闹钟功能LCD时钟.doc

目 录第1节 创新设计引言 31.1 多功能LCD时钟系统概述 3 1.2 本设计任务和主要内容 4第2节创新设计实物图以及电路原理图 52.1创新设计实物图 52.2电路原理图 5第3节 系统主要硬件电路设计 63.1 单片机控制系统原理 63.2 模块电路设计与比较 73.3各功能模块设计及实现 8 3.3.1 单片机控制系统 9 3.3.2 实时时钟模块 10 3.3.3 按键调整时钟输入模块 11 3.3.4 液晶模块 11 3.3.5 闹钟到时鸣响模块 12第4节 系统软件设计 124.1系统主程序设计 134.2时间日期控制子程序 144.3定时中断子程序 15第5节 系统软件设计 16基于单片机的闹钟功能LCD时钟第1节 创新设计引言近年来，随着我国科技的不断发展，我国经济发展的支柱产业电子产业获得长足发展，近年来各种电子产品琳琅满目，随处可见，随着电子产品的更新速度的加快，各种功能强大，款式新颖的电子产品不断问世。电子时钟便是这一发展趋势中的代表，各种功能的电子时钟应有尽有，且功能不断更新。电子时钟的研究也成为大多数相关专业的学生以及研究人员争先研究的对象，本人根据长时间对市场的关注和对同行对电子时钟的研究，总结前人以有经验特提出此项目设计，此项目结合了前人对电子时钟的研究成果，具有功能强大，设计人性化的特点。此项目的制作，对提高在校大学生的科研能力以及丰富大学生课外生活具有重要意义。1.1 多功能LCD时钟系统概述本设计以单片机AT89C51为控制核心，由实时时钟模块、按键调整时钟输入模块、闹钟鸣响模块等部分组成。其中实时时钟并没有采用DS12887等可实现年月日时分秒等时间信息的采集，而采用由单片机控制的实时时钟跳转和闹钟功能。按键调整时钟模块由4键组成，分别调整实时钟时的时、分和闹钟时、分，可实现时间调整，闹钟设置的功能。用LCD1602液晶显示屏直接连接输出，可实现时间显示、闹钟显示等功能。闹钟鸣响模块由蜂鸣器和滤波电路等组成，可实现由电平来闹铃控制功能。1.2 本设计任务和主要内容本设计以单片机为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、实时时钟模块、按键调整时钟输入模块、闹钟鸣响模块等。1、 单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。 它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。2、 实时时钟模块，实时时钟芯片并没有采用带 RAM的时钟芯片DS12887。而是直接有单片机的定时累加跳转来实现时分秒的计数，由于本设计显示信息比较简单，采用液晶显示界面清晰，操作方便，具有两行显示，第一行显示实时时钟，第二行显示闹钟，还具有闹钟功能和液晶亮度调节功能，并且可以对其方便的进行程序控制，完全能满足设计的要求。3、 按键调整时钟输入模块，采用按键单个电平控制，共有4个键。采用液晶显示，分别调整实时钟时的时、分和闹钟时、分，可实现时间调整，闹钟设置的功能。直接在其实时时钟运转的同时，在其上进行时间调节。4、 闹钟鸣响模块，采用的是由液晶显示屏第二行所显示闹钟的设定时间为基准，有单片机来控制，判断液晶显示屏第一行所显示实时时钟是否与液晶显示屏第二行所显示闹钟的设定时间一致，如果相同则蜂鸣器鸣响，若不相同继续判断。第2节 创新设计实物图以及电路原理图2.1 创新设计实物图：本设计以单片机AT51为控制核心，实时时钟模块、按键调整时钟输入模块、闹钟鸣响模块等部分组成。其中实时时钟并没有采用DS12887等可实现年月日时分秒等时间信息的采集，而采用由单片机控制的实时时钟跳转和闹钟功能。按键调整时钟模块由4键组成，分别调整实时钟时的时、分和闹钟时、分，可实现时间调整，闹钟设置的功能。用LCD1602输出，可实现时间显示、闹钟显示等功能。闹钟鸣响模块由蜂鸣器和滤波电路等组成，可实现由电平来闹铃控制功能。本系统以51为核心部件，利用软件编程，通过键盘控制和液晶显示实现了时钟功能、闹钟功能，并完成对实时时钟的调整以及闹钟时间的设置，能实现本设计的基本要求和发挥部分。如在本设计中能很好的显示实时时间和闹钟时间，通过按键的设置来调节闹钟，修改时间的显示以及闹钟的显示功能，另外还可以实现闹钟到时进行蜂鸣响提示功能。在本设计中尽量做到了硬件电路简单稳定，减小电路复杂和其他环境干扰，充分发挥软件编程的优点，减小因元器件精度不够引起的误差。硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。