LCD显示电子时钟设计

1、简单控制系统设计与实现学年设计任务书 学 院计算机与信息工程学院专 业网络工程课程名称简单控制系统设计与实现学年设计题 目LCD显示的电子时钟设计完成期限自2015年6月25日至2015年7月10日共2周内容及任务一、项目的目的进一步巩固已学习的理论知识，理论联系实践，增强动协作能力，运用所学知识解决实际生活中遇到的问题，使学生具有初步的单片机系统设计与应用能力。(1) 综合运用单片机原理与应用、数字电路等课程的内容，为以后的工作奠定基础。(2) 学会使用PROTEUS和KEIL等软件。(3) 了解单片机开发全过程。二、项目任务的主要内容和要求使用文字型LCD显示器显示当前时间，显示格式为“时

2、时：分分：秒秒”。用4个功能键操作来设置当前时间。功能键K1K4功能如下。K1进入设置现在的时间。K2设置小时。K3设置分钟。K4确认完成设置。程序执行后工作指示灯LED 闪烁，表示程序开始执行，LCD显示“00：00：00”，然后开始计时。三、项目设计（研究）思路（1）查找与LCD显示的电子时钟设计设计相关的文献资料。（2）根据所查阅的文献资料，完成系统的总体设计方案，并根据设计要求进行单片机等硬件芯片的选型。（3）根据系统的总体设计方案，完成硬件电路接口连接和软件模块的设计，硬件电路接口连接主要是电子时钟接口电路连接、单片机最小系统等，软件主要包括显示模块、控制模块等。（5）在软硬件设计好

3、的基础上，进行软硬件的调试。并进行实物连接。四、具体成果形式和要求基于单片机的LCD显示的电子时钟设计系统一份。学年设计报告一份。进度安排起止日期工作内容2015.6.252015.6.30搜集资料，构建主体思路，绘制仿真电路图。2015.7.12015.7.5编写代码并调试。2015.7.52015.7.10在单片机中写入程序，准备文档。主要参考资料1.刘同法，陈忠平. 单片机基础与最小系统M. 北京航空航天大学出版社，2007.2.张毅刚. 单片机原理与应用M. 高等教育出版社，2009.3.马忠梅等. 单片机的C语言应用程序设计M. 北京航空航天大学出版社，2003.4.李全利，迟荣强.

4、 单片机原理及接口技术M. 高等教育出版社，2004.指导教师意见（签字）： 年 月 日系（教研室）主任意见（签字）： 年 月 日简单控制系统设计与实现学年设计说明书学院名称： 计算机与信息工程学院 班级名称： 学生姓名： 学 号： 题 目： LCD显示的电子时钟设计 指导教师姓 名： 起止日期： 2015.6.252015.7.10 第一部分：正文部分一、选题背景当今时代是一个知识爆炸的时代，新科技、新技术、新产品层出不穷，电子技术的发展尤为迅速，它充斥在我们的日常生活中。随着科学技术的发展和社会的进步，单片机已成为当今计算机应用中空前活跃的领域，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已经

5、不能满足人们的需求。数字电子时钟是采用数字电路实现对时，分，秒数字显示的装置，广泛应用于车站，码头和办公室等公共场所，成为人们生活中不可或缺的必需品，研究数字时钟及扩大其应用，对现实生活有极其重要的意义。单片机的重要意义还在于，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和数字电路实现的大部分功能，现在单片机通过软件就可以实现了，这种软件代替硬件的控制技术又叫做微控制技术，是传统控制技术的一次革命。而单片机模块中最常见的数字时钟相对机械时钟来说，有更高的准确性和直观性，且更方便更快捷，使用寿命也远远大于机械时钟，所以得到广泛的应用。二、设计理念本次设计以AT89C51单

