基于LCD1602电子时钟.

1、信息与电子工程学院课程设计报告课程单片机技术应用设计题目基于LCD1602电子时钟专业班级成员姓名学号分工成绩指导老师答辩日期课程设计概述3211.1课程设计背景 31.2课程设计内容 31.3课程设计技术指标 3、方案的选择及确定32.1单片机芯片的选择 32.2 显示模块的选择 42.3实时时间计算模块的选择 42.4实时环境温度采集模块选择 42.5电路设计最终方案决定 5三、系统硬件设计53.1主控模块 53.2 LCD显示模块设计 63.3时间计算模块设计 63.4实时环境温度检测模块 73.5报警模块 73.6设置模块 83.7电源接口部分 8四、系统软件设计84.1主函数 84.

2、2设置模块 94.3 1602 液晶屏 104.4软件原理图 11五、系统调试过程115.1软件调试 115.2硬件调试 12六、结论12七、 遇到的问题及解决方法和总结127.1硬件方面 127.2软件方面 137.3总结 13八、参考文献13九、附录14一、课程设计概述1.1课程设计背景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术。而电子万年历作为电

3、子类小设计不仅是市场上的宠儿，也是是单片机实验中一个很常 用的题目。因为它有很好的开放性和可发挥性，因此对作者的要求比较高，不仅考察了对 单片机的掌握能力更加强调了对单片机扩展的应用。而且在操作的设计上要力求简洁，功 能上尽量齐全，显示界面也要出色。1.2课程设计内容利用单片机、时钟芯片DS1302温度传感器DS18B20 1602液晶屏等实现日期、时间、 温度的显示，即是一个电子时钟。具体的功能如下：（1）通过DS1302能够准确的计时，时间可调并在液晶屏上显示出来。（2）通过DS18B2C能够实时、准确的检测当前环境温度。（3）利用程序控制单片机实现闹钟功能。1.3课程设计技术指标（1）L

4、CD液晶每行刷新显示。（2）实时时钟可提供年、月、日、时、分和秒，每月的天数可以自动调整，且具有 闰年补偿功能。（3）时间是24小时制；年限2000年2099年。（4）测量温度范围为 0 C + 60 C，误差为 土 0.5 C。二、方案的选择及确定2.1单片机芯片的选择方案（1）:采用AT89S51芯片作为硬件核心该芯片采用Flash ROM,内部具有4KB ROM存储空间,而且与MCS-51系列单片机完全 兼容,但是需要通过下载板来下载，比较不方便。方案（2）:采用传统的STC89C52R芯片作为硬件核心该芯片具有8KB在线系统可编程Flash存储器。STC89C52R使用经典的MCS-5

5、1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，并且可直接使用串口下载。因AT89S51需要通过下载板下载，而 STC89C52R可直接使用串口下载，所以选择采 用方案（2）STC89C52R作为主控制系统.2.2显示模块的选择方案（1）: 8段数码管显示8段数码管是利用发光二极管的特性组合而成数字显示器件，通过控制相应的二极管 的状态显示相应的数字。采用数码管显示，数码管亮度高、体积小、重量轻，但其显示信 息简单、有限，操作比较液晶显示来说略显繁琐。方案（2）： 1602液晶屏显示1602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

6、块采用液晶显示。液晶显示功耗低，轻便防震。由于设计显示信息比较多，占用的 系统资源少，操作方便。因本设计显示的字符较多，1602LCD可以显示32个字符，而8段数码管显示的字符较 少，且操作比液晶显示略显繁琐，所以采用方案（2）1602液晶屏组成本设计的显示模块。2.3实时时间计算模块的选择方案（1）：采用STC89C52R（芯片STC89C52R单片机内部带有定时/计数功能，此定时功能是通过对外部晶振的脉冲进 行计数，从而达到计时功能，只要使用 12MHZ实现零误差的计时，因此可以利用此功能实 现计时，但因为只有单一的计时功能，要实现“电子时钟”的功能需要较复杂的程序，时 间计算逻辑较困难，

