液晶数字钟论文.doc

液晶数字钟论文0液晶数字钟论文目录绪论.1第1章设计方案.21.1方案论证与比较.21.2方案确定.3第2章硬件设计.32.1单片机最小系统.42.2时钟模块.42.2.1DS1307的引脚功能.42.2.2DS1307的内部结构.52.2.3DS1307的读写操作.62.2.4DS1307硬件电路设计.72.3闹铃模块.82.4键盘模块.82.5.1LCD1602的引脚功能.92.5.2LCD1602的显示操作.9第3章软件设计.133.1系统流程图.133.2键盘处理模块流程图.13第4章系统测试.18总结.19参考文件.错误!未定义书签。附录1系统仿真电路图.21附录2主要源程序.22附件3软件设计变24附件4程序模块及参数.25液晶数字钟论文1绪论本次课程设计的目的是为我们更好的掌握单片机的应用知识，有助于提高我们的职业素质，同时加深对知识的了解，本次设计也是为我们的毕业设计打基础，加强知识的综合应用。本设计以AT89C51单片机为核心，以实时时钟芯片DS1307和液晶显示LCD1602为主体设计了一款简易数字时钟。该时钟系统主要由单片机最小系统、时钟模块、闹钟模块、液晶显示模块、键盘控制模块组成。系统具有简单清晰的操作界面，能够准确显示时间（显示格式为时时：分分：秒秒，24小时制），可随时进行时间调整，具有闹钟时间设置、闹钟开/关。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。由于系统所用元器件较少，单片机所被占用的I/O口不多，因此系统具有一定的可扩展性。软件程序均采用C语言编写，便于移植与升级。报告详细介绍了整个系统的硬件组成结构、工作原理和系统的软件程序设计。通过一个阶段的对知识点的了解更加明确，同时也了解了做项目不是件容易的事，需要多方面的知识，还需要大量的查阅资料，再把自己的所学知识综合应用，这样才有可能做出项目来。液晶数字钟论文2第1章设计方案1.1方案论证与比较方案一：基于FPGA的系统总体设计方法。为了实现:(1)显示年、月、日、时、分、秒、星期，并且可以进行调整时间；(2)可以设定闹钟和整点报时的功能，数字时钟在总体上主要分为三大部分：输入人机界面部分、FPGA核心功能部分和输出界面部分，其系统设计框图如图1-1所示。图1-1基于FPGA的系统设计方框图方案二：采用单片机技术来实现数字钟的功能。系统以AT89C51单片机为核心控制器件，它除了具备微机CPU的数值计算功能外，还具有灵活强大的控制功能，以便实时检测系统的输入量、控制系统的输出量，实现自动控制。与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”，另外具有校时功能，断电后有记忆功能，恢复供电时可实现计时同步等特点。外围主要有串行通信器件实时时钟芯片DS1307等，使得系统线路简单可靠性高。系统结构框图如图1-2所示。图1-2基于单片机实现的数字时钟系统结构框图单片机最小系统：其作用是和外围的时钟芯片通信，并控制数据传输的过程，采集时间信息并予以处理。键盘模块：键盘模块可以设置时间信息，通过单片机写入时钟芯片，以更新时间；也可以设置闹钟，由单片机存入其内部RAM中。时钟模块：此模块由专用的实时时钟芯片构成，由它提供实时的日历时钟信息。液晶显示模块：单片机读取时钟芯片DS1307中的信息，通过液晶显示器实时显示。采用LCD作为显示器，具有界面友好、功耗低的优点。闹钟模块：单片机主控模块读取日历芯片中的时间信息，与所设置的闹钟时间相比较，若相同时，闹钟模块工作闹钟模块。液晶数字钟论文3电源模块：用220V市电经整流、滤波、稳压后，输出稳定的+5V的直直流电为其供电。1.2方案确定综合考虑以上两种方案的优缺点以及题目的基本要求和发挥要求，在本设计中，我采了第二种方案，即采用单片机来实现数字时钟的功能。第2章硬件设计XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1C1C2X1R2C3+5VR1SW?SW-SPSTVBAT3X11X22SCL6SDA5SOUT7U2DS1307X2R3R4+5VD714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD1+5VLS1Q1PNPR9100+5VR5R6R7R8+5VSW1SW2液晶数字钟论文42.1单片机最小系统单片机最小系统以AT89C51单片机为核心，由单片机、时钟电路、复位电路等组成如图2-1所示。主要负责各个模块的初始化工作；读取并处理时间；处理按键响应；控制液晶实时显示等。