由于编程多涉及到数值运算，比较复杂，还有LCD的显示设计都是需要多重选择判断，用我们平时常用的C语言编程是很难实现的，这里我们选用了移好、结构清晰、能进行简单运算的汇编语言来实现编程。2.2 电路原理图：本设计以单片机AT51为控制核心，实时时钟模块、按键调整时钟输入模块、闹钟鸣响模块等部分组成。其中实时时钟并没有采用DS12887等可实现年月日时分秒等时间信息的采集，而采用由单片机控制的实时时钟跳转和闹钟功能。按键调整时钟模块由4键组成，分别调整实时钟时的时、分和闹钟时、分，可实现时间调整，闹钟设置的功能。用LCD1602液晶显示连接输出，可实现时间显示、闹钟显示等功能。闹钟鸣响模块由蜂鸣器和滤波电路等组成，可实现由电平来闹铃控制功能。本系统以51为核心部件，利用软件编程，通过键盘控制和液晶显示实现了时钟功能、闹钟功能，并完成对实时时钟的调整以及闹钟时间的设置，能实现本设计的基本要求和发挥部分。如在本设计中能很好的显示实时时间和闹钟时间，通过按键的设置来调节闹钟，修改时间的显示以及闹钟的显示功能，另外还可以实现闹钟到时进行蜂鸣响提示功能。在本设计中尽量做到了硬件电路简单稳定，减小电路复杂和其他环境干扰，充分发挥软件编程的优点，减小因元器件精度不够引起的误差。硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控和协调。系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。由于编程多涉及到数值运算，比较复杂，还有LCD的显示设计都是需要多重选择判断。第3节 系统主要硬件电路设计3.1单片机控制系统原理方案一：采用 89C51单片机来实现系统的控制。键盘用芯片7289控制，时钟芯片采用DS12887。此方案逻辑电路复杂，且灵活性较低，不利于各种功能的扩展，再加上由于未接触过钟芯片采用DS12887且键盘控制复杂，在编写代码方面有一定的难度。 方案二：采用 89C51单片机来实现系统的控制。按键采用单个独立式电平控制，没有采用时钟芯片而是有单片机直接控制运行。系统硬件简洁，将复杂的硬件功能用软件实现，因此系统控制灵活，能很好地满足本题的基本要求和扩展要求。此方案基本原理框图如下图所示。 比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能完全达到设计要求，故采用第二种方案。本设计以单片机AT51为控制核心，实时时钟模块、按键调整时钟输入模块、闹钟鸣响模块等部分组成。其中实时时钟并没有采用DS12887等可实现年月日时分秒等时间信息的采集，而采用由单片机控制的实时时钟跳转和闹钟功能。按键调整时钟模块由4键组成，分别调整实时钟时的时、分和闹钟时、分，可实现时间调整，闹钟设置的功能。用LCD1602液晶显示连接输出，可实现时间显示、闹钟显示等功能。闹钟鸣响模块由蜂鸣器和滤波电路等组成，可实现由电平来闹铃控制功能。本系统以51为核心部件，利用软件编程，通过键盘控制和液晶显示实现了时钟功能、闹钟功能，并完成对实时时钟的调整以及闹钟时间的设置，能实现本设计的基本要求和发挥部分。如在本设计中能很好的显示实时时间和闹钟时间，通过按键的设置来调节闹钟，修改时间的显示以及闹钟的显示功能，另外还可以实现闹钟到时进行蜂鸣响提示功能。在本设计中尽量做到了硬件电路简单稳定，减小电路复杂和其他环境干扰，充分发挥软件编程的优点，减小因元器件精度不够引起的误差。硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控和协调。系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。由于编程多涉及到数值运算，比较复杂，还有LCD的显示设计都是需要多重选择判断，用我们平时常用的C语言编程是很难实现的，这里我们选用了好、结构清晰、能进行简单运算的汇编语言来编程。图2-1系统总体设计框图3.2模块电路设计与比较时钟方案选择：方案一：要求显示小时和分钟，采用带 RAM的时钟芯片DS12887。该芯片可以进行时分秒的计数，具有100年日历，但此方案硬件复杂，稳定性低，且不易控制。 方案二：，因此采用单片机来控制，由代码编写程序来完成实时时钟的运转，还具有闹钟功能，并且可以对其方便的进行程序控制，能很好的符合要求。故采用方案二。电源方案选择： 方案一：采用电池组来提供电源，实现LCD显示实时时钟功能，但由于本单片机需要稳定的 5V电压来供给运作，所以电池组不好实现。 方案二：采用具有变压功能的火牛来提供稳定的 5V电压，不但能稳定地供给所需电流，稳定好，而且还有保护功能，故采用方案二。