基于TFTLCD的指针式时钟设计钟毕业论文

基于 TFT-LCD 的指针式时钟设计摘 要自时钟发明的那天起，它就注定了与人们有着密不可分的关系，但科学技术在不断发展，人们随着时间的推移对时间计量的精度要求越来越高，机械式时钟也越来越满足不了人们日益增高的要求了。取而代之的事具有高度准确性和直观性且无机械装置，使用寿命更长更长等优点的电子时钟。电子时钟更具人性化，更能提高人们的生活质量，更受人们欢迎，机械时代已经远去，电子时代已经到来。因此本设计是基于 ATMEL 公司的 ATmega128 单片机开发平台实现一种高精度，智能化的指针式时钟系统,采用单片机与时钟芯片 DS1302 设计电子时钟时,通常是数字显示,这是由于选用数码管和 1602 等器件的显示能力有限。而 12864 是基于点阵式的液晶屏,其像素点为 12864,但 12864 自身像素较低,使其显示指针式时钟效果远低于 1.8 寸 TFT-LCD 液晶,但两者所基于的原理相同。因此本设计采用 ATmega128 单片机为控制核心，辅以 DS1302 时钟采集系统，1.8 寸 TFT-LCD 液晶作为显示芯片，构成了一个指针式电子时钟。关键词：ATmega128 单片机；DS1302 ；TFT-LCDThe design based on TFT-LCD ClockTopAbstractSince the invention of the clock, it is destined to have a close relationship with people, but science and technology in development, higher and higher over time the accuracy of time measurement requirements, the mechanical clock increasingly meet not the increasing requirements. Instead, things have a high degree of accuracy and intuitive and no mechanical device, service life longer longer, and the advantages of the electronic clock. The electronic clock is more humane, more to improve peoples quality of life, but also welcomed by the people, has passed the Mechanical Age, the electronic age has arrived. This design is based on the ATMEL ATmega128 MCU development platform to achieve a high precision, intelligent analog clock systems. Using a single-chip clock chip DS1302 design electronic clock, digital display, which is due to the limited capacity of the display of the selected digital tube and 1602 devices. 12864 is based on a dot matrix LCD screen, the pixels of 128 64, but 12 864 pixel itself low to display analog clock effect is much lower than the 1.8 inch TFT-LCD LCD, but both are based on the principle of the same. This design uses the ATmega128 MCU for the control of the core, supplemented by the DS1302 clock acquisition system, 1.8-inch TFT-LCD liquid crystal display chips to form a pointer electronic clock. Key words: ATmega128microcontroller；DS1302；TFT-LCD目 录第 1 章 绪论 .11.1 引言 .11.2 本设计的目的和意义 .11.2.1 设计目的 .11.2.2 设计意义 .11.3 本设计的主要研究内容 .2第 2 章 方案设计及方案论证 .32.1 时钟系统的总体设计思路 .32.2 时钟系统方案论证 .32.2.1 单片机的选择 .32.2.2 时钟系统方案选择 .32.2.3 显示系统的方案比较 .4第 3 章 硬件系统设计 .53.1 系统框图与说明 .53.2 硬件设计部分 .53.2.1 单片机芯片选择 .53.2.2 单片机管脚说明 .73.2.3 单片机最小系统 .93.2.4 时钟系统电路设计 .123.2.5 TFT-LCD 显示电路设计 .163.2.6 硬件电路总图 .22第 4 章 软件系统设计 .234.1 主程序设计 .234.1.1 主程序设计框图 .234.1.2 主程序设计框图源程序 .244.2 DS1302 芯片的实时时钟日历子程序 .274.2.1 DS1302 时钟程序设计框图 .274.2.2 DS1302 时钟主要源程序 .284.3 TFT-LCD 显示子程序 .314.3.1 LCD 液晶显示程序设计框图 .314.3.2 LCD 液晶显示程序 .324.4 时钟的绘制及走时 .404.4.1 时钟表针的绘制 .404.4.2 时钟表盘的绘制 .444.4.3 时钟走时部分 .47第 5 章 系统的安装与调试 .495.1 系统运行环境 .495.2 硬件连接以及驱动的安装 .495.3 系统调试及说明 .495.3.1 项目建立、程序的编写与编译 .495.3.2 程序下载 .50结 论 .53致 谢 .54参考文献 .55附录 A 译文 .56DS1302 涓流充电时钟芯片 .56附录 B 外文原文 .67DS1302 TRICKLE CHARGE TIMEKEEPING CHIP .67第 1 章 绪论 1.1 引言随着科学技术的发展和电子技术产业结构调整，单片机开始迅速发展，由于家用电器逐渐普及，市场对于智能时钟控制系统的需求也越来越大。单片机以其芯片集成度高、处理功能强、可靠性高等优点，成功应用于工业自动化、智能仪器仪表、家电产品等领域。近些年，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。而目前，对于指针式时钟来说，所用的指针大多是靠机械装置驱动达到显示时间的目的，例如手表，挂钟，钟楼等等，单片机在指针式时钟中的应用也已经非常普遍的，人们对指针时钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。由单片机作为指针时钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。输出设备显示器可以用液晶显示技术。1.2 本设计的目的和意义1.2.1 设计目的（1）巩固,加深和扩大 AVR 系列单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力； （2）培养针对课题需要,选择和查阅有关手册,图表及文献资料的自学能力,提高组成系统,编程,调试的动手能力； （3）对课题设计方案的分析、选择、比较,熟悉用 AVR 单片机做系统开发,研制的过程,软硬件设 计的方法,内容及步骤；（4）进一步掌握 C 语言在硬件编程中的应用,熟悉怎样用 C 语言实现 TFT-LCD 上的绘图功能；（5）掌握时钟芯片 DS1302 的原理和应用。1.2.2 设计意义数字指针式时钟是采用数字电路实现对时,分,秒，星期，年，月，日等数字以及指针表盘显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.3 本设计的主要研究内容（1）在硬件设计方面，本系统采用 AVR 单片机作为整个电子钟系统的核心处理器，通过高精度时钟芯片 DS1302 来控制时间和日期的读取，最后再通过单片机对 TFT-LCD 液晶进行驱动并实现在液晶上显示整个指针式电子时钟。（2）在软件设计方面，重点研究了下列内容：A.TFT-LCD 的驱动函数如何编写，包括 LCD 的读函数（读数据，读 LCD状态），写函数（写数据，写命令），初始化函数，清屏函数等一系列驱动函数。B.用 C 语言在 LCD 上绘图必须先写出打点函数，这是绘图的基本要求，由于本设计需要在液晶屏上模拟指针式时钟，因而还要写出绘圆和画线函数，于是便实现了表盘的绘制，时分秒指针的绘制等，从而在 LCD 上可以模拟指针式电子钟。C.时钟芯片 DS1302 负责时间和日期信息的读取，自动计时，调整等一列功能，通过掌握 DS1302 的时序图，指令和功能表完成其驱动函数的编写，如读一字节函数，写一字节函数,指定位置读数据函数，指定位置写数据函数等等。