LCD数字电子钟的设计智能仪表综合训练设计说明书毕业论文.doc

智能仪表综合训练设计说明书题 目：LCD数字电子钟摘要随着科技的发展，单片机的应用正在不断深入，涉及到日常生活的方方面面。本设计是基于单片机89C52为控制核心，以LCD1602为显示的数字时钟。其主要功能是可正常显示时钟、日历、带有定时闹钟的多功能数字电子钟。本设计采用89C52RC单片机芯片作为中央处理器，内部定时器定时计数产生时钟日历信息，星期通过编程计算自动生成，并利用液晶显示屏LCD1602来显示时钟、日历、星期、闹钟等信息，通过按键来设置或校准相关信息。本数字时钟设计的原理相对简单，所以硬件电路也相对简单，难点和重点主要放在C语言的编程上，使用到定时器的子程序、延时程序、键盘程序、液晶模块和单片机模块的初始化程序、液晶显示的程序等，各个函数交叉调用，配合主程序的运行。关键字： 电子钟； STC89C52； LCD1602； 键盘； 定时器第一章 前言随着电子技术的不断发展，单片机技术在设计中所体现出来的优势越来越明显，它不仅是电子信息类专业的一个重要部分，而且在其他类专业工程中也是不可缺少的。广泛地应用于家电、工业过程控制、仪器仪表、智能武器、航天和空间飞行器等领域，已成为新一代一些电子设备不可缺少的核心部件。单片机把计算机最基本的功能电路，如CPU、程序存储器、数据存储器、I/O接口、定时、计数器、中断系统等集成到一块芯片上，形成单片形态的计算机。单片机通常以最小系统运行，在家用电器中和常用的智能仪器仪表中常常可以“单片”工作，同时单片机在我们日常生活中叶经常见到，同时单片机在我们日常生活中也经常见到，如电子表、舞厅里的一些等国的控制、工厂一些自动化控制等。将来只要有自动控制方面的都会离不开单片机的开发和使用，对于现代的自动化控制起着举足轻重的作用。而数字钟正是一种用数字电路技术与单片机技术实现计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用1。数字时钟是指以微处理器为核心，充分利用数字技术和软件技术，与各类脉冲信号的传感器配合，记录时间等的智能仪表。数字时钟是日常生活、工业生产中常用的一种工具，社会拥有量和需求量都很大。功能上要求能够完成准确走时、调时，性能上要求抗干扰能力强，稳定可靠，同时在价格上具备竞争力2。结合以上几点，设计了一款数字时钟，该数字时钟设计工作原理为：单片机上电后，定时器工作计时开始，通过按键进行调时及闹钟调整，通过LCD显示其值。日常生活中对单片机数字钟的问题要求越来越高，本设计仅针对简单的数字钟进行研究，能够实现数字时钟的正确走时。第二章 数字电子钟整体方案设计2.1 方案原理本系统由STC89C52RC单片机和字符点阵型LCD1602液晶显示器等器件构成。用单片机内部定时器定时产生计数信号，单片机把数据进行处理，然后把数据传输到显示模块LCD1602液晶显示器，实现时间和日期的显示。通过编写程序实现具体的功能，如年、月、日、星期、时、分、秒，以及时间的校准、闹钟的设置等。再通过编写LCD液晶显示器的驱动程序，使其信息显示在LCD1602液晶显示器上。系统方框图如图2-1所示。图 2-1 系统方框图键盘是为了完成时钟、日历的校对和日历的显示功能。由于此电子时钟要求具有闹铃功能，所以设计有闹铃电路，进行声音响铃。2.2 所用硬件简介2.2.1 STC89C52单片机STC系列单片机是由STMicroelectronics 公司生产，并有宏晶公司做大陆代理的。STMicroelectronics即意法半导体公司是1987年6月在意大利的SGS微电子公司和法国的汤姆逊微电子公司合并后产生的。1998年5月，公司由原来的SGS汤姆逊(SGSTHOMSON)微电子公司改名为意法半导体公司(STMicroelectronics)，简称ST公司3。STC89C52RC可以代替AT89C51，功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低。它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器4。在单芯片上，拥有8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。它具有以下标准功能，8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4kB EEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口5。STC89C52RC的内核和AT51系列单片机一样，故引脚相同，外形及引脚排列也相同。STC89C52RC封装图如2-2所示。图 2-2 STC89C52RC封装图2.2.2 LCD液晶显示器 LCD1602液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。