LCD電子鐘的設計單片機課程設計

任務書課題名稱LCD電子鐘的設計指導教師（職稱）執(zhí)行時間學生姓名學號承擔任務搜集課題相關(guān)資料總體方案設計選擇繪制電路圖并調(diào)試編程及仿真分析設計目的1、進一步熟悉和掌握單片機的結(jié)構(gòu)及工作原理。2、掌握單片機的接口技術(shù)及相關(guān)外圍芯片的外特性，控制方法。3、通過課程設計，掌握以單片機核心的電路設計的基本方法和技術(shù)，了解有關(guān)電路參數(shù)的計算方法。4、通過程序設計和仿真，逐步掌握模塊化程序設計方法和仿真軟件的使用。5、通過完成一個包括電路設計和程序開發(fā)的完整過程，使學生了解開發(fā)單片機應用系統(tǒng)的全過程，為今后從事相應打下基礎。設計要求制作一個LCD顯示的電子鐘，在LCD顯示器上顯示當前的時間。使用字符型LCD顯示器顯示時間。顯示格式為“時時：分分：秒秒”。用4個功能鍵操作來設置當前時間。功能鍵K1-K4功能如下。K1-進入設置現(xiàn)在的時間。K2-修改小時，并顯示修改結(jié)果。K3-修改分鐘，并顯示修改結(jié)果。K4-確定完成設置。摘要

單片機,是集CPU、RAM、ROM、定時器、計數(shù)器和多種接口于一體的微控制器。自20世紀70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注。它體積小、重量輕、抗干擾能力強、環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易，廣泛應用于智能生產(chǎn)和工業(yè)自動化上。

本系統(tǒng)為基于DS1302的多功能電子鐘，以AT89C51單片機作為主控芯，采用實時時鐘芯片DS1302，使用LCD1602液晶作為顯示輸出。該系統(tǒng)走時精確，具有顯示時、分、秒的功能，本文將詳細介紹AT89C51單片機和DS1302時鐘芯片的基本原理，從軟件和硬件電路的實現(xiàn)兩大方面進行分析。關(guān)鍵詞