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C1C2X1R2C3+5VR1SW?SW-SPSTLCD_D0LCD_D1LCD_D2LCD_D3LCD_D4LCD_D5LCD_D6LCD_D7KEY1KEY2KEY3KEY4LCD_RSLCD_RWLCD_E闹钟模块DS1307_SCLDS1307_SDA图2-1单片机最小系统主控制器AT89C51单片机与MCS51系列单片机产品兼容，内部自带有4KB的Flash存储器及256KBRAM单元，不需另外扩展EEPROM及静态RAM，可以在线下载程序，易于日后的升级。图中，P2.0、P2.1、P2.2及P1口为单片机与液晶显示器连接的控制和通信的数据端口；P2.6和P2.7为单片机与时钟芯片DS1307通信的端口；P2.3为闹钟的控制端口；P0.0、P0.1、P0.2、P0.3为按键模块的接口。时钟电路是由XTAL1和XTAL2之间跨接的晶体振荡器和微调电容构成。时钟电路中晶体振荡器的频率高则系统的时钟频率就高，所以该系统采用12M晶振；复位电路有两种形式：手动按键复位和上电复位，在本系统中采用的是手动按键复位。如图2-1所示，R1、R2、C3和SW组成系统手动按键复位电路。2.2时钟模块系统采用DS1307时钟芯片。DS1307是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的时钟芯片，它是一款I2C总线接口的时钟芯片，采用两线与CPU进行通信，片内含有8个特殊功能寄存器和56bit的SRAM。DS1307的主要技术指标：具有秒、分、时、日、星期、月、年的计数功能；12小时制和24小时制两种计数模式；可自动调整每月的天数，具有闰年自动修正、掉电保护和上电复位功能。2.2.1DS1307的引脚功能DS1307采用8引脚双列直插DIP封装形式，引脚分布如图2-2所示。相应功能如下：Vcc：主电源；液晶数字钟论文5Vbat：备用电源。当Vbat>Vcc+0.2V时，由Vcc向DS1307供电，当Vbat<Vcc时，由Vcc向DS1307供电；GND：逻辑地；SCL：I2C总线时钟线；SDA：I2C总线数据线；SQW/OUT：方波/输出驱动器。图2-2DS1307引脚分布图2.2.2DS1307的内部结构1.内部结构DS1307芯片由晶体振荡器、电源控制器、I2C总线控制、分频处理、逻辑控制、RAM存储、多路选择器、时钟/日历寄存器、缓冲器组成，内部结构如图2-3所示。图2-3DS1307的内部结构2寄存器DS1307有关日历、时间的寄存器共有12个，其中有7个寄存器（读时81H8DH，写时80H8CH），存放的数据格式为BCD码形式，如表2-1所示。表2-1DS1307的日历、时间寄存器地址D7D6D5D4D3D2D1D0功能取值范围81HCH十位个位秒00-59VccSQW/OUTSDASCLGNDVbatX2X1电源控制器逻辑控制时钟/日历寄存器多路选择器RAM存储分频处理晶体振荡器RAM存储I2C控制总线1Hz液晶数字钟论文683H0十位个位分00-5985H012十位十位个位时AM：1-12PM：00-23248B00000星期星期01-0787H00十位个位日01-3189H000十位个位月01-128DH十位Year年00-998FHOUT00SOWE00RS1RS0控制字-91HRAM56×800H-FFH(1)小时寄存器（85H、84H）的位7用于定义DS1307是运行于12小时模式还是24小时模式。当为高电平时，选择12小时模式。在12小时模式时，位D5是PMAM/，当为1时，表示PM。在24小时模式时，位5是第二个10小时位。(2)秒寄存器（81H、80H）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。当该位置为1时，时钟振荡器停止，DS1307处于低功耗状态；当该位置为0时，时钟开始运行。(3)控制寄存器（8FH、8EH）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0。当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。2.2.3DS1307的读写操作DS1307是基于I2C总线接口的时钟芯片，软件上与I2C总线完全兼容。1.I2C总线的驱动I2C总线在传送数据时，必须确认传送数据的开始和结束。而且每传送一个字节，要发送一个应答位（0）；在一个周期发送结束后，要发送一个应答位（1）。具体如图2-4所示，三种信号的格式如下：(1)启动信号：当时钟总线SCL为高电平时，数据线SDA由高电平跳变为低电平定义为“启动”信号。(2)停止信号：当时钟总线SCL为高电平时，数据线SDA由低电平跳变为高电平定义为“结束”信号。(3)应答位：当主器件发送完一字节的数据后，后面必须跟一个应答位（ACK）。在时钟高电平期间，如果数据线SDA为低电平代表一个字节的传送结束，并准备下一个要传送的字节；在时钟高电平期间，如果数据线SDA为低电平代表一个传送周期结束，准备下一个传送周期。