电子时钟单片机课程设计.doc

2014 2015 学年 第 2 学期 单片机应用技术 课 程 设 计 报 告题 目：电子时钟（lcd）显示 专 业： 自动化 班 级： 12自动化1班 姓 名： 指导教师： 电气工程学院2015年 05月 23日任务书课题名称电子时钟（lcd）显示指导教师（职称）陆媛 宋洪儒 执行时间20142015学年第2 学期 第 11 周学生姓名学号承担任务万加龙1209111040方案设计及绘制电路图姜南1209111021软件编程及仿真分析设计目的1、进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2、掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。3、通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。4、通过程序设计和仿真，逐步掌握模块化程序设计方法和仿真软件的使用。5、通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。 设计要求以at89c51单片机为核心的时钟，在lcd显示器上显示当前的时间：1使用字符型lcd显示器显示当前时间。2显示格式为“时时：分分：秒秒”。3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。4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。摘 要 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器cpu、随机储存器ram、只读储存器rom 、多种i/o口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、a/d转换等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。此次系统是基于ds1302的多功能电子钟，以at89c51单片机作为主控芯，采用实时时钟芯片ds1302，使用lcd lm016l液晶作为显示输出。该系统走时精确，具有显示时、分、秒的功能，本文将详细介绍at89c51单片机和ds1302时钟芯片的基本原理，从软件和硬件电路的实现两大方面进行分析。关键词：at89c51单片机 ds1302时钟芯片 lm016l液晶屏3目录第一章 绪 论51.1 at89c5单片机概述51.2 lcd液晶显示器概述51.3 ds1302简介6第二章 方案论证与设计72.1 显示部分72.2 数字时钟72.3 总体硬件组成框图82.4 lcd显示模块8第三章 系统硬件设计93.1 at89c51单片机最小系统93.2 lcd液晶显示模块103.3 按键模块113.4 整体电路12第四章 系统的软件设计134.1 主程序设计134.2 时钟主程序流程13第五章系统调试与测试结果分析155.1 系统调试155.1.1硬件调试155.1.3硬件软件联调155.2 测试结果15心得与体会17参考文献18答辩记录19第一章 绪 论 20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。然而随着人们生活节奏的加快，时间对人们的重要性也越来越重要，因此，拥有一个不错的时钟对人们的生活将带来很大的方便。时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。1.1 at89c5单片机概述at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。at89c51单片机有40个引脚，其中包含2个专用于主电源的引脚，2个外接晶体的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出i/o引脚。1.2 lcd液晶显示器概述lcd 液晶显示器是 liquid crystal display 的简称，lcd 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。lcd可以分为为两种类型，一种是文字模式lcd，一种是绘图模式lcd。lcd016l属于字符型液晶，能够同时显示16x2即32个字符。可以与8位cpu相联，指令功能强可以组合成各种输入、显示、移位方式以满足不同要求。显示黄绿带背光，显示对比度可以调节，正常工作电压（vdd）为+5v，工作电流约为2ma(不计背光功耗)，同时可靠性高寿命达50，000小时（25）。1.3 ds1302简介ds1302 是美国dallas公司推出的一种高性能、低功耗、带ram的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5v5.5v。采用三线接口与cpu进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或ram数据。ds1302内部有一个318的用于临时性存放数据的ram寄存器。ds1302是ds1202的升级产品，与ds1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。其主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。第二 章 方案论证与设计本设计采用at89c51单片机作为本系统的控制模块。单片机可把ds1302中的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历和闹铃的显示。以lcd液晶显示器为显示模块，把单片机传来的数据显示出来，并且显示多样化。在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。下面对各模块的设计逐一进行论证比较。2.1 显示部分由于采用led显示，分静态显示和动态显示。对于静态显示方式，所需的译码驱动装置很多，引线多而复杂，且可靠性也较低。而对于动态显示方式，虽可以避免静态显示的问题，但设计上如果处理不当，易造成亮度低，有闪烁等问题。而采用lcd显示。lcd液晶显示具有丰富多样性、灵活性、电路简单、易于控制而且功耗小等优点，对于信息量多的系统，是比较适合的。鉴于上述原因，我们采用lcd显示。2.2 数字时钟数字时钟是本设计的核心的部分。根据需要可采用以下两种方案实现：方案一：方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、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，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电，程序将不执行。而且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。