本系统使用是是LCD1602液晶显示器，它可以显示两行，每行16个字符，采用单+5V电源电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比6。LCD1602封装图如图2-3所示。图2-3 LCD1602封装图LCD1602采用标准的16脚接口，其中VSS为地电源，VDD接5V正电源，VEE为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。D0D7为8位双向数据线。BLA背光源正极，BLK背光源负极。LCD1602模块引脚功能图如图2-4所示。编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BAL背光源正极8D1数据16BLK背光源负极图2-4 LCD1602模块引脚功能图2.2.3 晶振的选择这里使用的晶振频率为11.0592MHz.第三章 数字电子钟硬件设计3.1 显示电路的设计系统的显示电路采用的是液晶显示方式。采用1602字符点阵型液晶模块，上一行显示日期，星期，下一行显示时间或是闹钟。使用起来比较灵活，操作简单，易控制，能够带来很大的方便。在LCD1602液晶显示模块和单片机STC89C52RC相连接时的，具体的接法为：将VSS接地，VDD接高电平，VEE接地。将RS接到P1.0口，R/W接到P1.1口，E接到P1.2口。D0D7接到P0口来控制命令输入及数据的输入/输出。具体的连接电路如图3-1所示。图3-1 LCD1602和单片机STC89C52RC接口电路3.2 按键电路的设计根据功能需要，本时钟需要设置以下功能键：时间设置键，加1键，减1键，推出确定键。按照键盘与CPU的连接方式可分为独立式键盘和矩阵式键盘。本设计采用独立式键盘是各个按键相互独立，每个按键占用一个I/O口线，每根I/O口线上的按键不会影响其他I/O口上按键工作状态。独立式键盘电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口，在按键数量较多时，I/O口线浪费较大，且电路结构复杂。矩阵式键盘适合按键较多时使用。由于本设计的电子钟最多需要4个按键，若采用矩阵式键盘时会有按键浪费，故采用的是独立式键盘。具体的连接电路如图3-2所示。图 3-2键盘电路单片机管脚只有在按键按下时为低电平，按键弹出后重新恢复高电平。按键操作说明如下：K1键：该键为时间设置键，每次按动该键，都会使其计数变量加1。K1计数变量为19次，分别调节年、月、日、星期、时、分、秒和闹钟时、分。当按下次数为十时，计数变量清零。K2键：该键为加1键。该键每次按下将使相应校对位进行加1操作。当设置键计数变量为0时，按下此键可切换闹钟的开关状态。K3键：该键为减1键。该键每次按下将使相应校对位进行减1操作。当设置键计数变量为0时，按下此键可关闭当天的闹钟铃响状态。K4键：该键为退出确认键。按下此键，K1键计数变量清零。3.3 闹铃电路设计本设计采用蜂鸣器闹铃，如当前时刻与闹铃时间相同，单片机向蜂鸣器送出低电平，蜂鸣器发声。采用蜂鸣器闹铃结构简单，控制方便，但是发出的闹铃声音单一。闹铃电路与按键K4共占用单片机一根I/O口P1.7， 中间用PNP型三极管连接P1.7和蜂鸣器。当P1.7引脚为低电平时，三极管的发射极和集电极导通，使蜂鸣器发声。当响铃标志位为“1”时，P1.7送一定频率脉冲，使蜂鸣器发出声音，电路连接如图3-3所示。图 3-3闹铃电路3.4 复位电路设计复位是单片机的初始化操作，以便使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。除了进入系统的正常初始化之外，当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，也可按复位键重新启动。电路连接如图3-4所示。图3-4 复位电路3.5 晶振电路的设计STC89C52单片机的时钟产生方法有两种：内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在X1、X2引脚上外接定时组件，内部的震荡电路会产生自激震荡。本设计采用常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。震荡晶体选择可在1.2MHz到12MHz之间选择。电容值无严格要求，但电容取值对震荡频率输出的稳定性、大小、震荡电路起震速度有少许影响，C1、C2可在20pF到100pF之间取值，但在60pF到70pF时震荡器会有较高的频率稳定性。所以在本设计中，震荡晶体选择11.0592MHz，电容选择30pF，电路连接如图3-5所示。图 3-5 晶振电路第四章 数字电子钟的软件设计4.1 定时器模块部分产生时间函数流程图如图4-1所示。