电子时钟课程设计报告液晶屏时间可调整.doc

微机接口课程设计 题 目 电子时钟设计 学 院 机电工程学院 专 业 测控技术与仪器 班 级 测控 112 学 号 201133595217 学生姓名 郭先玉 指导教师 袁菊明 刘向东 起止日期 2014.6.302012.7.11 微机接口课程设计报告设计任务书一、设计题目：电子时钟设计二、设计的具体任务及要求1. 用单片机设计基于STC89C52、Button和LCD1602的电子钟，显示和调整时间2. 搭建仿真电路，模拟要实现的功能3. 焊接单片机实物4. 熟练掌握相关软件的使用方法，以及各个器件的基本工作原理5. 编写程序，下载并调试，实现要求的功能三、设计时间及进度安排学院： 机电工程学院 专业： 测控技术与仪器 年级： 11 课程名称微机接口课程设计周 数2班级名称测控111/112承担部门机电学院 课程设计时间及进度安排计划时 间项目名称内容提要地点6月30日上午布置设计任务布置设计任务、要求及具体安排14号楼3196月30日下午7月1日上午查阅资料根据设计任务查阅相关资料图书馆等7月1日下午7月2日上午方案设计根据设计要求进行方案设计13号楼403室7月2日下午7月4日上午硬件焊接、程序设计硬件电路板焊接、程序设计13号楼403室7月4日下午7月8日上午程序调试利用仿真软件进行程序调试13号楼403室7月8日下午7月9日上午硬件综合调试设计电路，并用仿真软件进行仿真13号楼403室7月9日上午撰写设计报告按要求撰写课程设计报告图书馆等7月9日下午撰写设计报告按要求撰写课程设计报告图书馆等7月10日上午验收、考核提交设计报告，设计验收、考核13号楼407室7月10日下午验收、考核提交设计报告，设计验收、考核13号楼407室- I -目 录设计任务书I第1章 设计的硬件平台及开发工具11.1 硬件平台11.2 开发工具1第2章 数字时钟的设计方案3 2.1 数字钟整体设计思路32.2 基本设计原理3第3章 数字时钟的模块设计43.1 AT89C52芯片43.2 晶振模块设计53.3 复位电路模块设计53.4 时钟调节模块设计63.5 LED显示模块设计73.6系统原理图设计8第4章 数字时钟的设计实现8第5章 结论9第6章 个人感想9参 考 文 献10附录一10附录二11附录三17- 17 -第1章 设计的硬件平台及开发工具1.1 硬件平台采用AT89C52单片机为中心控制芯片。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8K bytes的可反复擦写的PEROM和256bytes的RAM以及通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C52功能强大，可充分满足该控制器存储等各方面的需求。时钟的时间显示采用液晶屏，采用系统提供的1Hz脉冲输出作为时钟的秒输入。按键作为复位的功能键。时的时间调节通过三个按键开关来进行调整。1.2 开发工具 Keil是一个功能强大的开发平台，它包括项目管理器、CX51编译器、AX51宏汇编器、BL51Lx51连接定位器、RTX51实时操作系统、Simulator软件模拟器以及Monitor51硬件目标调试器。它是一种集成化的文件管理编译环境，主要的功能特点为：编译C源程序、汇编源程序或混合语言源程序，链接和定位目标文件和库，创建HEX文件、调试目标程序等，是目前最好的5l单片机开发工具之一。Keil支持软件模拟仿真(Simulator)和用户目标板调试(Monitor51)两种工作模式，前者不需要任何单片机硬件即可完成用户程序仿真调试，后者利用硬件目标板中的监控程序可以直接调试目标硬件系统。Keil uVision4软件旨在提高开发人员的生产力，实现更快，更有效的程序开发。uVision4引入了灵活的窗口管理系统，能够拖放到视图内的任何地方，包括支持多显示器窗口。uVision4在Vision3 IDE的基础上，增加了更多大众化的功能。 多显示器和灵活的窗口管理系统 系统浏览器窗口的显示设备外设寄存器信息 调试还原视图创建并保存多个调试窗口布局 多项目工作区简化与众多的项目 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。迄今为止是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译.Proteus软件的特点（1）智能原理图设计（ISIS） 丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件； 智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件； 智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间； 支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰； 可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。 （2）完善的电路仿真功能（Prospice） ProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真； 超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件； 多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入； 丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等； 生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动； 高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析； （3）独特的单片机协同仿真功能（VSM） 支持主流的CPU类型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器； 支持通用外设模型：如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信； 实时仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真； 编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试； （4）实用的PCB设计平台 原理图到PCB的快速通道： 原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计； 先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理； 完整的PCB设计功能：最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D 可视化预览； 多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工。