6、片机为核心，通过编写时钟程序，实现在LCD上的显示。此编程的核心在于定时器中断及循环往复判断是否有按键操作，而且每个按键的操作都会在LCD显示器上做出相应的反应。本次设计采用的方案完全用软件实现数字时钟，原理：在单片机内部存储器设三个字节分别时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节加1；若分值达到60，则将其清零，并将相应的时字节加1；若时值达到24，则将其清零。该方案的特点是硬件电路简单，缺点是在每次执行程序时，都要对定时器重新赋值，因此该时钟精度不高。并且程序的执行与时钟的显示是同步进行

7、的，当程序不执行时，时钟也会停止工作。三、电路硬件设计部分3.1基于单片机的电子时钟基本框图基于单片机电子时钟总体框图，如下图3-1所示，总体结构包括单片机主控电路，按键电路，LCD显示电路，晶振与复位电路，蜂鸣器电路电路，还有电源。图3-1电子时钟基本框图3.2单片机AT89C51AT89C511有以下标准功能：32可编程I/O线，片内振荡器和时钟电路，可编程串行通道，5个中断源，低功耗的闲置和掉电模式，4K字节可编程闪烁存储器，128*8位内部RAM两个16位定时器/计数器。 AT89C5具有如下特性：全静态工作：0Hz-24Hz,具有128*8位内部RAM，数据保留时间10年，

8、具有4k自节可编程FLASH存储器，可编程串行通道，具有5个中断源。AT89C5部分引脚功能：（）P0口（P0.0 - P0.7）是一个8位漏极开路型双向I/O口，在访问外部存储器时，它是分时传送的低字节地址和数据总线，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载。（）P1口（P1.0 - P1.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。（）P2口（P2.0 - P2.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。P2口可以驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。（）P3口（P3.0 - P3.7）是

9、一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。3.3 LCD16021602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。它由若干个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，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD2是指显示的内below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）。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了1

10、60个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。3.晶振电路基于单片机的电子时钟晶振电路，如图3-2所示。图3-2晶振电路晶体振荡器电路3给数字钟提供一个频率稳定在12Hz的方波信号，它可以保证数字时钟的走时准确及稳定，无论什么样式的电子时钟都会使用晶体振荡器电路电路，是单片机最小系统的重要组成部分。3.4按键电路基于单片机的电子时钟按键功能电路，如图3-3所示。图3-3按键电路按键电路

11、跟显示电路一样，采用扫描方式，并巧妙利用显示时的数码管驱动的位置信号，也就是在显示的同时，判断相应按键的状态。判断的方法是在显示某一数码管时，判断U1的P3.7的状态，如果P3.7为高电平，说明没有按键按下，如果P3.7为低电平，则说明相应的按键按下，这时，通过读回U1的P3口中P3.3P3.5的值，就可判断是那个按键按下，然后调用相应的处理程序进行处理。按键需要四个，它们分别实现的功能是K1进入设置现在的时间。K2设置小时。K3设置分钟。K4确认完成设置。程序执行后工作指示灯LED 闪动，表示程序开始执行，LCD显示“00：00：00”，然后开始计时，时间的调整按递增的方式增加，且调整时不对

12、其他时间的显示产生干扰，用单片机的4个I/O接收控制信号。3.5显示电路电子时钟显示电路，如图3-4所示。图3-4显示电路单片机的P0.1P0.7与 LCD的D0D7相连，通过单片机的P0.1-P0.7将要显示的字符输入译码器，经译码器编译后在LCD输出相应的字符，LCD的显示采用扫描方式。3.5蜂鸣器电路其硬件原理图如下图3-5所示。此电路用于整时提示。SPEAKER与P1.2口相连，当SPEAKER输出高电平时蜂鸣器不响，而SPEAKER输出低电平时蜂鸣器发出响声。只需控制SPEAKER输出高低电平的时间和变化频率，就可以让蜂鸣器发出不同的声音。图3-5蜂鸣器电路四、软件设计4.

