图27附录二：实物图28附录三：程序清单29第一章 绪论 1.1题目背景 20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人们忘记当前的时间，忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅，但是一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS 化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。半随着微电子技术的高速发展，单片机在国民经济的个人领域得到了广泛的运用。单片机以体积小、功能全、性价比高等诸多优点，在工业控制、家用电器、通信设备、信息处理、尖端武器等各种测控领域的应用中独占鳌头，单片机开发技术已成为电子信息、电气、通信、自动化、机电一体化等专业技术人员必须掌握的技导体的发现，使大规模集成电路成为了可能，给人类生活带来了根本性的改变。随之发明的单片机更是得到了广泛应用。利用单片机制造的电子万年历更是融入千家万户，给人们的生活带来很多方便。数字显示的日历钟已经越来越流行，特别适合在家庭居室、办公室、大厅、会议室、车站和广场等使用，逐渐取代了古老的钟表，其中壁挂式显示的日历钟最为普遍。LCD数字显示的日历钟显示清晰直观、走时准确、可以进行夜视，具有人性化的操作和美观的页面效果。并可以配上漂亮的玻璃背景面板，作为馈赠的礼品。常见的万年历可以显示时间、公农历日期、星期等基本功能。更先进的可以通过添加不同的传感器可以显示温度、天气状况、湿度等3。 1.2研究意义 电子万年历是采用数字电路实现对时，分，秒数字显示的计时装置，广泛用于个人家庭，车站，码头办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得电子万年历的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究电子万年历及扩大其应用，有着一定的现实意义。 该万年历利用的PCF8563 是PHILIPS 公司推出的一款工业级内含I2C 总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。芯片最大总速度400kbit s/s,每次读写数据后，其内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。中断输出和可编程时钟输出功能，超低功耗，宽电压围。PCF8563 的多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及中断输出功能能完成各种复杂的定时服务，甚至可为单片机提供看门狗功能。是一款性价比极高的时钟芯片，它已被广泛用于电表、水表、气表、电话、传真机、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。利用PCF8563制作的万年历功耗低，设计简单，走时准确5。 1.3国内外相关研究情况随着科学技术的发展，以前的年历已发展成现在的电子万年历，他一开始是采用数字电路实现的，电路复杂，精确度差，每天都需要调时，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得它的电路越来越简单，精确度越来越高，现在的电子万年历一般都是集成芯片和软件结合实现，电路简单，制作方法简便，给人们生产生活带来了极大的便利，它已成为我们生活中不可缺少的家居用品。二十一世纪的今天，最具有代表性的计时产品就是电子万年历，它是近代世界钟表业界的第三次革命。前两次革命是摆和摆轮游丝的发明，以及石英晶体振荡器的应用，第三次革命就是单片机数码计时技术的应用（电子万年历），使时间的走时日差从分级别缩小到1/600万秒，从原来传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式，更方便人们读取时间，并增加了全自动日期，星期，温度以及其他日常附属信息的显示功能，它更符合消费者的生活需求!因此，电子万年历的出现带来了钟表计时业界跨越性的进步。电子万年历的发展趋势将会朝着功能多，读取操作简单，显示更加直观，电路更加简洁，成本越来越低，满足大部分人的要求。随着国内超大规模集成电路的出现，微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。集成技术的最新发展之一就是将CPU和外围芯片，如程序存储器，数据存储，并行，串行I/O口，定时/计数器，中断控制器及其他控制器件集成在一个芯片中，支撑单片计算机。而近年来推出的一些高档单片机还包括有许多特殊功能的单元，如A/D,D/A转换器，调制解调器，锁相环，浮点运算单元等。因此只要外加一些扩展电路及必要的通道接口就可以构成各种计算机应用系统，如数据采集系统，自动测试系统等6。第二章 设计方案论证2.1显示器的选取 电子设计中常用的输出显示设备有两种：数码管显示和LCD 液晶显示。方案一 LCD(Liquid Crystal Display)作为电子信息产品的主要显示器件，相对于其他类型的显示部件有其自身的特点，主要包括：低电压微功耗、平板型结构、使用寿命长、被动显示、显示信息量大、易于彩色化、无电磁辐射等3。用户可以根据自己的需求，显示自己所需要的，甚至是自己动手设计的图案。当需要显示的数据比较复杂的时候，它的优点就突现出来了，并且当硬件设计完成时，可以通过软件的修改来不断扩展系统显示能力。外围驱动电路设计比较简单，显示能力的扩展将不会涉及到硬件电路的修改，可扩展性很强。字符型液晶显示屏已经成为了单片机应用设计中最常用的信息显示器件之一。不足之处在于其价格比较昂贵，驱动程序编写比较复杂。