图 4-1 时间产生程序流程图4.2 LCD显示模块部分4.2.1基本操作程序读状态：输入：RS=L，RW=H，E=H 输出：D0D7=状态字读数据：输入：RS=H，RW=H，E=H 输出：无写指令：输入：RS=L，RW=L，D0D7=指令码，E=高脉冲 输出：D0D7=数据写数据：输入：RS=H，RW=L，D0D7=数据，E=高脉冲 输出：无4.2.2状态字说明1602的状态字说明如下表4-2所示。其中，STA0STA6为当前地址指针的数值，STA7读写操作使能，1是禁止，0是允许，每次对控制器进行读写操作之前，必须进行读写检测，确保STA7为0。STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0D7D6D5D4D3D2D1D0表 4-2 LCD1602状态说明表4.2.3 显示部分程序流程图1 忙检测函数流程图，如图4-3所示。图 4-3 忙检测程序流程图2 写指令数据函数流程图，如图4-4所示。图 4-4 写指令数据程序流程图3 LCD初始化函数流程图，如图4-5所示。图 4-5 LCD初始化程序流程图4.3 键盘模块部分程序设计流程如图4-6所示。图 4-6 键盘程序流程图4.4 闹铃模块部分闹铃程序流程图如图4-7所示。图4-7 闹铃程序流程图4.5 主程序设计流程1 主程序流程图如图4-8所示。图 4-8 主程序流程图2 星期显示程序流程图如图4-9所示。图4-9 星期显示程序流程图3 显示类程序流程图如图4-10所示。图4-10 显示类程序流程图第五章 PCB板的制作Protel DXP是进行印制电路板(PBC)设计的重要工具。原理图设计工作主要包括电路板规划、元器件的选择、布局和连线,构成了制版的基础内容。电路设计的最终目的是生产制作电子产品,各种电子产品的使用功能与物理结构都是通过印制电路板来实现的。本设计制作PCB印刷电路板基本流程如图5-1所示。图5-1 制作PCB板流程图用protelDXP制作LCD显示电子钟原理图如图5-2所示。图5-2 数字电子钟原理图用protelDXP制作PCB印刷电路板如图5-3所示。图 5-3 数字电子钟PCB板第六章 软件调试与分析系统仿真分析电路原理图在proteus里设计完成，并将系统软件编译成.Hex文件，再进行电子时钟的系统虚拟仿真 。观察显示结果，根据显示的结果和课题的要求再修改程序，再运行检测，直到满足要求。（1）在proteus的原理图中，右键单击AT89C51将其选中，然后单击左键打开AT89C51的Edit Component 对话框，（2）选择相应的.Hex文件，再在Proteus ISIS 编辑窗口的File菜单中选择Save Design 选项，保存设计，生成.DSN文件。在Proteus ISIS的Debug菜单中选择Execute，运行程序，系统仿真结果如图6-1所示。图6-1 数字电子钟仿真结果图实现功能的具体方法： 按下第一个键K1键时钟进入调整功能时，按第二个键K2进行加1运算，按第三个键K3进行减1运算。按次数按下第一个键K1,等数字闪烁后，按一二键进行加减，从而可以依次进行具体日期时间调整，按K4键退出调整。当K1按键次数为零时，K2键有切换闹钟开关功能，K3键有关闭此次闹钟功能。日期显示格式为：年-月-日-星期；时间显示格式为：时-分-秒。整个数字电子钟具有显示时间日期，定闹钟的功能。参考文献1 李群芳.单片机原理、接口及应用M.北京：清华大学出版社，2005，3：27-31，178-1862 许兴存，曾琪琳.微型计算机接口技术M.北京：电子工业出版社，2005，7：308-3293 丁元杰.单片微机原理及应用M.北京：机械工业出版社，2006，3：1-10，166-1804 刘文涛.单片机应用开发实例M.北京：清华大学出版社，2005，9：19-26，42-1565 郭天祥.新概念51单片机C语言教程M.北京：电子工业出版社，2009，6：312-3316 王兆安.黄俊.电力电子技术M.机械工业出版社，2005，9：437 张友德，涂时亮，赵志英.单片微型机原理、应用与实验（C51版）：复旦大学出版社，2010，88 贾振国，许琳.智能化仪器仪表原理与应用。中国水利水电出版社，2011,39 PROTEL+DXP2004教程_百度文库10 Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例J.