13、1软件需要完成的功能：（1）显示时间，通过对程序的调节，在LCD上显示时间。（2）调节时间，通过对按键的调节，实现对时钟的调节。具体为按下K1，进入设置现在的时间；按下K2，调节小时；按下K3，设置分钟；按下K4，确认完成设置。4.2系统总流程图软件程序从开始到执行，先初始化各个寄存器，通过扫描按键来决定是否设定参数来执行相应的功能程序4，进而在LCD上显示，如图4-1所示。图4-1系统流程图4.4中断程序时钟的最小计时单位是秒，使用定时器的方式1，最大的定时时间也只能达到131。在这里把定时器的定时时间定为50，这样，计数溢出20次即可得到时钟的最小计时单位秒。计数20次可以用软件实现，对定

14、时器溢出次数进行计数，计满20次即为1秒。从秒到分，从分到时，以及从时到天都是通过软件累加并进行比较的方法实现的。void timer0(void) interrupt 1 /T0中断函数, 50ms执行一次 TH0 = 0x4c; /重新给TH0赋值 t0+; t0 %= 20; /20, 一秒钟if(t0 = 0) new_s = 1; LED = LED; / 是按位取反 if(modify) LED = 0;4.5按键程序定义四个按键，它们分别实现的功能是K1进入设置现在的时间。K2设置小时。K3设置分钟。K4确认完成设置。uchar read_key(void) uchar x1,

15、x2; /定义两个uchar类型的变量x1，x2 KEY_IO = 255; /初始化KEY_IO x1 = KEY_IO; /将KEY_IO赋值给x1 if (x1 != 255) delay(100); /延时 x2 = KEY_IO; if (x1 != x2) return 255; /判断 while(x2 != 255) x2 = KEY_IO; if (x1 = 0x7f) return 0; /读取地址返回数值 else if (x1 = 0xbf) return 1; else if (x1 = 0xdf) return 2; else if (x1 = 0xef) retu

16、rn 3; else if (x1 = 0xf7) return 4; return 255;主程序中调用按键程序显示子程序。Key = read_key(); /读出按键switch(Key) /分别处理四个按键 case 0: modify = 1; break; /开始设置 case 1: if(modify) hour+; hour %= 24; W_BUFF(); break; case 2: if(modify) min+; min %= 60; W_BUFF(); break; case 3: modify = 0; break; /设置结束五、结果分析用PROTEUS软件画出电

17、路图，将程序生成的“.hex”4文件导入到单片机中，点击仿真按钮，程序开始运行，电路开始正常工作，LCD数字时钟显示如下图5-1所示。图5-1数字时钟程序执行后工作指示灯LED2 闪动，当出现整点时，蜂鸣器开始整点报时。开始进入设置时间，按下K1，工作指示灯LED 一直亮，说明可以设置时间；按下K2时，小时的个位数加，当加到时，十位数加，当十位数加到时，十位数清零；按下K时，分钟的个位数加，当加到时，十位数加，当十位数加到时，十位数清零；按下K4时，工作指示灯LED 闪动，说明设置结束，返回到正常显示的状态。仿真结果如下图5-所示。图-总体仿真图六、总结这次课程设计采用的是AT89C51单片机

18、，而接口电路则是一个数字时钟，经过反反复复的修改、调试，程序终于达到预期功能。通过PROTEUS仿真演示也达到预期的功能。该设计采用了多种芯片，程序虽然不是很长但有很多接口需要定义，而且实现起来也比较麻烦。虽然关于LCD的显示实验在之前做过，但只是在屏幕上显示时间并没有按键调节，所以在做实验的过程中遇到很多问题，通过上网查询，请教同学和老师都顺利解决了通过本次单片机课程设计，系统的了解了电子时钟的设计过程，尤其是软、硬件的设计方法，掌握了按键显示电路的基本功能及编程方法，了解了按键电路和显示电路的一般原理，还掌握了有定时器的使用和中断程序的编程方法，提高了自身的实践能力。还积累了很多宝贵的经验，比如说，