显示模块的选择：方案一：采用数码管显示。数码管亮度高、体积小、重量轻，但其显示信息简单、有限，在本题目中应用受到很大的限制。 方案二：采用液晶显示。液晶显示功耗低，轻便防震。采用液晶显示界面友好清晰，操作方便，显示信息丰富。 闹钟到时鸣响方案的选择：方案一：采用音乐芯片来实现闹钟到时，进行音乐来提示，但由于音乐芯片对电流的稳定性敏感，所以在播放时会出现音量大少失控的现象，且有杂音，加上喇叭过大，不适合安装在电路板上。方案二：采用简单的蜂鸣器与滤波电路，电路简单，元件少不占地方那个，不但可以稳定地发放出声音，且效果显著，所以选择方案二最为合适。按键输入方案选择：方案一：由于需要有输入电路来控制调整实时时钟的时间，以及闹钟的设置，采用关联式数字键盘输入方式，但由于关联式数字键盘电路容易出错，且代码编写难度大，所以难以实现。 方案二：采用独立式电平按键输入方式，按键组由4键组成，分别调整实时钟时的时、分和闹钟时、分，可实现时间调整，闹钟设置的功能。以电平方式来控制，不但可以以单个按键来控制所对功能调节，而且电路简单，代码编写简单，所以选择方案二最为合适。3.3各功能模块硬件设计及实现本设计以单片机AT89C51为控制核心，由实时时钟模块、按键调整时钟输入模块、闹钟鸣响模块等部分组成。可实现时间显示、闹钟设置、闹钟到时鸣响等功能。闹钟鸣响模块由蜂鸣器和滤波电路等可实现闹铃控制和到时鸣响功能。调整输入采用电平方式单个控制按键控制，没用采用时钟芯片采用DS12887，而是直接有单片机来控制实时时钟的运转。此系统硬件简洁，将复杂的硬件功能用软件实现，因此系统控制灵活，能很好地满足本设计的基本要求和扩展要求。硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现此设计基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：系统稳定度；器件的通用性或易选购性； 软件编程的易实现性；系统其它功能及性能指标；因此硬件设计至关重要。现从各功能模块的实现逐个进行分析探讨。3.3.1单片机控制系统单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。为了简化电路、降低成本、提高可靠性，本系统采用AT89C51作为主控制器，它是一款与MCS51完全兼容且内部自带有4KB的Flash存储器及256KB RAM单元的芯片，因此可以不需另外扩展EEPROM及静态RAM就可以实现所需功能。单片机最小系统是软硬件系统连接的桥梁。它包括： 1、 单片机89C512、 蜂鸣器3、 按键X54、 LCD1602液晶模块 其中单片机最小系统的电路图如图2-2所示。图2-2 单片机最小系统单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式，如图2-2所示在其外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。图2-2中外接晶体以及电容C2和C3构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为25P左右，晶振频率选12MHz。为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复位后可使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果RST引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位后系统将输入/输出(1/0)端口寄存器置为FFH，堆栈指针SP置为07H, SBUF内置为不定值，其余的寄存器全部清0，内部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM的内容是不定的。复位操作有两种情况，即上电复位和手动(开关)复位。本系统采用上电复位方式。3.3.2 实时时钟模块时钟模块并没有采用DS12887等可实现年月日时分秒等时间信息的采集，而是采用单片机来控制，由代码编写程序来完成实时时钟的运转，还具有闹钟功能，并且可以对其方便的进行程序控制，能很好的符合要求。3.3.3按键调整时钟输入模块采用独立式电平按键输入方式，按键组由4键组成，分别调整实时钟时的时、分和闹钟时、分，可实现时间调整，闹钟设置的功能 图2-8 按键显示电路图3.3.4 液晶模块液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件功能介绍：LCD1602-C(黄色背光)是一款具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。