：AT89C51單片機

LCD液晶屏

DS302時鐘芯片

目錄TOC\o"1-3"\h\u15704第一章緒論 4263801.1AT89C51單片機概述 4109331.2LCD概述 4203181.3DS1302簡介 4155241.4本設計任務 59342第2章總體方案論證與設計 5229432.1顯示部分 5166742.2數(shù)字時鐘 5202512.3總體硬件組成框圖 63097第3章系統(tǒng)硬件設計 7171723.1AT89C51單片機最小系統(tǒng) 7113153.2時鐘模塊 7324673.3LCD液晶顯示模塊 8297993.4按鍵模塊 8176673.5整體電路 94632第4章系統(tǒng)的軟件設計 10136484.1主程序設計 1058074.2時間設定程序流程 104649第5章系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析 12324885.1使用的儀器儀表 1285345.2系統(tǒng)調(diào)試 12116395.2.1硬件調(diào)試 12262455.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào) 12153525.3測試結(jié)果 1212028設計心得體會 1423624參考文獻 1524588附錄程序 16第一章緒論在新的世紀我們已經(jīng)步入了第二個十年，隨著全球經(jīng)濟的復蘇和發(fā)展，由于在世界范圍內(nèi)人類需求的巨大釋放，以及消費結(jié)構(gòu)的升級，同時傳統(tǒng)能源的稀缺以及帶來的環(huán)境的破壞，都將帶來新一輪的科技革命的巨變。因此，更適合人類社會協(xié)調(diào)、健康、可持續(xù)發(fā)展的新能源、新材料等便應運而生。LCD作為一種新的材料，LCD的設計制造技術(shù)與應用水平上都得到了迅速的提高，生產(chǎn)也得到了迅速的發(fā)展，并逐步形成產(chǎn)業(yè)，成為光電子行業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)領域。然而隨著人們生活節(jié)奏的加快，時間對人們的重要性也越來越重要，因此，擁有一個不錯的時鐘對人們的生活將帶來很大的方便。時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，但隨著時間的推移，科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對時間計量的精度要求越來越高，應用越來越廣。怎樣讓時鐘更好的為人民服務，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設計出新型時鐘。AT89C51單片機概述AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C51單片機有40個引腳，其中包含2個專用于主電源的引腳，2個外接晶體的引腳，4個控制或與其它電源復用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。1.2LCD概述LCD液晶顯示器是LiquidCrystalDisplay的簡稱，LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。LCD可以分為為兩種類型，一種是文字模式LCD，一種是繪圖模式LCD。LCD1602屬于字符型液晶，能夠同時顯示16x2即32個字符?？梢耘c8位CPU相聯(lián)，指令功能強可以組合成各種輸入、顯示、移位方式以滿足不同要求。顯示黃綠帶背光，顯示對比度可以調(diào)節(jié)，正常工作電壓（VDD）為+5V，工作電流約為2mA(不計背光功耗)，同時可靠性高壽命達50，000小時（25℃）。1.3DS1302簡介DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，工作電壓寬達2.5～5.5V。時鐘可工作在24小時格式或12小時（AM/PM）格式。DS1302與單片機的接口使用同步串行通信，僅用3條線與之相連接?？刹捎靡淮蝹魉鸵粋€字節(jié)或突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源／后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。本設計任務本系統(tǒng)以單片機芯片為核心部件，利用合理的程序控制，在液晶顯示屏上實現(xiàn)各個功能并且顯示等功能，使其顯示直觀、功能多樣、電路簡潔等諸多優(yōu)點，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。第2章總體方案論證與設計本設計采用AT89C51單片機作為本系統(tǒng)的控制模塊。單片機可把DS1302中的數(shù)據(jù)利用軟件來進行處理，從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊，實現(xiàn)溫度、日歷和鬧鈴的顯示。以LCD液晶顯示器為顯示模塊，把單片機傳來的數(shù)據(jù)顯示出來，并且顯示多樣化。在顯示電路中，主要靠按鍵來實現(xiàn)各種顯示要求的選擇與切換。下面對各模塊的設計逐一進行論證比較。2.1顯示部分顯示部分是本次設計的重要部分，一般有以下兩種方案：方案一：采用LED顯示，分靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。對于靜態(tài)顯示方式，所需的譯碼驅(qū)動裝置很多，引線多而復雜，且可靠性也較低。而對于動態(tài)顯示方式，雖可以避免靜態(tài)顯示的問題，但設計上如果處理不當，易造成亮度低，有閃爍等問題。方案二：采用LCD顯示。LCD液晶顯示具有豐富多樣性、靈活性、電路簡單、易于控制而且功耗小等優(yōu)點，對于信息量多的系統(tǒng)，是比較適合的。鑒于上述原因，我們采用方案二。2.2數(shù)字時鐘數(shù)字時鐘是本設計的核心的部分。根據(jù)需要可采用以下兩種方案實現(xiàn)：方案一：方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結(jié)合實現(xiàn)1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應的秒值加1；若秒值達到60，則將其清零，并將相應的分字節(jié)值加1；若分值達到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達到24，則將時字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點，但當單片機不上電，程序?qū)⒉粓?zhí)行。而且由于每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度不高。方案二：方案采用Dallas公司的專用時鐘芯片DS1302。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完備的時鐘鬧鐘功能，因此，可直接對其以用于顯示或設置，使得軟件編程相對簡單。