电子工业出版社，2006，10：5-7附录A：数字电子钟硬件原理图附录B：数字电子钟源程序#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit lcd_rs=P10;sbit lcd_rw=P11;sbit lcd_en=P12; /液晶控制端sbit key_set=P14;sbit key_up=P15;sbit key_down=P16; / 同时也是闹钟停止按钮sbit key_out=P17; /键盘控制端口，同时也是闹钟输出端口uchar count; /定时器计数变量uchar hour,min,sec,hour1,hour2,sec1,sec2,min1,min2; /时间变量uchar yue, ri,nian1, nian2, nian3, nian4, yue1, yue2, ri1, ri2; /月日变量uint nian; / 年变量uchar nao1=0, nao2=0, nao3=0, nao11, nao12, nao21, nao22; /设置闹钟变量uchar count1; / 星期计数变量uchar ww=0,qq=0,nao=1; /键盘设置端口计数变量，闹铃标志变量void lcd_delay(uint m) /延时函数while(m-);void read1602(char com)/忙检测uchar i;i=254;P0=0xff;lcd_rs=0; /读写命令lcd_rw=1; /读命令/数据lcd_en=1;while(i-)&(P0&0x80);/若一段时间以后仍低，则认为是不忙lcd_en=0;void write1602(uchar wdata,bit rw)/向LCD1602写数据（rw=1）或者命令（rw=0） read1602();lcd_rs=rw; P0=wdata; lcd_rw=0;lcd_delay(1); lcd_en=1;lcd_delay(1);lcd_en=0;void lcd_init() /LCD1602液晶的初始化lcd_delay(1500); write1602(0x38,0); /置功能，8位数据，2行显示，5x7字符write1602(0x0c,0); /只打开屏显write1602(0x06,0); /左到右显示，自加1 write1602(0x01,0); /清屏 write1602(0x80,0);void init()/定时器初始化count=0;hour=23; /小时初值min=59; /分钟初值sec=50; /秒初值nian=2012; /年初值yue=10; /月初值ri=12; /日初值count1=5;/星期初值TMOD=0x01; /中断T0工作方式TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; /计数器初值，为50msTR0=1;ET0=1;EA=1; /开中断void lcd_printf(uchar *str)/显示字符串 read1602();while(*str!=0)write1602(*str,1); /写入数据str+;lcd_delay(1);void lcd_moveto(uchar x,uchar y)/指定显示的行列坐标if(x=0)write1602(0x80|y,0);if(x=1)write1602(0xc0|y,0);void fengjie1(uchar a,uchar b, uchar c )/将时分秒两位数分解为两个数 hour1=a/10;hour2=a%10;min1=b/10;min2=b%10;sec1=c/10;sec2=c%10;void fengjie2(uint a,uchar b, uchar c ) /将年月日分解为两个数 nian4=a%10; a=(a-nian4)/10; nian3=a%10; a=(a-nian3)/10; nian2=a%10; nian1=a/10;yue1=b/10;yue2=b%10;ri1=c/10;ri2=c%10;void fengjie3(uchar a, uchar b )/将闹钟分解为两个数 nao11=a/10;nao12=a%10;nao21=b/10;nao22=b%10;void display1(uchar hour1,uchar hour2,uchar min1,uchar min2,uchar sec1,uchar sec2) /显示时间程序 lcd_moveto(1,0); /定位在第二行第一列 write1602(hour1+48,1);write1602(hour2+48,1);lcd_printf(:);write1602(min1+48,1);write1602(min2+48,1);lcd_printf(:);write1602(sec1+48,1);write1602(sec2+48,1);void display2(uchar nian1,uchar nian2,uchar nian3,uchar nian4,uchar yue1,uchar yue2, uchar ri1, uchar ri2 ) /显示日期程序 lcd_moveto(0,0); /定位在第一行第一列 