方案二 数码管是现在电子设计中使用相当普遍的一种显示设备，每个数码管由7个发光二极管按照一定的排列结构组成，根据七个发光二极管的正负极连接不同，又分为共阴极数码管和共阳极数码管两种，选择的数码管不同，程序设计上也有一定的差别。数码管显示的数据内容比较直观，通常显示从0 到9 中的任意一个数字，一个数码管可以显示一位，多个数码管就可以显示多位，在显示位数比较少的电路中，程序编写，外围电路设计都十分简单，但是当要显示的位数相对多的时候，数码管操作起来十分烦琐，显示的速度受到限制，并且当硬件电路设计好之后，系统显示能力基本也被确定，系统显示能力的扩展受到了限制。LED耗电低，使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。但是不能显示文字，性价比不是很高，操作起来比较液晶显示来说略显麻烦11。最终选取方案一即LCD作为显示器。2.2时钟芯片的选取方案方案一直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期等计数。采用此种方案虽然减少了芯片的使用，节约成本，但是时间的误差较大，所以不采用。方案二 PCF8563 是PHILIPS 公司推出的一款工业级内含I2C 总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。芯片最大总速度400kbit s/s,每次读写数据后，其内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。中断输出和可编程时钟输出功能，超低功耗，宽电压围。PCF8563 的多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及中断输出功能能完成各种复杂的定时服务，甚至可为单片机提供看门狗功能5。经论证最终选取了方案二即PCF85632.3单片机的选取 方案一：采用AT89C51 芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM存储空间，能于3V 的超低压工作，而且与MCS-51 系列单片机完全兼容，但是运用于电路设计中时由于不具备ISP 在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二：采用AT89S52，片内ROM 全都采用Flash ROM；能以3V 的电压工作；同时也与MCS-51 系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间，同样具有89C51 的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。 方案三：采用STC89C52 芯片，它是一种低功耗、高性能CMOS 8 位微控制器，具有8K 系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程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。 方案一是多年前的的产品，因自身设计缺陷，已经很少被人使用。方案二和方案三使用差别不大，但方案二需要专有下载线，方案三使用串口下载即可。因此选择方案三。2.4 键盘电路的方案论证 在对日期和时间进行切换，对日期和时间进行调节校准过程中，系统需要产生激励电流，因此需要用按键。 方案一：使用独立式键盘。独立式键盘是指直接用I/O 口线构成的单个按键电路。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。 方案二：使用矩阵式键盘。矩阵式键盘是由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行线、列线分别连接到按键开关的两端，其特点是简单且不增加成本，这种按键适合按键数较多的场合。根据以上的论述，因本系统需要的按键不多，共需四个按键，第一个选位，第二个加一，第三个减一，第四个确定，要求简单。所以采用方案一独立式键盘。2.5 电路设计最终决定方案 综上各方案所述，此次设计的方案选定为：采用STC89C52 作为单片机主控制系统，采用PCF8563 芯片作为时钟芯片，LCD1602 液晶显示屏作为显示，键盘选择独立式键盘。第三章 系统的硬件设计 本系统的硬件设计采用的是串行的时钟芯片PCF85693，由时钟芯片送给单片机STC89C52，单片机处理后输出由液晶显示屏LCD1602 输出，输出为年月日星期时分秒。系统硬件从功能模块上可分为以下五部分：单片机主模块、时钟电路、液晶显示电路、按键电路、复位电路。 3.1 单片机模块的设计 根据系统功能要求以及单片机硬件电路设计思路对单片机模块进行设计，要使单片机能准确的进行工作，在受到外部各种干扰后，能及时恢复继续工作。3.1.1 单片机原理 单片机就是简化的微型计算机，CPU 中本身自带存储器ROM 和RAM，CPU 片内也有总线。IC（集成电路）技术是将电路通过特殊工艺做在一块硅基片上封装成芯片，比如CPU，片外存储器等等。将单片机，晶振，存储器，地址锁存器，逻辑门，七段译码器（显示器），按钮（类似键盘），扩展芯片，接口等通过PCB 工艺（比如SMT 贴片，或者插装）做在环氧树脂板上。这样才是一个完整的单片（做在一块PCB 板上）的微型计算机。3.1.2 单片机主控制模块 本次设计的执行元件是增强型系列的STC89C52，由于它本身带有一定的优点。