用1602LCD設(shè)計的可調(diào)式電子鐘

1、鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書( 2016)單片機應(yīng)用課程設(shè)計說明書用1602LCD設(shè)計的可調(diào)式電子鐘專業(yè)自動化學(xué)生姓名 班級 自動化142學(xué)號 14100指導(dǎo)教師 蔣完成日期 20年1 月23 日 目 錄1 概 述32 課題研究背景與意義32.1 課題研究背景32.2 課題研究意義33 系統(tǒng)方案設(shè)計與主要設(shè)計工作33.1 設(shè)計任務(wù)33.2 功能要求說明44設(shè)計課題總體方案44.1硬件設(shè)計方案54.2系統(tǒng)軟件設(shè)計75. 軟件仿真及實物設(shè)計調(diào)試95.1PROTUES仿真軟件介紹95.2仿真運行結(jié)果說明105.3實物設(shè)計結(jié)果與調(diào)試116課程設(shè)計實驗總結(jié)11參考文獻13附 錄14附錄1：程序清單14

2、附錄2：系統(tǒng)電路原理圖21附錄3：元器件清單22用1602LCD設(shè)計電子鐘1 概 述數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計時裝置。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠遠超過老式機械鐘。在這次設(shè)計中，我們采用LED數(shù)碼管顯示時、分、秒，以24小時計時方式，根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進行顯示，用12MHz的晶振產(chǎn)生振蕩脈沖，定時器計數(shù)。在此次設(shè)計中，電路具有顯示時間的其本功能，還可以實現(xiàn)對時間的調(diào)整。數(shù)字鐘是其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費的喜愛，因此得到了廣泛的使用。2 課題研究背景與意義2.1 課題研究背景20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推

3、動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。單片機應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。2.2 課題研究意義以單片機作為為電子

4、鐘控制器，可實現(xiàn)編程控制，更加靈活方便，而且可以實現(xiàn)更多的功能。而通過分立器件搭建的驅(qū)動電路，不僅降低了設(shè)計成本，而且節(jié)約了維修成本，提高了用戶的經(jīng)濟利益?？刂破鞯倪^流保護采用了軟件保護和硬件保護相結(jié)合的方法，大大提高了其安全性能。遠程控制單元的加入，擴大了無刷電機控制器的應(yīng)用范圍，方便了控制與管理。編寫合適的算法程序，將會使電機的控制更加快速、穩(wěn)定和安全可靠。3 系統(tǒng)方案設(shè)計與主要設(shè)計工作3.1 設(shè)計任務(wù) （一）設(shè)計題目：用1602LCD設(shè)計電子鐘（二）設(shè)計目的與任務(wù)：1)選取STC89C52單片機作為核心控制芯片，繪制STC89C52單片機最小系統(tǒng)及相應(yīng)外設(shè)單元1602LCD電路原理圖；2

5、)基于電路原理圖，選取萬用板作為基板制作單片機實物；3)編寫C源程序文件，用1602LCD實現(xiàn)電子鐘顯示。3.2 功能要求說明此多功能數(shù)字電子鐘采用LCD1602顯示時間。電子鐘一上電即可顯示。用四個調(diào)整按鍵調(diào)整時間，分別為K1、K2、K3、K4，其中K1鍵為功能選擇鍵，按一下調(diào)節(jié)秒，兩下是調(diào)節(jié)分鐘，三下是調(diào)節(jié)鬧鐘小時；K2為數(shù)值加一鍵；K3為數(shù)值減一鍵。K4為確認鍵。4設(shè)計課題總體方案數(shù)字電子鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，另外還有校時功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由顯示器“時”，“分”，“秒”和單

6、片機，還有校時電路組成。8個數(shù)碼管的段選接到單片機的P0口，位選接到單片機的P2口。數(shù)碼管按照數(shù)碼管動態(tài)顯示的工作原理工作，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒單元”，“秒單元”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分單元”的時鐘脈沖?！胺謫卧币膊捎?0進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時單元”?！皶r單元”采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。顯示電路將“時”、“分”、“秒”通過LCD1602顯示器顯示出來。圖4-1 設(shè)計總原理圖4.1硬件設(shè)計方案此設(shè)計的硬件采用STC89C52芯片及LCD602顯示器，獨立式按鍵組成的多功能電子鐘

