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AT89C51AT89C51 REF _Ref424318496 r h * MERGEFORMAT 1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：0H

8、z-24Hz,具有128*8位内部RAM，数据保留时间10年，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

9、流)四个LSTTL负载。（）P3口（P3.0 - P3.7）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。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 HYPERLINK /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=747073 t _blank 点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等 HYPERLINK /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=747073 t _blank 点阵字符位组成，每个 HYPERLINK /lemma/ShowIn

10、nerLink.htm?lemmaId=747073 t _blank 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）。1602LCD REF _Ref424319203 r * MERGEFORMAT 2是指显示的内 REF _Ref424319203 p h 见下方容为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 HYPERLINK /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=2253743 t

11、 _blank 字符发生 HYPERLINK /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=262218 t _blank 存储器（ HYPERLINK /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=73128994 t _blank CGROM)已经存储了160个不同的 HYPERLINK /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=747073 t _blank 点阵 HYPERLINK /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=2253743 t _blank 字符图形，这些 HYPERLINK /le

12、mma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=2253743 t _blank 字符有： HYPERLINK /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=79225&ss_c=ssc.citiao.link t _blank 阿拉伯数字、 HYPERLINK /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=297755&ss_c=ssc.citiao.link t _blank 英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个 HYPERLINK /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=2253743 t _bl

13、ank 字符都有一个固定的代码， HYPERLINK /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=64473605 t _blank 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 HYPERLINK /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=747073 t _blank 点阵 HYPERLINK /lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=2253743 t _blank 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

14、振电路晶体振荡器电路 REF _Ref424319301 r h * MERGEFORMAT 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，

15、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

16、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4.1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

17、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 REF _Ref424319216 r h * MERGEFORMAT 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,

18、 50ms执行一次 TH0 = 0 x4c; /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, 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) de

19、lay(100); /延时 x2 = KEY_IO; if (x1 != x2) return 255; /判断 while(x2 != 255) x2 = KEY_IO; if (x1 = 0 x7f) return 0; /读取地址返回数值 else if (x1 = 0 xbf) return 1; else if (x1 = 0 xdf) return 2; else if (x1 = 0 xef) return 3; else if (x1 = 0 xf7) 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swi

20、tch(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软件画出电路图，将程序生成的“.hex” REF _Ref424319216 r * MERGEFORMAT 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

21、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LED REF _Ref424319203 r * MERGEFORMAT 2 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，而接口电路则是一个数字时钟，经过反反

22、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，在I/O口要保证标准的高电平

23、，不能用悬空来模拟，连接电路图很重要，尤其是两条线之间的节点不能忘记。只有通过实际动手才能发现自己的不足。第二部分：参考文献刘同法，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.张毅刚. 单片机原理与应用M. 高等教育出版社，2009.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.李全利，迟荣强. 单片机原理及接口技术M. 高等教育出版社，2004.学生签名： 填表日期： 年 月 日第三部分： 指导教师评语第四部分：成绩评定指导教师签名： 填表日期： 年 月 日附录资料：不需要的可以自行删除常用电工与电子学图形符号序号符号名称与说明1直

24、流 注：电压可标注在符号右边，系统类型可标注在左边2直流 注：若上述符号可能引起混乱，也可采用本符号3交流 频率或频率范围以及电压的数值应标注在符号的右边，系统类型应标注在符号的左边50Hz示例1： 交流 50Hz100600Hz示例2：交流 频率范围100600Hz380/220V 3N 50Hz示例3：交流，三相带中性线， 50Hz， 380V（中性线与相线之间为220V）。3N可用3+ N代替3N 50Hz/TN-S示例4：交流，三相，50Hz，具有一个直接接地点且中性线与保护导线全部分开的系统4低频（工频或亚音频）5中频（音频）6高频（超音频，载频或射频）7交直流8具有交流分量的整流电