3.3.5闹钟到时鸣响模块闹钟到时鸣响模块的作用是当实时时钟运转到闹钟设置的时间时，进行蜂鸣器鸣响提示，但实时时钟时间与闹钟设置的时间不同时，停止蜂鸣器鸣响提示。根据这些功能要求，还附加了滤波电路，能使蜂鸣器放声稳定到位。闹钟到时鸣响模块如图2-11所示。图2-11 闹钟到时鸣响模块图第4节 系统软件设计硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。由于编程多涉及到数值运算，比较复杂，还有LCD的显示设计都是需要多重选择判断，用我们平时常用的C语言编程是很难实现的，这里我们选用了移值性好、结构清晰、能进行简单运算的汇编语言来实现编程。4.1 系统主程序设计为实现系统功能，系统软件共设九个运行状态（见图 3-1中S1-S5）和一个中断处理程序（SR）。各部分功能描述如下： S1:时钟日期显示状态，89c51从本身程序循环读取时间日期值并显示；时间值与闹钟设置值比较，若定时到，则进入闹铃状态（ S8）； S2:时间设置状态。进行时间和日期的设置。 S3:闹钟设置。显示闹钟所设定的时间，并可进行闹钟时间设置。S4:设置闹钟时间状态。S5:闹铃状态。SR:中断服务程序。读取按键值并根据系统所处的不同的状态设置标志位。 为了保证系统的可靠运行，必须要有良好的软件相配合，而且要有友好的人机对话功能，鉴于以上要求，该系统软件部分主要由主程序、中断子程序、延时子程序、鸣响产生子程序等几大模块组成。主程序流程图如图3-1所示。本设计以单片机AT51为控制核心，实时时钟模块、按键调整时钟输入模块、闹钟鸣响模块等部分组成。其中实时时钟并没有采用DS12887等可实现年月日时分秒等时间信息的采集，而采用由单片机控制的实时时钟跳转和闹钟功能。按键调整时钟模块由4键组成，分别调整实时钟时的时、分和闹钟时、分，可实现时间调整，闹钟设置的功能。用LCD1602液晶显示直接连接输出，可实现时间显示、闹钟显示等功能。闹钟鸣响模块由蜂鸣器和滤波电路等组成，可实现由电平来闹铃控制功能。本系统以51为核心部件，利用软件编程，通过键盘控制和液晶显示实现了时钟功能、闹钟功能，并完成对实时时钟的调整以及闹钟时间的设置，能实现本设计的基本要求和发挥部分。如在本设计中能很好的显示实时时间和闹钟时间，通过按键的设置来调节闹钟，修改时间的显示以及闹钟的显示功能，另外还可以实现闹钟到时进行蜂鸣响提示功能。在本设计中尽量做到了硬件电路简单稳定，减小电路复杂和其他环境干扰，充分发挥软件编程的优点，减小因元器件精度不够引起的误差。硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。由于编程多涉及到数值运算，比较复杂，还有LCD的显示设计都是需要多重选择判断，用我们平时常用的C语言编程是很难实现的，这里我们选用了、结构清晰、能进行简单运算的汇编语言来实现编程。图3-1 软件整体流程图 主程序比较简单，初始化完成后，调用时间日期显示设置程序，取得时钟显示，并根据当前系统状态调用相应的子程序。这里有几个基本的子程序供调用，分别对应系统的各种功能状态。分别是时间日期显示程序、时间设置程序、闹钟设置子程序和闹钟到时鸣响子程序等。4.2时间日期控制子程序本设计以单片机为控制核心，实时时钟模块、按键调整时钟输入模块、闹钟鸣响模块等部分组成。其中实时时钟并没有采用DS12887等可实现年月日时分秒等时间信息的采集，而采用由单片机控制的实时时钟跳转和闹钟功能。按键调整时钟模块由4键组成，分别调整实时钟时的时、分和闹钟时、分，可实现时间调整，闹钟设置的功能。用LCD1602液晶显示直接连接输出，可实现时间显示、闹钟显示等功能。闹钟鸣响模块由蜂鸣器和滤波电路等组成，可实现由电平来闹铃控制功能。本系统以1为核心部件，利用软件编程，通过键盘控制和液晶显示实现了时钟功能、闹钟功能，并完成对实时时钟的调整以及闹钟时间的设置，能实现本设计的基本要求和发挥部分。如在本设计中能很好的显示实时时间和闹钟时间，通过按键的设置来调节闹钟，修改时间的显示以及闹钟的显示功能，另外还可以实现闹钟到时进行蜂鸣响提示功能。在本设计中尽量做到了硬件电路简单稳定，减小电路复杂和其他环境干扰，充分发挥软件编程的优点，减小因元器件精度不够引起的误差。硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。由于编程多涉及到数值运算，比较复杂，还有LCD的显示设计都是需要多重选择判断，用