再通过读时间函数实现与 LCD 信息传输。第 2 章 方案设计及方案论证2.1 时钟系统的总体设计思路按照系统的设计功能要求，本时钟系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力配合ds1302来控制时钟的调整显示。获得时钟数据信息，单片机对其进行一系列的处理，最后通过液晶显示出来。2.2 时钟系统方案论证2.2.1 单片机的选择对于单片机的选择，如果用8031 系列，由于它没有内部 RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不可用；51 系列单片机的ROM 为4K，对于我们设计的系统可能有点小；AVR单片机具有高速度、低功耗的特点，在和51单片机外接相同晶振条件下，AVR单片机的工作速度是51单片机的3040倍，并且增加了休眠功能及CMOS技术，其功耗远低于51单片机。ATmeaga128A单片机作为主控单片机，该型单片机具有丰富的资源和接口，内部ROM和RAM完全能满足AVR 单片机高级开发要求，内置大容量程序Flash空间和SRAM数据空间，还包含非易失性存储器EEPROM，对于那些实际项目中的数据存储也不需要扩展外部存储空间因此，我们选择ATMEL公司megaAVR系列的单片机ATmeaga128A。2.2.2 时钟系统方案选择方案1：本方案通过单片机内部的定时器/计数器，用软件实现，直接用单片机的定时器编程以实现时钟；方案2：本方案用专门的时钟芯片（DS1302）实现时钟的记时，再把时间数据送入单片机，由单片机控制显示。虽然用软件实现时钟硬件线路简单，但是程序运行的每一步都需要时间，多一步或少一步程序都会影响记时的准确度，对定时器定时也不是十分准确，时钟精度很低，对于我们实现所需要的功能造成软件编程非常复杂。用专用时钟芯片硬件成本相对较高，但它的精度很高，软件编程很简单。综上所述，选择方案2。2.2.3 显示系统的方案比较方案1：用数码管或点阵LED 显示；方案2：用液晶1602 显示；方案3：用液晶12864 显示；方案4：用1.8寸TFT-LCD彩屏显示。时钟的显示可以用数码管或LED，而且价格便宜。但是数码管的只能显示简单的设计的系统，与我们设计要求也不相符。有很多东西需要显示，还是用显示功能更好的液晶显示器比较好，它能显示更多的数据，用1602 液晶显示数据有限，1602 不能够显示指针时钟，只能够显示一些基本的西文字符，显示数据的可读性不好，用可以显示汉字的12864 液晶显示器还可以增加显示信息的可读性，用12864 的绘图功能即可绘制出指针时钟的框架，至于指针的转动则采用12864 加ds1302 同步控制，让人看起来会很方便。当然12864液晶和1.8寸TFT-LCD彩屏的显示所基于的原理都一样，只是彩屏的分辨率更高，能显示的颜色更是丰富多彩。由于1602只能显示字符的缺陷，不能达到我们的要求，所以我们只能选择12864液晶或者TFT彩屏，虽然它们在价格上有差距，但是 1.8寸TFT彩屏显示显示效果更好，因此我选择了TFT彩屏作为显示芯片。第 3 章 硬件系统设计3.1 系统框图与说明初步确定设计系统由AVR单片机主控模块、时钟模块DS1302、TFT-LCD 显示模块组成，电路系统框图。系统框图如下图3.1所示图 3.1 系统框图图 3.1 系统框图3.2 硬件设计部分3.2.1 单片机芯片选择作为电子爱好者或者电子行业硬件工程的开发者，单片机技术的掌握是必须的，但是目前很多的初学者选择入门的单片机都是基于MCS-51 内核的单片机，虽然此类单片机学习简单，使用方便，但是其性能在很多场合却是大打折扣，要么速度欠缺，要么存储空间欠缺，因此，由于MCS-51 自身的结构所限制，与目前的新技术有明显的脱节。AVR单片机是近10年来发展起来的新型的、基于增强型RISC结构的单片机。 AVR在运行速度，存储器空间，内部功能模块的集成化，以串行接口为主的外围扩展，适合使用高级语言编程，以及在开发技术和仿真调试方面都比MCS-51内核的单片机要先进。ATmega128 具有如下特点：128K 字节的系统内可编程Flash( 具有在写的过程中还可以读的能力，即RWW)、4K 字节的EEPROM、4K 字节的SRAM、53 个通用I/O 口线、32个通用工作寄存器、实时时钟RTC、4 个灵活的具有比较模式和PWM 功能的定时器/ 计数器(T/C)、两个USART、面向字节的两线接口TWI、8 通道10 位ADC( 具有可选的可编程增益)、具有片内振荡器的可编程看