25、流注：当需要与稳定直流相区别时使用9N中性（中性线）10M中间线11+正极12-负极13热效应14电磁效应过电流保护的电磁操作15电磁执行器操作16热执行器操作（如热继电器、热过电流保护）17电动机操作18正脉冲19负脉冲20交流脉冲21正阶跃函数22负阶跃函数23锯齿波24接地一般符号25无噪声接地（抗干扰接地）26保护接地27接机壳或接底板28等电位29理想电流源30理想电压源31理想回转器32故障（用以表示假定故障位置）33闪绕、击穿34永久磁铁35动触点注：如滑动触点36测试点指示示例点，导线上的测试37交换器一般符号/转换器一般符号注：若变换方向不明显，可用箭头表示在符号轮廓上38电

26、机一般符号，符号内的星号必须用下述字母代替C同步交流机 G 发电机G8同步发电机 M电动机MG拟作为发电机或电动机使用的电机MS同步电动机 注：可以加上符号或SM伺服电机 TG测速发电机TM力矩电动机 IS感应同步器39三相笼式异步电动机40三相线绕转子异步电动机41并励三相同步变速机42直流力矩电动机步进电机一般符号43电机示例：短分路复励直流发电机示出接线端子和电刷44串励直流电动机45并励直流电动机46单相笼式有分相扇子的异步电动机47单相交流串励电动机48单向同步电动机49单向磁滞同步电动机自整角机一般符号符号内的星号必须用下列字母代替：CX 控制式自整角发送机 CT控制式自整角变压器

27、TX 力矩式自整角发送机 TR 力矩式自整角接收机50手动开关一般符号51按钮开关（不闭锁）52拉拔开关（不闭锁）53旋钮开关、旋转开关（闭锁）54位置开关 动合触点限制开关 动合触点55位置开关 动断触点限制开关 动断触点56热敏自动开关 动断触点57热继电器 动断触点58接触器触点（在非动作位置断开）59接触器触点（在非动作位置闭合）60操作器件一般符号 注：具有几个绕组的操作器件，可由适当数值的斜线或重复本符号来表示61缓慢释放（缓放）继电器的线圈62缓慢吸合（缓吸）继电器的线圈63缓吸和缓放继电器的线圈64快速继电器（快吸和快放）的线圈65对交流不敏感继电器的线圈66交流继电器的线圈6

28、7热继电器的驱动器件68熔断器一般符号69熔断器式开关70熔断器式隔离开关71熔断器式负荷开关72火花间隙73双火花间隙74 动合（常开）触点 注：本符号也可以用作开关一般符号75动断（常闭）触点76先断后合的转换触点77中间断开的双向触点78先合后断的转换触点（桥接）79当操作器件被吸合时延时闭合的动合触点80有弹性返回的动合触点81无弹性返回的动合触点82有弹性返回的动断触点83左边弹性返回，右边无弹性返回的中间断开的双向触点84指示仪表的一般符号 星号须用有关符号替代，如A代表电流表等85记录仪表一般符号 星号须用有关符号替代，如W代表功率表等86指示仪表示例：电压表87电流表88无功电

29、流表89无功功率表90功率因数表91相位表92频率表93检流计94示波器95转速表96记录仪表示例：记录式功率表97组合式记录功率表和无功功率表98记录式示波器99电度表（瓦特小时计）100无功电度表101灯一般符号 信号灯一般符号注：如果要求指示颜色则在靠近符号处标出下列字母：RD 红、YE 黄、GN 绿、BU蓝、WH白如要指出灯的类型，则在靠近符号处标出下列字母：Ne氖、Xe氦、 Na钠 、Hg汞、 I碘、 IN白炽、EL电发光、ARC弧光、FL荧光、IR红外线、UV紫外线、LED发光二极管102闪光型信号灯103电警笛 报警器104优选型其它型峰鸣器105电动器箱106电喇叭107优选型

30、其它型电铃108 可调压的单向自耦变压器109 绕组间有屏蔽的双绕组单向变压器110 在一个绕组上有中心点抽头的变压器111 耦合可变的变压器112 三相变压器星形三角形联结113 三相自耦变压器 星形连接114 单向自耦变压器115 双绕组变压器注：瞬时电压的极性可以在形式Z中表示示例：示出瞬时电压极性标记的双绕组变压器流入绕组标记端的瞬时电流产生辅助磁通116 三绕组变压器117 自耦变压器118电抗器 扼流圈119优选型其它型电阻器一般符号120可变电阻器 可调电阻器121压敏电阻器、变阻器 注：U可以用V代替122滑线式变阻器123带滑动触点和断开位置的电阻器124滑动触点电位器125

