数字电子时钟和液晶显示屏的设计.doc

22陕西科技大学毕业论文 数字电子时钟和液晶显示屏的设计摘 要电子科技日新月异，人们对现代电子设备的智能化和微型化及其精度提出了更高的要求，而单片机因其具有稳定可靠、 体积小、 价格低廉等特点，成为设计智能化仪器仪表的首选微控制器，因此本次设计是采用了AT89S51芯片，通过对数字时钟各个硬件电路的设计，单片机汇编语言的程序设计以及液晶显示屏的显示驱动的设计。来整体完成整个数字电子时钟功能的实现。关键词：数字电子时钟，单片机，液晶显示器 Digital electronic clock and LCD display desigAbstract：Electronic advances in technology, people, intelligent and modern electronic equipment miniaturization and a higher accuracy requirements, and SCM because of its reliability, small size, low price and become the first choice for intelligent instrument design micro-controller, so this time we do not use a conventional dedicated clock chip, instead of using the AT89S51 chip, including this single chip can be programmed using the software to its online, its flexibility and reliability in return.KEY WORDS: Digital electronic clock, microcontroller, LCD display 1 多功能电子表说明及总体方案介绍1.1 多功能电子表计时方案方案一：采用实时时钟芯片方案二: 软件控制。1.2 多功能电子表键盘/显示方案1.3 多功能电子表的工作原理由分频器将石英晶振产生的频率分为频率1HZ传给电路，计数器每接收到一次信号就记数一次。将六个计数器分为三组，分别接成两个60进制（秒和分），一个24进制（时）。当秒计数器到达60的瞬间向分计数器输入一个信号，分计数器计数一次，依此类推。闹钟系统用比较器，当时钟显示的时间和比较器所设定的时间相同，输出高电平接通扬声器开关。校时系统用触发器，每按一次输入一个高电平，计数器加一。原理为：上电后，电子表显示P.提示符，按下A键后，电子表从00：00：00开始计时。当定时器0的定时时间满62.5ms后，定时器0溢出一次，溢出满16次后，电子表的秒加1，满60秒后，分加1，满60分后，时加1，满24时后，电子表重新从00：00：00开始计时。2 系统模块设计2.1数字钟的构成系统总体设计主要分为六个模块：石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器、LCD显示器、校时电路。系统总框图（图1-1）如下：闹钟电路分钟显示秒显示小时显示比较器比较器译码器译码器译码器定时电路秒计数器分计数器时计数器校时电路 分频器石英晶振振荡器 2-1 系统总框图 2.2 多功能电子表原理方框图、原理图及PCB图2.2.1 多功能电子表原理方框图多功能电子表整机电路方框图如图3.1 2.2.2 多功能电子表电路原理图（1）多功能电子表电源电路原理图直流稳压电源电路原理图如图3.2所示（2）多功能电子表整机电路原理2.2.3 多功能电子表电路PCB图（1） 多功能电子表电源电路PCB图电源电路PCB图如图3.4所示（2） 多功能电子表整机电路PCB图多功能电子表整机电路PCB图如图3.5所示3.5整机PCB图2.3 多功能电子表元器件清单2.4 多功能电子表单元电路工作原理介绍2.4.1 电源电路工作原理2.4.2 时钟电路工作原理 2.4.3 复位电路工作原理2.4.4 键盘工作原理 2.4.5 显示器工作原理2.5 液晶显示的驱动方式PINSEG1SEG2SEG3COM1fabCOM2egCCOM3/d/动态3*3方式和真值表3 主要模块LCD显示器设计LCD显示器的主要结构是由上偏光片，上玻璃基板，上ITO导电膜，上定向层，液晶分子和下定向层，下ITO导电膜，下玻璃基板，下偏光片组成。其显示原理主要是通过TN-LCD的扭曲旋光效应，再外加电场和偏光片的共同作用下，通过液晶分子的旋光效应而改变光的通过，从而控制显示。从本次设计上来说，主要是通过设计显示图案和液晶盒，以及外观图、单粒显示器版图和菲林版图，其主要包括面电极、背电极、边框、银点及凸版版图的设计。