write1602(nian1+48,1);write1602(nian2+48,1);write1602(nian3+48,1);write1602(nian4+48,1);lcd_printf(-);write1602(yue1+48,1);write1602(yue2+48,1);lcd_printf(-);write1602(ri1+48,1);write1602(ri2+48,1);void display3(uchar we) /星期送显示lcd_moveto(0,12);switch(we)case 1: lcd_printf(M);lcd_printf(0); lcd_printf(N); break;case 2: lcd_printf(T);lcd_printf(U); lcd_printf(E); break;case 3: lcd_printf(W);lcd_printf(E); lcd_printf(D); break;case 4: lcd_printf(T);lcd_printf(H); lcd_printf(U); break;case 5: lcd_printf(F);lcd_printf(R); lcd_printf(T); break;case 6: lcd_printf(S);lcd_printf(A); lcd_printf(T); break;case 7: lcd_printf(S);lcd_printf(U); lcd_printf(N); break; void display4(uchar nao11,uchar nao12,uchar nao21, uchar nao22) /显示闹钟时刻 lcd_moveto(1,10); /定位在第二行第10列 if(nao=1)write1602(nao11+48,1);write1602(nao12+48,1);lcd_printf(:);write1602(nao21+48,1);write1602(nao22+48,1);if(nao=0)lcd_printf(N);lcd_printf(O); lcd_printf(:); lcd_printf(N);lcd_printf(O);void key() /键盘程序 if(key_set=0) ww+; if(ww=10) ww=0; while(!key_set); switch(ww)case 0: /停止闹钟 if(key_up=0) while(!key_up); nao=!nao; if(key_down=0) while(!key_down); qq=0; break;case 1: /键盘调整年 lcd_delay(1000); lcd_moveto(0,3); lcd_printf(-); lcd_delay(1000); if(key_up=0) while(!key_up); nian+; if(key_down=0) while(!key_down); nian-; break; case 2: /键盘调整月 lcd_delay(1000); lcd_moveto(0,6); lcd_printf(-); lcd_delay(1000); if(key_up=0) while(!key_up); yue+; if(yue12) yue=1; if(key_down=0) while(!key_down); if(yue=1) yue=12; else yue-; break; case 3: /键盘调节日期 lcd_delay(1000); lcd_moveto(0,9); lcd_printf(-); lcd_delay(1000); if(key_up=0) while(!key_up); ri+; if(ri31) ri=1; if(key_down=0) while(!key_down); if(ri=1) ri=31; else ri-; break; case 4: /键盘调整星期 lcd_delay(1000); lcd_moveto(0,12); lcd_printf(-); lcd_printf(-); lcd_printf(-); lcd_delay(1000); if(key_up=0) while(!key_up); count1+; if(count17) count1=1; if(key_down=0) while(!key_down); if(count1=1) count1=7; else count1-; break; case 5: /键盘调整时 lcd_delay(1000); lcd_moveto(1,1); lcd_printf(-); lcd_delay(1000); if(key_up=0) while(!key_up); hour+; if( hour23) hour=0; if(key_down=0) while(!key_down); if( hour=0) hour=23; else hour-; break;case 