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，STC89C52是一种高效微控制器，STC89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 一、主要特性与MCS-51兼容；8K字节可编程闪烁存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-40Hz；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。二、管脚说明1、VCC：供电电压。2、GND：接地。3、P0 口：P0 口为一个8 位漏极开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL 门电流。当P1口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0 输出原码，此时P0 外部必须被拉高。4、P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1 口管脚写入1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。5、P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4 个TTL 门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。6、P3 口：P3 口管脚是8 个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4 个TTL门电流。当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为STC89C51 的一些特殊功能口，P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。P3口的第二功能如图1 所示：图1 P3功能表7、RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期的高电平时间。8、ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE 的输出可在SFR8EH 地址上置0。此时， ALE 只有在执行MOVX，MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止，置位无效。9、PSEN ：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN 信号将不出现。10、EA /VPP：当EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时， EA 将内部锁定为RESET；当EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。三、振荡器特性 XTAL1 和XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有些输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。四、芯片擦除 整个PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，STC89C52 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。STC89C52引脚图如图2所示。 图2 STC89C52引脚图3.2 时钟电路模块的设计 3.2.1 概述 PCF8563 是低功耗的CMOS 实时时钟日历芯片它提供一个可编程时钟输出一个中断输出和掉电检测器所有的地址和数据通过I2C 总线接口串行传递最大总线速度为400Kbits/s 每次读写数据后内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。 3.2.2 .特性 低工作电流典型值为0.25 A VDD=3.0V Tamb=25 时; 世纪标志; 大工作电压范围1.0 -5.5V; 低休眠电流典型值为0.25 A(VDD=3.0V,Tamb=25 ); 400KHz 的I2C 总线接口VDD=1.8 5.5V 时; 可编程时钟输出频率为32.768KHz 1024Hz 32Hz 1Hz; 报警和定时器; 内部集成的振荡器电容片内电源复位功能掉电检测器; I2C 总线从地址读0A3H 写0A2H; 开漏中断引脚 3.2.3.时钟芯片引脚图 图 3 PCF8563引脚图管脚描述符号 管脚号 描 述OSCI 1 振荡器输入OSCO 2 振荡器输出/INT 3 中断输出开漏低电平有效VSS 4 地SDA 5 串行数据I/OSCL 6 串行时钟输入CLKOUT 7 时钟输出 (开漏)VDD 8 正电源 时钟电路设计如图4所示图 4 时钟电路原理图3.3 液晶显示电路模块的设计 本设计采用的是液晶显示电路，液晶显示效果出众，可以运用菜单项来操作，比较简单，方便。显示电路采用了液晶显示器LCD1602，在主控模块的控制下将PCF8563中读出年、月、日、星期、时、分、秒和温度数据送LCD显示。 3.3.1 LCD1602 的介绍 本次设计的显示电路是采用液晶进行显示的，显示年月日星期时分秒。液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。体积小、重量轻。液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。功耗低，相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)用于显示GUI(图形用户界面)环境下的文字和图像数据，适用于低压、微功耗电路。