3.1主要显示部件设计3.1.1 外观图的整体设计3.1.2 液晶盒的设计3.1.3八字的设计3.2 电极走线设计3.2.1 COM电极走线设计背电极（COM电极）是显示八所必须的电极，本次设计是采用33动态驱动方式，设计时主要有五个“8”和图案图形“星期”需显示，上下电极总共需二十个电极引脚。而且设计时不能走又细又长的线，应尽量避免交叉，如实在避免不了交叉需在可视区外交叉，而且还要考虑到切合余量。其设计图形见图1-5所示：3.2.2 SEG电极走线设计其电极走线图如1-6所示：3.2.2 COM和SEG电极的重叠COM和SEG电极的重叠主要要考虑显示图案是否和所要求的显示区域一致，如果不一致，需做一些调整，让COM和SEG电极的重叠能显示所需图案图形。其重叠图形见图1-7所示：3.3单粒版图的设计再设计完电极走线图以后，就可以通过镜像来做单粒版图的设计，单粒版图设计时要考虑切割标记和镜像时需考虑的问题，当COM电极走线在上时，SEG电极走线应在下方，反之，当COM电极在下时，SEG电极应在上方。其图形见1-9所示：3.3 菲林版图的设计AR版见图2-1所示：Dot版见图2-2所示seal见图2-3所示：光刻掩膜版UP版（且排版时图形要中心对称）：光刻掩膜版DOWN版4 部分芯片介绍4.1 AT89S51芯片介绍4.2 74LS244驱动器74LS244是单向总线驱动器。是8输入8输出芯片，中1G和2G为使能端，低电平有效。它的外部管脚图如图5.8所示。5 数字电子时钟的组装5.1 PCB版与显示器的各种连接TAB是英文“Tape Automated bonding”的缩写，及各项异性导电胶连接方式。将封装形式为TCP(Tape Carrier Package带载封装)的IC用各向异性导电胶分别固定在PCB和LCD上。TAB连接原理 图11.4 TAB连接原理ACF：Anisotropic Conductive Film,各向异性导电胶，外观为一透明胶状带，上下面为一可剥离的透明基片，中间分布着导电粒子。 COF是英文Chip On Foil的缩写 即芯片被直接安装在柔性PCB上。这种连接方式的集成度较高，外围元件可以与IC一起安装在柔性PCB上，这是一种新兴技术，目前已进入试生产阶段。导电橡胶连接：金属插脚连接：热压胶片连接：5.2 电子元器件在PCB板上的安装方式随着电子产品安装技术的不断进步，电子元器件在PCB板上的安装方式已经从单一的通孔插装，逐步演变为表面安装或插、贴混合安装，有以下几种方式：SMT是英文Surface Mounted Technology的缩写即表面安装技术COB是英文Chip On Board的缩写 即芯片被邦定（Bonding）在PCB上6 单片机硬件资源的分配7 程序流程图8 电子钟程序清单调整运行后的电子钟程序清单9 误差分析在上面的章节中已经介绍过，本电子钟设计是使用单片机的定时/计数器0在工作方式1下定时62.5ms，根据定时时间和单片机最小系统的时钟周期（1s）使定时/计数器0重复中断16次就是一秒的时间了。定时/计数器0每产生一个中断就定时62.5ms，当产生一次中断后，定时/计数器0并没有马上被赋予原来产生62.5ms的初值，而是在中断服务程序中重新赋的初值，因而使用定时/计数器实现电子钟的运行存在着一定的误差。10 设计总结此次数字电子时钟的论文设计是比较实用的生活用品，通过AutoCAD绘图软件设计液晶显示器的外观图，电极走线，单粒显示器，以及生产用的菲林版的设计和用proter 2004软件的熟练应用，从整体了解了液晶显示器的驱动原理以及显示方式以及单片机软硬件方面的知识。从另一方面说，通过此次论文设计，锻炼了我独立思考问题、解决问题的能力。在制作实物的过程中锻炼了我的动手能力。让我更加熟练的掌握了所学习的理论知识，为我提供了很好的理论联系实际的机会。通过此次论文设计，我获益匪浅。11 致谢我要衷心地感谢大学四年来给过我教导的老师们。有了你们悉心的教导，我才能顺利地完成本次毕业论文的设计。你们不仅教会了我怎样去实习，而且教会了我分析问题，解决问题的本领。同时你们严谨的工作作风，对待工作的热情态度深深地感动了我，是值得我学习的榜样。我要感谢在我课题设计遇到困难时帮助我的靳宝安老师，无论在我画图还是编写论文期间，细心指导，耐心答疑，对我提出的各个问题都认真讲解。最后，我还要感谢给过我帮助的同学们，有了你们的帮助，我才能更快地顺利完成本次的设计。在此，衷心的感谢那些在论文编写期间给过我帮助的各位老师和同学。由于经验欠缺，论文中难免有不足之处，希望各位老师给予指正12 参考文献1 曹巧媛，单片机原理及应用M，北京：电子工业出版社，1997.7。2 赵秀珍，单永磊.单片微型计算机原理及其应用M，北京：中国水利水电出版社，2001.8。3 张毅刚，修林成，胡振江，MCS-51单片机应用设计M，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.8。4 张洪润，兰清华，单片机应用技术教程M，北京：清华大学出版社，1997.11。5 李华，MCS-51系列单片机实用接