7、所以使用不便。方案（2）：采用DS1302芯片DS1302是美国DALLAS司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM勺实时时钟芯片。该 芯片采用3线串行接口方式，可提供年月日、星期、时分秒等时间信息，并可根据月份和 闰年的情况自动调整月份的结束日期。内部带有 31个字节RAM用于存放临时性数据，同 时具有可编程涓细电流充电能力。因STC89C52R（芯片时间计算逻辑较困难，而 DS1302可根据月份和闰年的情况自动调 整月份的结束日期且具有编程涓细电流充电能力，所以采用方案（2）实现实时计时功能。2.4实时环境温度采集模块选择方案（1）：采用热敏电阻热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器

8、件热敏电阻由半导体陶瓷材料 组成，利用的原理是温度引起电阻变化。通过一定的电路可以将周围环境的温度变化转化 成电压的变化，通过AD转化器件将信号传输给单片机进行分析，所以热敏电阻需要的外 部器件较多。方案（2）：采用DS18B20DS18B2C是美国DALLAS公司生产的数字温度传感器，采用单总线的接口方式与微处理 器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。在使用中可以不接任何外围元件，或者在单总线上接一个 4.7K的上拉电阻，支持多点组网功能多个DS18B20可以并联在惟一的单线上，实现多点测温，供电方式灵活DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源，因此非

9、常适合本系统使用。因热敏电阻需要的外部器件较多，而 DS18B20在使用中可以不接任何外围元件，或者 在单总线上接一个4.7K的上拉电阻，所以采用方案（2）构成本设计的实时温度采集模块。2.5电路设计最终方案决定综上各方案所述,本系统以STC89C52R单片机为控制核心，通过与DS1302和DS18B20 通信获取实时时间和实时环境温度，并将得到的数据通过1602液晶显示出来，同时通过对应的按键调整相应的值，并且通过蜂鸣器实现报警功能。因此本设计的总体方案组成框 图如图2-1所示：时间计算模块显示模块（1602液晶）STC89C 52RC报警模块（蜂鸣）实时温度采集模块（DS18B20）设置模

10、块（独立按键）（DS1302）图2-1总体方案组成框图三、系统硬件设计3.1主控模块本次课程设计主要用到STC89C52R单片机，硬件原理图（见附录图一）。端口分配表如3-1所示：表3-1端口分配表引脚序号引脚名称作用及功能1P1.0DS1302时钟输入2P1.1时钟串行数据输入、输出端3P1.2时钟芯片复位端58P1.4P1.7按键设置9RST芯片复位端口13P3.3实现18B20温度的输入16P3.6接蜂鸣器，实现闹钟功能18、19XTAL1、XTAL2外部晶振端口26P2.5实现1602数据和指令选择控制端27P2.61602读写控制端28P2.71602数据读写操作控制位30、31AL

11、E、EA地址锁存端口，烧写程序的端口3239P0输出数据，控制1602液晶屏的显示3.2 LCD显示模块设计1602液晶功耗较小可直接与单片机接口相接，电源直接与电源电路相接为+5V,对比度可调。本设计使用单片机的 P0 口和P2 口与1602进行通信。另外1602有2行显示，每 行显示的字符数为16个，可以用于显示字母、数字、符号等，并具有简单且功能较强的 指令集，可以实现字符显示、移动、闪烁等功能。1602液晶与单片机接口电路如图3-1所示：1602液晶显示模块Y1T.XfTlI 61.图3-1 1602液晶与单片机接口3.3时间计算模块设计DS1302通过三根I/O线实现与单片机的通信，