7、。設(shè)計中是采用單片機的內(nèi)部定時器定時，硬件組成框圖如圖4.1所示：圖4-2 程序框圖本文可調(diào)時鐘設(shè)計原理主要利用STC89C52單片機,由單片機的P0口控制數(shù)碼管的位顯示， P2口控制數(shù)碼管的段顯示，P1口與按鍵相接用于時間的校正。在設(shè)計中引入電源電路，外部電源系統(tǒng)產(chǎn)生+5V電壓，用于給CPU及顯示電路提供工作電壓，這是數(shù)字時鐘正常工作時的總電壓。整個系統(tǒng)工作時，秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進制計數(shù)器，每累計

8、60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出，通過LED液晶顯示器顯示出來。校時電路是直接加一個脈沖信號到時計數(shù)器或者分計數(shù)器或者秒計數(shù)器來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整。該多功能數(shù)字電子鐘單片機由最小系統(tǒng)、按鍵模塊、LCD顯示模塊、USB接口電路模塊組成，各模塊的功能如下：（1） 單片機最小系統(tǒng)STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但是

9、做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼

10、續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。（2） LCD顯示電路LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作

11、用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。 圖4-3 LCD1602顯示仿真電路（3）USB接口電路接上一個電容組成的濾波電路和電源顯示燈組成一個電源接口，為單片機工作供電。（4）晶振電路和復(fù)位電路STC89C52引腳XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器及電容C2、C3按圖4-2-3所示方式連接。晶振、電容C2C3

12、及片內(nèi)與非門（作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電容三點式振蕩器，振蕩信號頻率與晶振頻率及電容C2、C3的容量有關(guān)，但主要由晶振頻率決定，范圍在033MHz之間，電容C2、C3取值范圍在530pF之間。根據(jù)實際情況，本設(shè)計晶振選擇頻率為12MHZ，電容選擇30pF如圖（4-2-3）。經(jīng)計算得單片機工作胡機器周期為：12×（1÷12M）=1us。振蕩器的振蕩信號從XTAL2端輸入到片內(nèi)的時鐘發(fā)生器上。時鐘發(fā)生器是個二分頻的觸發(fā)器，將振蕩器的信號頻率fosc除以2，向CPU提供兩相時的時鐘信號。復(fù)位電路時鐘電路工作后，在REST管腳上加兩個機器周期的高電平，芯片內(nèi)部開始進行初始復(fù)位。圖

13、4-4 晶振和復(fù)位電路（5）按鍵模塊用四個調(diào)整按鍵調(diào)整時間，分別為K1、K2、K3、K4，其中K1鍵為功能選擇鍵，按一下調(diào)節(jié)秒，兩下是調(diào)節(jié)分鐘，三下是調(diào)節(jié)鬧鐘小時；K2為數(shù)值加一鍵；K3為數(shù)值減一鍵。K4為確認鍵。圖4-5 按鍵電路4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)軟件設(shè)計由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、鍵功能程序、校對設(shè)置程序、EEPROM讀寫程序等組成。主要程序設(shè)計流程圖如下所示：圖4-6 主要程序設(shè)計流程圖4.3 系統(tǒng)程序流程圖在編程上，首先進行了初始化，定義程序的的入口地址以及中斷的入口地址，在主程序開始定義了一組固定單元用來儲存計數(shù)的時.分.秒，在顯示初值之后，進入主循環(huán)。

14、在主程序中，對不同的按鍵進行掃描，實現(xiàn)時間調(diào)整，復(fù)位清零等功能，系統(tǒng)總流程圖如下圖4-3。圖4-7 按鍵處理流程圖時間顯示是先秒個位計算顯示，然后是秒十位計算顯示，再是分個位計算顯示，再然后是分十位顯示，再就是時個位計算顯示，最后是時十位顯示。如圖4-8所示：圖4-8 時鐘顯示順序5. 軟件仿真及實物設(shè)計調(diào)試5.1PROTUES仿真軟件介紹Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設(shè)計與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設(shè)計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其