方案二：方案采用dallas公司的专用时钟芯片ds1302。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，可使系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。基于时钟芯片的上述优点，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。2.3总体硬件组成框图本系统的电路系统框图如图2-1所示。at89c51单片机对ds1302写入控制字并读取相应的数据，继而控制lcd016l作出对应的显示。键盘控制模块at89c51主控模块lcd1602液晶显示模块ds1302时钟模块图2-1 总体硬件组成框图2.4 lcd显示模块用lm016l为lcd显示模块，把对应的引脚和最小系统上的引脚相连，连接后用初始化程序对其进行简单的功能测试。测试成功后即可为实验所用，如图：图2-2 lcd显示模块图第三章 系统硬件设计3.1 at89c51单片机最小系统最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图3-1为at89c51单片机的最小系统。图3-1 最小系统电路3.2 lcd液晶显示模块 lcd液晶显示模块采用lcdlm016l型号，具有很低的功耗，正常工作时电流仅2.0ma/5.0v。通过编程实现自动关闭屏幕能够更有效的降低功耗。lcd1602分两行显示，每行可显示多达16个字符。lcd1602液晶模块内部的字符发生存储器（cgrom）已经存储了160个不同的点阵字符图形，通过内部指令可实现对其显示多样的控制，并且还能利用空余的空间自定义字符。其接线如图3-2。图3-2 lcd显示电路3.3 按键模块它是整个系统中最简单的部分，根据功能要求，本系统共需四个按键：进入设定、时设定、分设定、确认设式键采用独立式按键。如图3-3所示。图3-3 按键模块图3.4 整体电路系统整体电路如图3-4 所示：图3-4 整体电路图第四章 系统的软件设计4.1 主程序设计主流程图说明：程序开始运行时先初始化时钟控制器件ds1302、显示器件lcdlm016l，然后打开lcdlm016l，再读取时间，把读取的数据送入lcdlm016l进行显示，时间进行调整。其主程序流程如图4-1所示。图4-1 主程序流程图4.2 时钟主程序流程时钟主程序流程图说明：程序开始后初始化ds1302，然后从ds1302中读出数据，放入ram中，然后调用显示子程序，使lcdlm016l相应的模块显示温度，其间也可对温度进行设置，设置完成后把数据重新送入ram中，再由lcdlm016l相应模块显示，整个过程由此反复进行。保护现场设置计数初值1s到？（40h）=10？0 （40h）（40h）+1 （40h）（41h）+1 (41h)（46h）=4？0 （46h）（0） （47h）恢复现场返回nn图4-2 中断服务流程图（41h）=5？0 （41h）（43h）=10？0 （43h）（43h）+1 （43h）（44h）+1 (44h)（44h）=5？0 （44h）（46h）+1 (46h)（47h）=2？（46h）+1 （46h）nn（46h）=10？0 （46h）（47）+1 （47）nn第五章 系统调试与测试结果分析5.1 系统调试根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试：温度测量模块的调试，时钟模块的调试，lcd液晶显示模块的调试等，最后将各模块组合后进行整体测试。5.1.1硬件调试对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能否实现指定的功能。5.1.2软件调试 软件调试采用单片机仿真器wave6000l及微机，将编好的程序进行调试，主要是检查语法错误。5.1.3硬件软件联调 将调试好的硬件和软件进行联调，主要调试系统的实现功能。5.2 测试结果此次系统设计结果较好，能动态显示实时时钟的时、分、秒，数据显示，能够实现时钟的定时，并且具有调整时间的功能。初始时间图如图5-1所示：图5-1 初始时间设置时钟时间如图5-2所示：图5-2设置时钟时间设置分钟时间如图5-3所示：图5-2设置分钟时间心得与体会每次做单片机实验都会有不同的等收获，而这次的实验让我感觉收获更大。这次的实验让我巩固了以往所学，而且锻炼了自己发现问题解决问题的能力。在编程过程，发现自己对c语言很生疏，很多技巧和函数运用都不会，通过参考资料和询问同学终于让我完成了程序，并实现了程序的功能。这不仅提高了自己动手能力，也培养了自己的思考能力。这次在编程过程中学到了很多新东西，特别是lcd的显示，在设定的显示字符后，正确编译后显示各种设定值，lcd显示16位字符，在最初编程时编译正确但是lcd上的显示字符有缺失，显示不完整，经过不断调试发现空格同样占据字符，只有所有字符不超过16位且位置正确时才能完整正确显示。时间的显示需要每一个显示的位子有定义，而且要给“：”留下特定位子。同时编程时发现还可以显示其他如日期。但本实验不需要且很难完成最终没实现。在仿真过程中发现许多模型不知道名称，最后搜索了一份proteus 元件库，里边有很多元件模型的名称。最后搭建成功了仿真模型，并且运行成功。从这次课程设计中我体会到了自己用汗水换来的成果的喜悦。因为程序的运行过程中需要考虑各个模块之间的影响和互助，有一些模块是我们没有学习过的我从网上找到相似的然后经过修改变成我能用的，在这之间我锻炼了我的变成能力。电路的设计相对编程来说要容易一些，总体来说电路图都是大同小异的，只是他们中的分支做一些修改来。这次设计中，我深刻体会到专研的重要性，一个看似简单的系统，却需要着大量的知识储备和很强的专研精神，理论和实践往往是两回事，理论上很简单的事情在实际操作中往往会遇到很多意想不到的困难，学科的知识不光来自于书本知识，更来自于实践。由于水平和经验的有限，系统可能仍存在一些缺点或者有更多更好的功能或方法可以加进去，望各位老师、同学指正。在这里要感谢老师在以往实验过程中不厌其烦的帮助自己解决所遇到的问题和传授一些知识和小窍门。让我对单片机有机会加深了解，体会到了单片机的强大，学到了很多，谢谢。参考文献1 苏家健：单片机原理及应用技术高等教育出版社2 肖婧：单片机入门与趣味实验设计，北京航天航空大学出版社3 李朝青：单片机原理及接口技术，北京航天航空大学出版社4 邓锦城：单片机专题制作，学苑出版社7 张义和.例说51单片机m.北京：人民邮电出版社，2010年5 阎石编著 数字电子技术基础 (第五版) 北京高等教育出版社 2006.15506 蔡明文 冯先成主编 单片机课程设计 华中科技大学出版社 2007.37 陈明萤 编著 8051单片机课程设计实训教材 清华大学出版社 20048 黄智伟 编著 全国大学生电子设计竞赛电路（第一版）航空航天大学出版社 2006.369戴佳，苗龙，陈斌51单片机应用系统开发典型实例m.中国电力出版