12、依靠 2、3脚外接的晶振与其内部的电容配合来产生时钟脉冲的。当外接晶振电路振荡时，DS1302计时正确；当外接晶振电路停振时，DS1302计时停止。因此32.768kHz晶振是造成DS1302X作不稳定的主要因素。因 其功耗很小，当1脚的主电源超过8脚接的备用电源加0.2V时，由主电源对芯片供电； 否则，有备用电源对芯片供电，所以即使电源掉电后通过3V的电池仍能维持芯片精确走时。DS1302与单片机接口电路如图3-2所示:TC时冋梯JZ1TJRl Oi. i.12图3-2 DS1302与单片机接口3.4实时环境温度检测模块DS18B2C通过单总线实现与单片机的通信， 系统中的数据交换，控制都由

13、这根线完成在使用中DS18B20没有用到任何外围元件，可工作在一15C+100C内DS18B2C与单片机接口电路如图3-3所示:图3-3 DS18B20 与单片机接口3.5报警模块在本设计中蜂鸣器直接接在单片机 P3.6上。报警模块采用单片机输出1.25KHZ的频 率从而使蜂鸣器发出声音。方波图如图3-4所示：图3-4方波图3.6设置模块设置模块采用四个按键K1-K4与单片机P1.4、P1.5、P1.6、P1.7接口相接，其中K1 为设置模块的选择位，K2是增加键，K3是减少键，K4为退出按键。独立按键与单片机接口电路如图3-5所示：亍1胡图3-5独立按键与单片机接口3.7电源接口部分采用US

14、B接口从电脑接到电源接口中，拨动开关可控制电路的接通和关闭，并用一个 发光二极管作电源指示。电源接口如图3-6所示：K1GVCC电源接口TDIILEDR2图3-6电源接口四、系统软件设计软件设计是本设计的关键，软件程序编写的好坏直接影响着系统运行情况的良好。本系统采用具有编写灵活、移植方便、便于模块化设计的C语言编写，并通过Proteus软件进行仿真，完成各种实质性功能的设计。4.1主函数主函数是程序功能总结显示的函数，其主要显示的是时间主要部分和当前实时时间， 当按下按键2时1602显示当前温度状态，并延时5s，后返回当前时间显示状态；当闹钟 功能打开，实时时间又和闹钟时间相等就会发出嘀嘀的

15、响声并且在液晶屏上有相应的提示，此时按按键4退出；当进入设置状态完成后退出就回到当前时间显示状态4.2设置模块设置模块分时间设置、闹钟设置、最高温度报警设置。要先按下按键 1才能进入设置 模块，然后按下按键1进入设置时间模块；按键2进入最高温度报警模块；按键3进入设 置闹钟模块，最后按下按键4退出当前状态。设置步骤流程图如图4-2所示：图4-2设置步骤流程图4.3 1602液晶屏1602液晶屏是此设计的主要输出部分，有 2行显示，每行16个字符，根据写入的位 置而显示，当显示欢迎界面时是流动的，整个屏幕向右移动。1602LCD流程图如图4-3所示：开始_图4-3 1602LCD流程图4.4软件

16、原理图软件原理图如附录图二所示：这个设计中，STC89C52R主要功能是储存程序、根据程 序的内容对各个端口进行判断并作出相应的处理；DS1302主要功能是控制年，月，日，时,分，秒的显示效果；LCD1602主要功能是将所要显示的显示出来；DS18B2C主要功能是控制温度的显示效果。通电后，进入欢迎界面，前后延时 2.8s,，后显示当前实时时间，若按下按键 1就进 入调节状态，此时在按下按键1为设置时间状态，按下按键2为设置最大温度报警状态， 按按键3为设置闹钟状态，按下按键4为退出调节状态；若按下按键2则是显示当前温度， 5s后自动跳回显示当前实时时间。五、系统调试过程系统调试共分为两大部分

17、：一个是软件调试，另一个是硬件调试。其中软件仿真通过 Protues实现；硬件部分现在Protel99SE上设计出硬件电路图，画出 PCB图，然后再制造 出实物。调试方法采用先分别调试各单元模块，调通后再进行整体调试的方法，以提高调 试效率。5.1软件调试先根据仿真检测当中的元件是否符合电路的设计，在KeilC51写入程序并且修改至编译正确，在将写好的程序入入到 Protues软件单片机芯片上，进行仿真。仿真结果如下所示:图a :显示实时时间DATE：2013-06-16TIME： 09-19-43图c :当达到设置的最高温度-URRNIHG! OUERTEHFERATURE!图b:显示当前温