31、优选型 其它型 电容器一般符号 注：如果必须分辨同一电容器的电极时，弧形的极板表示：在圈定的纸介质和陶瓷介质电容器中表示外电极在可调和可变的电容器中表示动片电极在穿心电容器中表示纸电位电极126优选型 其它型 极性电容器127优选型 其它型 可变电容器可调电容器128优选型 其它型 微调电容器129电感器 线圈 绕组 扼流圈130半导体二极度管一般符号131发光二极管一般符号132利用室温效应的二极管 Q可用t代替133用作电容性器件的二极管（变容二极管）134隧道二极管135单向击穿二极管电压调整二极管江崎二极管136双向击穿二极管137反向二极管（单隧道二极管）138双向二极管交流开关二极

32、管139三极晶体闸流管 注：当没有必要规定控制极的类型时，这个符号用于表示反向阻断三极晶体闸流管140反向阻断三极晶体闸流管N型控制极（阳极侧受控）141反向阻断三极晶体闸流管P型控制极（阴极侧受控）142可关断三极晶体闸流管，末规定控制极143可关断三极晶体闸流管 N型控制极 （阳极侧受控）144可关断三极晶体闸流管 P型控制极 （阴极侧受控）145反向阻断四极晶体闸流管146双向三极晶体闸流管三端双向晶体闸流管147反向导通三极晶体闸流管，末规定控制极148反向导通三极晶体闸流管，N型控制极（阳极侧受控）149反向导通三极晶体闸流管，P型控制极（阴极侧受控）150光控晶体闸流管151PNP

33、型半导体管152NPN型半导体管，集电极接管壳153NPN型雪崩半导体管154具P型基极单结型半导体管155具有N型基极单结型半导体管156N型沟道结型场效应半导体管注：栅极与源极引线应绘在一直线上157P型沟道结型场效应半导体管158增强型、单栅、P沟道和衬底无引出线绝缘相场效应半导体管159增强型、单栅、N沟道和衬底无引出线绝缘相场效应半导体管160增强型、单栅、P沟道和衬底有引出线绝缘相场效应半导体管161增强型、单栅、N沟道和衬底与源极在内部连接绝缘相场效应半导体管162耗尽型、单栅、N沟道和衬底无引出线的栅场效应半导体管163耗尽型、单栅、P沟道和衬底无引出线的栅场效应半导体管164

34、耗尽型、单栅、N沟道和衬底有引出线的栅场效注：在多栅的情况下，主栅极与源极的引线应在一条直线上165光敏电阻具有对称导电性的光电器件166光电二极管具有非对称导电性的光电器件167光电池168光电半导体管（示出PNP型）169原电池或蓄电池170 原电池组或蓄电池组171“或”单元，通用符号只有一个或一个以上的输入呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态注：如果不会引起意义混淆，“1”可以用“1”代替172“与”单元，通用符号只有所有输入呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态173逻辑门槛单元，通用符号只有呈现“1”状态输入的数目等于或大于限定符号中用m表示的数值，输出才呈现“1”状态注：m总是小于

35、输出端的数目具有 m1的单元就是上述“或”单元174等于m单元，通用符号只有呈现“1”状态输入的数目等于限定符号中以m表示的数值，输出才呈现“1”状态注：m总是小于输出端的数目 m1的2输入单元就是通常所说的“异或”单元175多数单元，通用符号只有多数输入呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态176逻辑恒等单元，通用符号只有所有输入呈现相同的状态，输出才呈现“1”状态177奇数单元（奇数校验单元）模z加单元，通用符号只有呈现“1”状态的输入数目为（1、3、5等），输出才呈现“1”状态178偶数单元，（偶数校验单元）通用符号只有呈现“1”状态的输入数目为偶数（0、2、4等），输出就呈现“1”状态179异或单元，只有两个输入之一呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态180输出无专门放大的缓冲单元只有输入呈