15、他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機實驗室。5.1電子鐘系統(tǒng)PROTUES仿真用PROTUES軟件，根據(jù)數(shù)字電子鐘的原理圖，畫出仿真圖，得到的所示。圖5.1 仿真圖5.2仿真運行結(jié)果說明電子時鐘主要的設(shè)計要求是能夠?qū)崿F(xiàn)時鐘的一般功能，以及包括時間的調(diào)整功能，這個基于單片機的電子時鐘基本上實現(xiàn)了上述功能，能夠通過時間調(diào)整電路對時間進行調(diào)整以及復(fù)位。打開時的正常顯示仿真：圖5.2 LCD1602仿真結(jié)果圖1圖5

16、.3 LCD1602仿真結(jié)果圖25.3實物設(shè)計結(jié)果與調(diào)試圖5.4 實物調(diào)試圖1圖5.5 實物調(diào)試圖26課程設(shè)計實驗總結(jié)通過這次設(shè)計我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了；才能夠?qū)⒄n本知識與實踐相結(jié)合，理論知識服務(wù)于教學(xué)實踐，以增強自己的動手能力。這個設(shè)計十分有意義，我獲得很深刻的經(jīng)驗。通過這次設(shè)計，我知道了理論和實際的距離，也知道了理論和實際相結(jié)合的重要性，也從中獲得了很多書本上無法得知的知識。我們的學(xué)習(xí)不但要立足于書本，以解決理論和實際教學(xué)中的實際問題為目的，還要以實踐相結(jié)合，理論問題即實踐課題，解決問題即課程研究，學(xué)生自己就是一個專家，通過自己的手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。學(xué)習(xí)就應(yīng)該采取理論

17、與實踐結(jié)合的方式，理論的問題，也就是實踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識的鞏固，又有助于帶動實踐，解決實際問題，加強我們的動手能力和解決問題的能力。這次專業(yè)課程設(shè)計總體來說還算是成功的,但我也發(fā)現(xiàn)了自己許多的錯漏和不足之處。最簡單的程序沒寫好就想著去寫復(fù)雜的程序，做事還是缺乏耐心和信心，當(dāng)有時遇到問題時，總是無從下手，總想讓老師解決問題，對于課本上的知識不能很好的組織到一起，不會靈活的運用，總是對書本知識有著模糊的記憶，不能掌握扎實。在編寫個功能的程序時，特別是后來增添更復(fù)雜的程序時，明顯地顯示出自己的不足。通過本次的實訓(xùn)，讓我了解到了自己的不足，需要更好的掌握本門課程，書本上的知識是基

18、礎(chǔ)，想要更好的掌握就要多動手實踐與動腦思考，這樣才會達到事半功倍的效果。 此設(shè)計是在我敬愛的蔣善超老師的精心指導(dǎo)下完成的。蔣老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)作風(fēng)和孜孜不倦的工作態(tài)度一直激勵著我，使我在學(xué)習(xí)中遇到困難時能盡最大努力克服，不斷進步，在理論和實踐方面的能力都獲得了很大的提高。四年大學(xué)生活中，老師們給了我很多指導(dǎo)和支持。他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)，優(yōu)良的作風(fēng)和敬業(yè)的態(tài)度，為我樹立了為人師表的典范。通過這次課程設(shè)計，本人不僅加強了自己對所掌握的知識的鞏固和進一步理解，同時對自己設(shè)計進行了一次全面的檢驗和提升。設(shè)計過程中豐富了自己的知識，積累了寶貴的設(shè)計經(jīng)驗，獲得了一定的設(shè)計和能力，能承擔(dān)一些的設(shè)計工作；同時也于此，發(fā)

19、現(xiàn)自己還存在不少的知識缺陷，懂得自己要想成為一個杰出的人，我就應(yīng)該不斷地努力學(xué)習(xí)知識，充實自己的頭腦。通過這次課程設(shè)計，讓我復(fù)習(xí)了很多學(xué)過的舊知識，同時鍛煉了自己的動手能力和查閱資料。尤其是解決在實際中解決排查問題的能力。由于本次實訓(xùn)考慮到實訓(xùn)時間短，實訓(xùn)的成本低，還有所學(xué)的知識不完整等。這次的設(shè)計有很多的不足，和市場上的產(chǎn)品有一定的差距，例如：電子時鐘還可以做到秒表計時，鬧鐘提示等功能。參考文獻 1 張?zhí)m紅.單片機原理及應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2012.72 牛昱光. 單片機原理與接口技術(shù)M. 北京:電子工業(yè)出版社，2008. 3 蔣力培. 單片機微機系統(tǒng)實用教程M.北京:機械工業(yè)出版社