从选型角度，我们将常见液晶显示器分为段式(也称8字)、字符型和图形点阵这几种类型，分别介绍如下：段式液晶显示器：常见段式液晶显示器的每字为8段组成，即8字和一点，只能显示数字和部分字母，如果必须显示其他少量字符、汉字和别的符号，一般需要在厂家定做，将所要显示的字符、汉字和其他符号固化在指定的位置(比如计算器和电子表所用的液晶显示器)。字符型液晶显示器：顾名思义，字符型液晶显示器是用于显示字符和数字的，对于图形和汉字的显示方式与段式液晶无异。一般字符型液晶的分辨率为：81、161、162、164、202、204、402和404等，其中8(16、20、40)的意义为一行可显示的字符(数字)数，1(2、4)的意义是指显示行数。图形点阵式液晶显示器：我们又将其分为TN、STN(DSTN)、TFT等几类。这种分类需从液晶材料和液晶效应讲起，请参考液晶显示原理。TN类液晶由于它的局限性，只用于生产字符型液晶模块；而ST(DSTN)类液晶模块一般为中小型，既有单色的，也有伪彩色的；TFT类液晶，则从小到大都有，而且几乎清一色为真彩色显示模块。除了TFT类液晶外，一般小型液晶屏都内置控制器(控制器的概念相当于显示卡上的主控芯片)，直接提供MPU接口；而大中型液晶屏，要想控制其显示，都需要外加控制器。从色彩上，分LCD显示屏分为单色、灰度和彩色3种，价格由低到高，单色LCD的点阵只能显示亮和暗，通常只用于低端的不需显示图形的场合；带灰度级的LCD常用的有2-bit、4级灰度和4-bit、16级灰度，可以显示简单的带有层次的图形或图像；彩色LCD的色彩以颜色数为标准。彩色LCD分为有源(Active)和无源(Passive)型两种，有源型就是常见的TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)LCD，特点是显示清晰、分明、视角大，但价格高。之所以如此，是因为有源LCD更新屏幕的频率较快，而且屏幕上的每个像素，分别是由一个独立的晶体管控制的(无源的就不是)。这样，也导致了有源矩阵LCD的一个缺点，就是这种显示器要使用相当多的晶体管，造价也就高。无源型就是常见普遍的STN(Super-Twist Nematic，超扭曲向列型)LCD，最显著优点是造价低。按背光对液晶显示器分类，有透射式、反射式、半反半透式三类，因为液晶为被动发光型显示器，所以必须有外界光源，液晶才会有显示，透射式液晶必须加上背景光，反射式液晶需要较强的环境光线，半反半透式液晶要求环境光线较强或加背光。对于字符类液晶，带背光的一般为LED背光，以黄颜色(红、绿色调)为主。一般为+5V驱动。单色STN中小点阵液晶，多用LED或EL背光，EL背光以黄绿色(红、绿、白色调)为常见。一般用400800Hz、70100V的交流驱动，常用驱动需要约1W的功率。中大点阵STN液晶和TFT类液晶，多为冷阴极背光灯管(CCFL/CCFT)，背光颜色为白色(红、绿、蓝色调)。一般用25100kHz、300V以上的交流驱动。3.3.2 LCD1602 引脚功能说明第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，接地是对比度最高，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：RW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RW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RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：EN为使能端，当EN由高电平跳变为低电平时，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。 3.3.3 LCD1602 的指令说明及时序 1602 液晶模块内部的控制器共有11 条控制指令，LCD1602 内部控制指令如表3-3所示：指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H 位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移S：屏幕上所有文字是否左移或者右移，高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标。B：控制光标是否闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位S/C，高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令DL：高电平时为4 位总线，低电平时为8 位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时为双行显示 F：低电平时显示5*7 的点阵字符，高电平时显示5*10 的点阵字符。指令7：字符发生器RAM 地址设置。指令8：DDRAM 地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。 LCD电路原理图如图5所示。 图 5 LCD电路图原理图3.4 按键电路独立按键在排布电路图以及焊接电路板时候易于排布位置，方便。根据设计任务书要求，需要实现时间的调整，所以设计出四个按键即可实现对于单片机的控制。第一个选位，第二个加一，第三个减一，第四个确定。四按键控制电路如图6所示。