為保證時鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常工作，芯片內(nèi)部包含鋰電池。當電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時，可使系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。而且即使系統(tǒng)不上電，程序不執(zhí)行時，鋰電池也能保證芯片的正常運行，以備隨時提供正確的時間?；跁r鐘芯片的上述優(yōu)點，本設計采用方案二完成數(shù)字時鐘的功能。2.3總體硬件組成框圖本系統(tǒng)的電路系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。AT89C51單片機對DS1302寫入控制字并讀取相應的數(shù)據(jù)，繼而控制LCD1602作出對應的顯示。LCD1602液晶顯示模塊AT89C51主控模塊LCD1602液晶顯示模塊AT89C51主控模塊鍵盤控制模塊DS1302時鐘模塊DS1302時鐘模塊圖2-1總體硬件組成框圖第3章系統(tǒng)硬件設計3.1AT89C51單片機最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復位開關(guān)和電源部分。圖3-1為AT89C51單片機的最小系統(tǒng)。圖3-1最小系統(tǒng)電路3.2時鐘模塊時鐘模塊采用DS1302芯片，DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM通過簡單的串行接口與單片機進行通信實時時鐘/日歷電路提供秒分時日日期月年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線：RST復位、I/O數(shù)據(jù)線、SCLK串行時鐘。時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW，其接線電路如圖3-2。圖3-2時鐘電路3.3LCD液晶顯示模塊LCD液晶顯示模塊采用LCD1602型號，具有很低的功耗，正常工作時電流僅2.0mA/5.0V。通過編程實現(xiàn)自動關(guān)閉屏幕能夠更有效的降低功耗。LCD1602分兩行顯示，每行可顯示多達16個字符。LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，通過內(nèi)部指令可實現(xiàn)對其顯示多樣的控制，并且還能利用空余的空間自定義字符。其接線如圖3-3。圖3-3LCD顯示電路3.4按鍵模塊它是整個系統(tǒng)中最簡單的部分，根據(jù)功能要求，本系統(tǒng)共需四個按鍵：進入設定、時設定、分設定、確認設式鍵采用獨立式按鍵。如圖3-4所示。圖3-4按鍵電路3.5整體電路系統(tǒng)整體電路如圖3-5所示：圖3-5系統(tǒng)總體電路圖第4章系統(tǒng)的軟件設計4.1主程序設計主流程圖說明：程序開始運行時先初始化時鐘控制器件DS1302、顯示器件LCD1602，然后打開LCD1602，再讀取時間，把讀取的數(shù)據(jù)送入LCD1602進行顯示，時間進行調(diào)整。其主程序流程如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖4.2時間設定程序流程時間設定流程圖說明：程序開始后初始化DS1302，然后從DS1302中讀出數(shù)據(jù)，放入RAM中，然后調(diào)用顯示子程序，使LCD1602相應的模塊顯示溫度，其間也可對溫度進行設置，設置完成后把數(shù)據(jù)重新送入RAM中，再由LCD1602相應模塊顯示，整個過程由此反復進行。圖4-2顯示時間子程序流程系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析5.1使用的儀器儀表數(shù)字萬用表、秒表、電源5.2系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設計中采用模塊設計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試：溫度測量模塊的調(diào)試，時鐘模塊的調(diào)試，LCD液晶顯示模塊的調(diào)試等，最后將各模塊組合后進行整體測試。5.2.1硬件調(diào)試對各個模塊的功能進行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。5.2.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試采用單片機仿真器WAVE6000L及微機，將編好的程序進行調(diào)試，主要是檢查語法錯誤。5.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào)將調(diào)試好的硬件和軟件進行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實現(xiàn)功能。5.3測試結(jié)果此次系統(tǒng)設計結(jié)果較好，能動態(tài)顯示實時時鐘的時、分、秒，數(shù)據(jù)顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)時鐘的定時，并且具有調(diào)整時間的功能。過了一段時間，仿真顯示如圖5-2所示。圖5-2（1）圖5-2（2）設計心得體會在這個一個星期的時間里我學到了很多寶貴的知識和單片編程的經(jīng)驗，在這次課程設計過程中我遇到了許多困難和問題，其中一些我通過自己上網(wǎng)找資料和詢問同學的方式找到了解決的方法，就是在這個過程中我學會了許多書本上學不到的東西，還有一些是我自己解決不了的問題，這些問題都是需要靠我以后的經(jīng)驗積累和不斷的學習才能得到解決的，從這次課程設計中我體會到了自己用汗水換來的成果的喜悅。我在剛開始設計這個東西時是一頭霧水，沒有一個方向和目標，后來從網(wǎng)上找到一些有關(guān)的資料通過相似的題目我一步一步的完成我自己的課程設計的功能，尤其是在編寫程序的時候，每一個模塊都要經(jīng)過非常仔細的考慮后在寫，因為程序的運行過程中需要考慮各個模塊之間的影響和互助，有一些模塊是我們沒有學習過的我從網(wǎng)上找到相似的然后經(jīng)過修改變成我能用的，在這之間我鍛煉了我的變成能力。電路的設計相對編程來說要容易一些，總體來說電路圖都是大同小異的，只是他們中的分支做一些修改來。最重要的學習就是一個課程設計的過程的整體思路，先做什么后做什么最后來一個總結(jié)經(jīng)驗的過程，這給我以后的設計過程打下了基礎，這次設計中，我深刻體會到專研的重要性，一個看似簡單的系統(tǒng)，卻需要著大量的知識儲備和很強的專研精神，理論和實踐往往是兩回事，理論上很簡單的事情在實際操作中往往會遇到很多意想不到的困難，學科的知識不光來自于書本知識，更來自于實踐。由于水平和經(jīng)驗的有限，系統(tǒng)可能仍存在一些缺點或者有更多更好的功能或方法可以加進去，望各位老師、同學指正。參考文獻[1]求是科技.單片機典型模塊設計實例導航.