18、度Di9it thernoneteUenDu： 28.0Cent图d:当达到设置的闹钟时间TIME UR!图e :,当进入调节状态DATE：2013-06-l6T TINE! 09-09-54图f:当调节时间DATE!20130616T TIHE： 09-69-06图h:当调节闹钟图g :当调节最高温度TEHPSETALARMSETMAX：04QON 13-00ON5.2硬件调试根据仿真后的电路图进行做板，先用万用表检测各元器件是否正确，再焊接电路，完成后检查无误就将程序用单片机板下载到芯片上，后把芯片拔下插入实物板上，即可工作。上电后，拨动电源开关就进入欢迎界面，2.8s后进入当前实时时间状

19、态，按下按键 1进入调节状态，此时按下按键1为设置时间状态，按下按键2为设置最大温度报警状态，按 按键3为设置闹钟状态，按下按键4为退出调节状态；在调节状态时按键2为对应增加键， 按键3为对应减键，K4为退出按键；按下按键2后用手捏住DS18B2C芯片，在液晶屏上显 示的温度有明显的变化，所以判断芯片是良好的。六、结论这次课程设计达到了预期的90%有显示实时时间和实时温度，但是温度的显示不完 全正确，在负数时有三个温度值显示错误，时间的设置逻辑比较啰嗦，没有做到简单化。 例外还加了欢迎界面、闹钟功能、最高温度报警功能。下面从软件和硬件两个方面具体说 明。硬件的制作要涉及到protel软件的运用

20、，在画原理图的时候如果连错了就直接导致 硬件的出错，所以画图的时候要特别注意。到导入 PCB时也是要特别注意的，布板不当也 是直接影响实物的制作。对于电子时钟的制作，我们基于小系板来实现，外接显示部分的 1602LCD液晶屏、温度传感部分 DS18B20提供实时时间部分DS1302蜂鸣器、电源接口 部分等。总之，一步步制作下来我们完成的还是比较可观的。软件的编写上我们出现了较大的困难，电子时钟的程序有些复杂，一开始对于我们来 说毫无头绪。后来下了很大的功夫且在老师及同学的指导下慢慢的进入了状态。虽然过程 出现很多困难，但结果还是实现了电子时钟的功能，不过在显示温度负数时有三个数值显 示错误，分

21、别是-16 C, -32 C, -48 C；另外设置模块的逻辑没有做到简单化，在设置模 块时只能退出本级的设置，而不能直接退出到当前实时时间显示状态。七、遇到的问题及解决方法和总结7.1硬件方面画的PCB板焊盘不够大，又没有相应大小的砖针，而且在融板过程中出现了差错，最后导致PCB板不完美.解决方案：最终决定自己用万能板焊接。7.2软件方面由于对C语言程序的认知不深入，在修改程序时，出现了以下几点问题。（1）欢迎界面的时间太长。解决方案；修改欢迎界面的延时时间。（2）温度显示错乱，并且在显示时高位自动补零。解决方案：通过修改温度函数使其高位的零自动隐藏，但是温度在-16，-32，-48度时仍然

22、会出现错误，比实际的温度高 16度，其余温度值时显示正确。（3）秒钟调节时会自动转零。解决方案：把自动转零部分的程序改为秒钟调节功能。（4）进入调节时间状态时字符闪烁以至于看不清楚调节的大小。解决方案：把1602的字符闪烁指令改为光标指令。（5）在报警时无声音。解决方案：修改报警模块，利用控制 P3.6脚电源的通断，使蜂鸣器发出嘀嘀的响声。7.3总结课程设计的完成，为我们的大二下学期学习生活画下了最后一笔。在做课程设计的日子里得到了大量课内外的知识巩固，使得我们的动手能力和专业技能都有了很大的提高。让我们 认识到脚踏实地，认真严谨是学习的态度，不怕困难、坚持不懈、吃 苦耐劳的精神是我们在这次设