20、, 2007.附 錄附錄1：程序清單#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit rs=P20; /定義液晶顯示器控制端口sbit rw=P21;sbit en=P22;sbit s1=P14; /定義按鍵控制sbit s2=P15;sbit s3=P16;sbit s4=P17;uchar shi,fen,miao,ri,yue,nian;uchar code table=" 2018:01:05"uchar code table1=" 00:00:

21、00"uchar num,num1,count;uint i,sh,ge,s,g;void Delay(uchar time) /延時 uint j; for(;time>0;time-) for(j=0;j<125;j+); void write_com(uchar com) /寫指令函數(shù) en=0; rs=0; Delay(5); P0=com; / Delay(5); en=1; /高脈沖 Delay(5); en=0;void write_data(uchar dat) /寫數(shù)據(jù)函數(shù) en=0; rs=1; Delay(5); P0=dat; Delay(5);

22、en=1; Delay(5); en=0;void init() /初始化 en=0; rw=0; write_com(0x38);/設(shè)置16X2顯示,5X7點陣,8位數(shù)據(jù)接口 write_com(0x0c);/設(shè)置開顯示，不顯示光標(biāo)D=1：顯示開，D=0：顯示關(guān)，C=1：光標(biāo)顯示，C=0：/光標(biāo)不顯示。B=1：光標(biāo)閃爍，B=0：光標(biāo)不閃爍。/說明：這里的設(shè)置是顯示開，不顯示光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍，設(shè)置字為0x0c。 write_com(0x06);/寫一個字符后地址指針加1I/D=1：寫入新數(shù)據(jù)后光標(biāo)右移。I/D=0：/寫入新數(shù)據(jù)后光標(biāo)左移。S=1：顯示移動。S=0：顯示不移動。 write_co

23、m(0x01);/顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零 for(i=0;i<(sizeof(table)-1);i+) /第一行寫sizeof判斷數(shù)據(jù)類型長度符的關(guān)鍵字 write_com(0x80+i); /找地址 write_data(tablei); /寫數(shù)據(jù) for(i=0;i<(sizeof(table1)-1);i+) /第二行寫 write_com(0x80+0x40+i);/寫指令 P0=com write_data(table1i); miao=59; fen=59; shi=23; ri=1; yue=1; nian=2018; TMOD=0x01; /time0作為定時器工

24、作在模式1下 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;/ 中斷20次為1s EA=1; /開啟總中斷 ET0=1; /開啟time0中斷 TR0=1; /啟動time0void write_sfm(uchar add,uchar num) /時分秒函數(shù) sh=num/10; /分離出十位 ge=num%10; /分離出個位 write_com(0x80+0x40+add); /第二行數(shù)據(jù)指針位置調(diào)整 write_data(0x30+sh); /更改顯示數(shù)據(jù)的十位 0 write_data(0x30+ge); /更改顯示數(shù)據(jù)的個位 void ti

25、mer0() interrupt 1 /time0中斷 TH0=(65536-50000)/256; /重裝初始值 TL0=(65536-50000)%256; count+; if(count=20) /20次到則滿一秒 count=0; miao+; if(miao=60) miao=0; fen+; if(fen=60) fen=0; shi+; if(shi=24) shi=0; write_sfm(4,shi); write_sfm(7,fen); write_sfm(10,miao); void keyscan() /鍵盤掃描 if(s1=0) /按下S1 Delay(5); if

26、(s1=0) num1+; while(!s1);/等待釋放 if(num1=1) TR0=0; /關(guān)中斷 write_com(0x0e); /顯示光標(biāo)，不閃爍 write_com(0x80+0x40+0x0b); /數(shù)據(jù)指針移動到秒的個位處 write_com(0x0f);/顯示光標(biāo)，閃爍 if(num1=2) write_com(0x80+0x40+0x08);/指針移到到分鐘的個位處 if(num1=3) write_com(0x80+0x40+0x05);/指針移到到小時的個位處 if(num1=4) num1=0; /清零 write_com(0x0c); /重新顯示 TR0=1; /重新啟動計時 if(num1!=0) /按下S2則選擇時/分/秒加1 if(s2=0) Delay(5); if(s2=0) while(!s2); if(num1=1) Delay(20); miao+; if(miao=60) miao=0; w