北京：人民郵電出版社.2005.8[2]徐淑華,程退安等.單片微型機原理及應用.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社.2005.1[3]孫余凱.精選實用電子電路260例.北京：電子工業(yè)出版社.2007.6[4]殷春浩,崔亦飛.電磁測量原理及應用.徐州：中國礦業(yè)大學出版社.2003.7[5]《LCD1602A數(shù)據(jù)手冊》[6]《DS1302數(shù)據(jù)手冊》[7]張義和.例說51單片機[M].北京：人民郵電出版社，2010年[8]閻石編著數(shù)字電子技術(shù)基礎(第五版)北京高等教育出版社]2006.1～550[9]蔡明文馮先成主編單片機課程設計華中科技大學出版社2007.3[10]陳明螢編著8051單片機課程設計實訓教材清華大學出版社2004[11]黃智偉編著全國大學生電子設計競賽電路（第一版）航空航天大學出版社2006.36附錄程序#include<REG51.H>#include<intrins.h>//#include"LCD1602.h"http://#include"DS1302.h"#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitDS1302_CLK=P1^7;//實時時鐘時鐘線引腳sbitDS1302_IO=P1^6;//實時時鐘數(shù)據(jù)線引腳sbitDS1302_RST=P1^5;//實時時鐘復位線引腳sbitwireless_1=P3^0;sbitwireless_2=P3^1;sbitwireless_3=P3^2;sbitwireless_4=P3^3;sbitACC0=ACC^0;sbitACC7=ACC^7;charhide_sec,hide_min,hide_hour,;//秒,分,時位閃的計數(shù)sbitSet=P2^0;//進入設置時間鍵sbitHour=P2^1;//設置小時鍵sbitMin=P2^2;//設置分鐘鍵sbitout=P2^3;//立刻跳出調(diào)整模式按鈕chardone,count,temp,flag,up_flag,down_flag;ucharTempBuffer[5],week_value[2];voidshow_time();//液晶顯示程序/***********液晶顯示部分子程序****************///PortDefinitionssbitLcdRs =P2^5;sbitLcdRw =P2^6;sbitLcdEn =P2^7;sfrDBPort =0x80; //P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.數(shù)據(jù)端口//內(nèi)部等待函數(shù)**************************************************************************unsignedcharLCD_Wait(void){ LcdRs=0; LcdRw=1; _nop_(); LcdEn=1; _nop_(); LcdEn=0; returnDBPort; }//初始化LCDvoidLCD_Initial(){ LcdEn=0; LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);//8位數(shù)據(jù)端口,2行顯示,5*7點陣 LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38); LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR);//開啟顯示,無光標 LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN);//清屏 LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE);//AC遞增,畫面不動}voidPrint(unsignedchar*str){ while(*str!='\0') { LCD_Write(LCD_DATA,*str); str++; }}/***********DS1302時鐘部分子程序******************/typedefstruct__SYSTEMTIME__{ unsignedcharSecond; unsignedcharMinute; unsignedcharHour;}SYSTEMTIME; //定義的時間類型SYSTEMTIMECurrentTime;#defineAM(X) X#definePM(X) (X+12) //轉(zhuǎn)成24小時制#defineDS1302_SECOND 0x80//時鐘芯片的寄存器位置,存放時間#defineDS1302_MINUTE 0x82#defineDS1302_HOUR 0x84voidDS1302InputByte(unsignedchard) //實時時鐘寫入一字節(jié)(內(nèi)部函數(shù)){unsignedchari;ACC=d;for(i=8;i>0;i--){DS1302_IO=ACC0; //相當于匯編中的RRCDS1302_CLK=1;DS1302_CLK=0;ACC=ACC>>1;}}unsignedcharDS1302OutputByte(void) //實時時鐘讀取一字節(jié)(內(nèi)部函數(shù)){unsignedchari;for(i=8;i>0;i--){ACC=ACC>>1; //相當于匯編中的RRCACC7=DS1302_IO;DS1302_CLK=1;DS1302_CLK=0;}return(ACC);}voidWrite1302(unsignedcharucAddr,unsignedcharucDa) //ucAddr:DS1302地址,ucData:要寫的數(shù)據(jù){DS1302_RST=0; // Write1302(0x8e,0x00);DS1302_CLK=0;DS1302_RST=1;DS1302InputByte(ucAddr); //地址，命令DS1302InputByte(ucDa); //寫1Byte數(shù)據(jù)DS1302_CLK=1;DS1302_RST=0;}unsignedcharRead1302(unsignedcharucAddr) //讀取DS1302某地址的數(shù)據(jù){unsignedcharucData;DS1302_RST=0;DS1302_CLK=0;DS1302_RST=1;DS1302InputByte(ucAddr|0x01);//地址，命令ucData=DS1302OutputByte();//讀1Byte數(shù)據(jù)DS1302_CLK=1;DS1302_RST=0;return(ucData);}voidDS1302_GetTime(SYSTEMTIME*Time)//獲取時鐘芯片的時鐘數(shù)據(jù)到自定義的結(jié)構(gòu)型數(shù)組voidTimeToStr(SYSTEMTIME*Time)//將時,分,秒數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶顯示字符放到數(shù)組Time