23、计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练， 是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。在这次设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我们的同学。八、参考文献【1】常敏王涵单片机应用程序开发与实践P219【2】江志红.51单片机技术与应用系统开发案例精选【3】赵明明、索世文、王守中51单片机应用开发手册 一指令、模块、实例【4】王守中.51单片机开发入门与典型实例 P149【5】天津锐志单片机开发网【6】杨黎基于 C语音的单片机应用技术与Proteus仿真P21九、附录1、仪器

24、与设备清单工具、设备和耗材数量电脑1台KeiluKisio n41套Proteus7.7 软件1套单片机实训板1块杜邦导线16条Protel99SE1套万用表1套2、元器件清单元件名称型号数量（个）编号价格（元/个）单片机STC89C52RC1A14 d液晶LMD16L1Y118-H- UL 心片DS13021Y23温度芯片DS18B2011Y3131晶振12MHZ,32.768KHZ2JZ1, JZ21瓷片电容22pF2C1,C2电解电容22u10uf1C3排阻10k1RP1按钮6*6*55K1K50.1 1电阻1Ok,1k2R1,r2可调电阻1k1POT1电池1.5V:2DC0.5电源插座

25、1DY2拨动开关0.9*0.3*1.1cm1KG0.3发光二极管LED1LED0.1蜂鸣器TMB12A051LB0.8排针1*40PIN2.54mm2（排）CON03、原理图（见图一）4、PCB图（见图三）5、实物图（见图四）6、操作说明书a、正常显示时按下K1进入调节状态，此时按下 K1为设置时间状态；按下 K2为设置 最大温度报警状态；按K3为设置闹钟状态；按下K4为退出调节状态；在调节状态时 K2 为对应增加键，K3为对应减键，K4为退出按键。b、正常显示时按下K2显示当前温度并延时5秒；报警时按K4退出图1（硬件原理图）亡播畐显示複壤技律设矍E.TTCK时间橫块图2 （软件原理图）图

26、3 (PCB程序：#in clude#in cludeun sig ned char code displaywelcome= Welcome To My Lcd Timer;/欢迎界面un sig ned char code displaywish= Happy Every Day A_A;/ 欢迎界面un sig ned char code overtemperature=OVERTEMPERATURE!;un sig ned char code digit=0123456789;/数字代码un sig ned charmode,TH,TL,TN,TD,le ngth,tempswitch

27、,Maxtemp=40,amode,alarmmode,mi nu tes,hours,minu tea,sec on ds,houra=12;sbit SCLK=P1A0； /DS1302 时钟输入sbit DATE=P1A1； /DS1302 数据输入sbit REST=P1A2; /DS1302 复位端口sbit SET=P1A4; /DS1302设置模式选择位sbit ADD=P1A5;/ 增加sbit RED=P1A6;/ 减小sbit CANL=PM7;sbit beep=P3A6; / 位定义，定义 P.6位fmpvoid delay1ms(i nt i)/1毫秒延时int j,

28、k;while(i-)for(j=76;j1;j-); for(k=29;k1;k-);延时若干微秒void dela ynus(un sig ned char n) / un sig ned char i;for(i=0;i 0;i-)_no p_();void baojin g()/报警un sig ned in t j,h,y; for(h=0;h3;h+) for(y=0;y10;y+) beep=beep;for(j=0;j50;j+);dely500();DS1302模块void Write1302(u nsig ned char date)/ 向1302写数据un sig ned

29、 char i;SCLK=0;dela ynu s(2);for(i=0;i=1;void WriteSet1302( un sig ned char cmd, un sig ned char date) /据REST=0;SCLK=0;REST=1;Write1302(cmd);dela ynu s(5);Write1302(date);SCLK=1;REST=0;unsigned char Read1302(void) / 读取 1302数据un sig ned char i,date;dela ynu s(2);for(i=0;i=1;if(DATE=1)date|=0x80;SCLK=