图 6 LCD按键电路图原理图3.5 复位电路模块的设计 计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器CPU 和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分：（1）外因 射频干扰，它是以空间电磁场的形式传递在机器内部的导体（引线或零件引脚）感生出相应的干扰，可通过电磁屏蔽和合理的布线/器件布局衰减该类干扰。电源线或电源内部产生的干扰，它是通过电源线或电源内的部件耦合或直接传导，可通过电源滤波、隔离等措施来衰减该类干扰。（2）内因 振荡源的稳定性，主要由起振时间频率稳定度和占空比稳定度决定起振时间可由电路参数整定稳定度受振荡器类型温度和电压等参数MCS-51单片机有一个复位引脚RST，它是史密特触发输入(对于CHMOS单片机，RST引脚的内部有一个拉低电阻)，当振荡器起振后，该引脚上出现2个机器周期(即24个时钟周期)以上的高电平，使器件复位，只要RST保持高电平，MCS-51保持复位状态。此时ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都输出高电平。RST变为低电平后，退出复位，CPU从初始状态开始工作。本次设计采用的复位方式是按键复位方式13。对于CMOS(AT89C51)单片机只要接一个电容至VCC并在其两端并联按键与电阻串联的电路。复位电路图如图3-10所示。在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在RST端出现一定时间的高电平，只要高电平时间大于10ms，就可以使MCS-51有效的复位。RST端在加电时应保持的高电平时间包括VCC的上升时间和振荡器起振的时间，Vss上升时间若为10ms，振荡器起振的时间和频率有关。10MHZ时约为1ms，1MHZ时约为10ms，所以一般为了可靠的复位，RST在上电进应保持20ms以上的高电平。影响复位电路的可靠性。若复位电路失效，加电后CPU从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运转。复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。 复位设计电路如图7所示。图 7 复位电路图3.6 下载模块的设计 MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）MAX232引脚定义1：DCD:载波检测。主要用于Modem通知计算机其处于在线状态，即Modem检测到拨号音，处于在线状态。2：RXD:此引脚用于接收外部设备送来的数据；在你使用Modem时，你会发现RXD指示灯在闪烁，说明RXD引脚上有数据进入。3：TXD:此引脚将计算机的数据发送给外部设备；在你使用Modem时，你会发现TXD指示灯在闪烁，说明计算机正在通过TXD引脚发送数据。4：DTR:数据终端就绪；当此引脚高电平时，通知Modem可以进行数据传输，计算机已经准备好。5：GND:信号地；6：DSR:数据设备就绪；此引脚高电平时，通知计算机Modem已经准备好，可以进行数据通讯了。7：RTS:请求发送；此脚由计算机来控制，用以通知Modem马上传送数据至计算机；否则，Modem将收到的数据暂时放入缓冲区中。8：CTS:清除发送；此脚由Modem控制，用以通知计算机将欲传的数据送至Modem。9：RI:Modem通知计算机有呼叫进来，是否接听呼叫由计算机决定。 下载电路如图8所示。图8 下载电路原理图第四章 系统的软件设计系统的软件设计采用C语言，对单片机进行编程实现各项功能。软件控制程序主要有主控制程序、电子万年历的时间控制程序、液晶显示程序组成。主控程序对整个程序进行控制，进行了初始化程序及计数器还有键盘功能程序以及显示程序和时间控制程序是电子万年历中比较重要的部分。电子万年历的程序主要包括主要包括3 个方面的内容：一是PCF8563 从单片机中读取数据进行计数；二是利用按键进行时间的调整，三是LCD1602 从单片机中读取数据驱动液晶显示屏显示时间。系统的软件设计也是工具系统功能的设计。单片机软件的设计主要包括执行软件（完成各种实质性功能）的设计和监控软件的设计。4.1 主程序流程图 时钟芯片PCF8563独立工作始终在计时，单片机一直在寻址，间隔必须在1秒之内。从时钟芯片中读取时间，然后控制LCD显示出来。图 9 主程序流程图 4.2 液晶显示流程图4.2.1 液晶显示的特点（1）液晶显示器件在直流电压作用下发生电解作用，故必须用交流驱动，并且限定交流成分中的直流分量不大于几十毫伏。（2）由于液晶在电场作用下光学性能的改变是依靠液晶作为弹性连续体的弹性变形，响应时间长，所以交变驱动电压的作用效果不取决于其峰值，在频率小于1000Hz情况下，液晶透光率的改变只与外加电压的有效值有关。（3）液晶单元是容性负载，液晶的电阻在大多数情况下可以忽略不计，是无极性的，即正压和负压的作用效果是一样的。4.2.2液晶显示的优点 液晶显示器件的优异特性决定了它在各类显示器件中的地位，只有20 余年液晶显示就改变了几百年的钟表计时行业，电子计算器已经人人必备，智能化仪器仪表使用了液晶显示，使它可以成为便携式。液晶作为一种特殊的功能材料，具有极其广泛的应用价值。随着以液晶显示器件为主的各类液晶产品的出现和发展，液晶已经深入到各行各业以及社会生活的各个角落。人类开发了液晶，液晶改变着人类生活。4.2.3液晶显示的缺点 LCD 屏的液晶单元极易出现瑕疵对1024*768 的屏幕来说，每个像素都由三个单元构成，分别负责红、绿和蓝色的显示，所以总共约需240 万个单元。很难保证所有这些单元都完好无损。最有可能的是，其中一部分已经已经短路，或者短路，有些人可能认为如此高昂的价格应该买到完美的LCD 显示屏，其实这不是现实，最多能挑到暇点不特别明显的屏幕