6: /键盘调整分 lcd_delay(1000); lcd_moveto(1,4); lcd_printf(-); lcd_delay(1000); if(key_up=0) while(!key_up); min+; if( min59) min=0; if(key_down=0) while(!key_down); if( min=0) min=59; else min-; break; case 7: /键盘调整秒 lcd_delay(1000); lcd_moveto(1,7); lcd_printf(-); lcd_delay(1000); if(key_up=0) while(!key_up); sec+; if( sec59) sec=0; if(key_down=0) while(!key_down); if(sec=0) sec=59; else sec-; break;case 8: / 键盘调整闹钟时 lcd_delay(1000); lcd_moveto(1,11); lcd_printf(-); lcd_delay(1000); if(nao=1) if(key_up=0) while(!key_up); nao1+; if( nao123) nao1=0; if(key_down=0) while(!key_down); if( nao1=0) nao1=23; else nao1-; break; else break; case 9: / 键盘调整闹钟分 lcd_delay(1000); lcd_moveto(1,14); lcd_printf(-); lcd_delay(1000); if(nao=1) if(key_up=0) while(!key_up); nao2+; if( nao259) nao2=0; if(key_down=0) while(!key_down); if( nao2=0) nao2=59; else nao2-; break; else break; default:break;if(key_out=0) while(!key_out); ww=0;void count0(void) interrupt 1 /中断函数，进行时期的累加TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;count+;if(count=20) /计时到达一秒 count=0; sec+; if(sec=60) /计时到达一分 sec=0;min+; if(min=60) /计时到达一小时 min=0;hour+; if(hour=24) /计时到达一天 hour=0;ri+;count1+;if(count1=8) /计时到达一周 count1=1;if(yue=1|yue=3|yue=5|yue=7|yue=8|yue=10|yue=12) if(ri31) /计时到达一个月31天 ri=1; yue+; if(yue12) /计时到达一年 yue=1; nian+; if(yue=4|yue=6|yue=9|yue=11)if(ri30) /计时到达一个月30天 ri=1; yue+; if(yue12) /计时到达一年 yue=1; nian+; if(yue=2)if(nian%4=0)if(ri29)/计时到达一个月29天 ri=1; yue+; if(yue12) yue=1; nian+; elseif(ri28) /计时到达一个月28天 ri=1; yue+; if(yue12) yue=1; nian+; void linsheng() /闹钟发生器 if(nao=1) if(hour=nao1&min=nao2&sec=nao3)/满足时间 qq=1; if(qq=1) key_out=0; lcd_delay(10000); key_out=1; lcd_delay(1000); void main() init(); /中断初始化lcd_init(); /LCD初始化while(1) key(); /键盘程序 fengjie2(nian,yue,ri); /分解年、月、日 display2(nian1,nian2,nian3,nian4,yue1,yue2, ri1, ri2 ) ; /显示年月日 display3(count1) ; /显示星期 fengjie1(hour,min, sec ); /分解时分秒 display1(hour1,hour2, min1, min2, sec1, sec2); /显示时分秒 fengjie3(nao1,nao2); /分解闹钟时分 display4(nao11,nao12,nao21,nao22); /显示闹钟时分 linsheng(); 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