30、1;dela ynu s(2);SCLK=0;dela ynu s(2);return date;un sig ned char ReadSet1302(u nsig ned char cmd)/根据命令读取un sig ned char date;REST=0;SCLK=0;REST=1;Write1302(cmd);dela ynu s(2);date=Read1302();SCLK=1;REST=0;根据相应的命令输入相应的数1302相应的值return date;void In tDS1302(void) /DS1302 初始化un sig ned char flag;flag= Re

31、adSet1302(0x81);if(flag&0x80)/WriteSet1302(0x8E,0x00);/WriteSet1302(0x80,(0/10)4|(0%10); /WriteSet1302(0x82,(0/10)4|(0%10); /WriteSet1302(0x84,(0/10)4|(0%10); /WriteSet1302(0x86,(0/10)4|(0%10); /WriteSet1302(0x88,(0/10)4|(0%10); /WriteSet1302(0x8c,(10/10)=24) hour=0;delay1ms(5);if(CANL=O) mode=0;Wri

32、te_com(OxOc); break;WriteSet1302(0x8e,0x80);void minuteset(void)/ 调分un sig ned char timevalue, minu te;delay1ms(500);WriteSet1302(0x8e,0x00);timevalue=ReadSet1302(0x83);minu te=(timevalue&0x70)4)*10+(timevalue&0x0f); while(1)if(ADD=0)delay1ms(10);if(ADD=0)minu te+;if(minu te=60) timevalue=0; while(A

33、DD=O);if(RED=0)delay1ms(10);if(RED=0)minu te-;delay1ms(300);if(minu te=0) minu te=59; while(RED=O);timevalue=(mi nute/10)4|(mi nute%10);WriteSet1302(0x82,timevalue);delay1ms(1);display_Mi nute(mi nu te);Write_Address(0x4c);delay1ms(5);if(minu te=60) minu te=0;delay1ms(5);if(CANL=O) mode=0;Write_com(

34、OxOc);break;WriteSet1302(0x8e,0x80);void sec on dset(void)/ 调秒un sig ned char sec on d,timevalue;delay1ms(500);WriteSet1302(0x8e,0x00); timevalue=ReadSet1302(0x81);seco nd=(timevalue&0x70)4)*10+(timevalue&0x0f); while(1)if(ADD=0)delay1ms(50);if(ADD=0)second+;delay1ms(300);while(ADD=O);if(RED=0) dela

35、y1ms(10);if(RED=0)if(-sec on d=0) sec on d=59; while(RED=O);timevalue=(seco nd/10)4)|(seco nd%10);WriteSet1302(0x80,timevalue); delay1ms(1);display_Sec on d(sec on d);Write_Address(0x4f); delay1ms(5);if(sec on d=60) sec on d=0;delay1ms(5);if(CANL=0) mode=0;Write_com(0x0c);break;WriteSet1302(0x8e,0x8

36、0);void yearset(void)/ 调年un sig ned char datevalue,year;delay1ms(500);WriteSet1302(0x8e,0x00);datevalue=ReadSet1302(0x8d);year=(datevalue&0x70)4)*10+(datevalue&0x0f); while(1)if(ADD=0)delay1ms(10);if(ADD=0)year+;while(ADD=O);if(RED=0)delay1ms(10);if(RED=0)year-;delay1ms(300);while(RED=O); datevalue=(year/10)4|(year%10); WriteSet1302(0x8c,datevalue);delay1ms(5);display_Year(year);delay1ms(5);Write_Address(0x09);delay1ms(5);if(CANL=O) mode=0;Write_com(OxOc); break;WriteSet1302(0x8e,0x80);void monthset(void)/ 调月un sig ned char datevalue,m on th;delay1ms(500)