第2章 数字时钟的设计方案 2.1 数字钟整体设计思路AT89C51单片机时钟电路LCD显示电路复位电路 开关调整电路 电路整体上分为控制和显示部分，以单片机最小系统为核心电路，控制LCD显示，具体的显示内容和方式由软件来完成；复位电路采用按键复位，时间调整由开关调整电路来实现，显示功能则由LCD1602液晶完成。2.2 基本设计原理 电子时钟利用单片机内部的定时器计数器来实现，它的处理过程如下：首先设定单片机内部的一个定时器计数器工作于定时方式，对机器周期计数形成基准时间，然后用另一个定时器计数器或软件计数的方法对基准时间计数形成秒，秒计60次形成分，分计60次形成小时，小时计24次则计满一天。然后通过LCD1602液晶把它们的内容在相应位置显示出来即可。 译码方式可分为软件译码和硬件译码，软件译码通过译码程序查得显示信息的字段码；硬件译码通过硬件译码器得到显示信息的字段码，实际中通常采用软件译码。 在具体处理时，定时器计数器采用中断方式工作，对时钟的形成在中断服务程序中实现。在主程序中只需对定时器计数器初始化、调用显示子程序和控制子程序。用LCD显示一个数组.用定时计数器计时,以实现时钟自加.将记得的时间写入LCD显示数组.不停的刷新LCD显示,以达到LCD显示时间的目的第3章 数字时钟的模块设计3.1 AT89C52芯片选用的AT89S51与同系列的AT89C51在功能上有明显的提高，最突出是的可以实现在线的编程。用于实现系统的总的控制。其主要功能列举如下： 1、 为一般控制应用的 8 位单片机 2、 晶片内部具有时钟振荡器（传统最高工作频率可至 33MHz） 3、 内部程式存储器（ROM）为 4KB 4、 内部数据存储器（RAM）为 128B 5、 外部程序存储器可扩充至 64KB 6、 外部数据存储器可扩充至 64KB 7、 32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制 8、 5 个中断向量源 9、 2 组独立的 16 位定时器 10、 1 个全双工串行通信端口 11、 8751 及 8752 单芯片12、 具有数据保密的功能13、 单芯片提供位逻辑运算指令3.2 晶振模块设计 上图所示为时钟电路原理图，在AT89S51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。3.3 复位电路模块设计 单片机复位的条件是：必须使RST/VPD或RST加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为12MHz，每机器周期为1s，则只需2s以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常见的复位如图所示。电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。3.4 时钟调节模块设计时钟的时间调节通过K1、K2、K3三个按键来控制时间的调整。K1移动光标，选中时、分、秒的位置K2时间的“加”K3时间的“减” 按键处理设置为:当有没键按下时，时钟正常运行；当按一次K1，时钟停止走动，将光标选中秒的位置，按K2对秒进行加的调整，按K3对秒进行减得调整；当K1按2次时，将光标选中分的位置，按K2对秒进行加的调整，按K3对秒进行减得调整；当K1按下3次时，将光标选中时的位置，按K2对秒进行加的调整，按K3对秒进行减得调整；当按下4次K1时，校时完毕，时钟按设定的时间进行正常走时。3.5 LED显示模块设计液晶显示器是一种功耗极低的被动式显示器件，1602广脚介绍：D0D7数据传送引脚，VSS为接地线，VDD为电源线，VEE为 LCD驱动电压调节，由此可以调节显示亮度。RS为寄存器选择信号，高电平选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器。RW为读写控制信号，高电平读，低电平写。EN使能信号，读状态下高电平有效，写状态下下降沿有效。 RS连接P20; 寄存器选择信号 RW连接P21; 读写控制信号线EN连接P22; 使能信号线3.6系统原理图设计 第4章 数字时钟的设计实现第5章 结论 该设计电路系统较大，电路只要一出有错误就会对检测造成很大的不便，应该注意元器件的正确放置与安装及布线的合理以便于电路的检修和维护，为了减少复杂度，可以使用Protues进行仿真。设计的功能虽然比较简单单程序还是较为复杂的，中间遇到了一些问题。从性能来看，LCD能够正确的显示时间和日期；将初试时间设定为00:00:00时还能用来计时；还可以通过按键来进行调整时间。总之设计所要求的性能基本得到了实现。第6章 个人感想 两周的单片机课程设计终于顺利完成了，其中包含着快乐，也有辛酸。我们选的设计题目是“电子时钟设计”，大家都觉得这个题目是比较简单的。其实不然，做了之后，发现设计电路虽然简单，但我们认为它真正困难的地方是程序设计，不过在我们同心努力下最终完成了。我们刚选该题目时，真的是一头雾水，硬件电路不知如何下手，更何谈解决程序那块，因为我们所学的都是单片机方面的理论知识，应用到实践中去还比较少。不过，我们三人也没偷下懒，迅速分工去查阅和收集资料。我们去了图书馆借一些参考书，上网找一些相关资料，并且请教指导老师。通过不断努力，终于把电子时钟的思路和模型定了下来并开始分一个人去焊接硬件电路，剩下的去整理和修改程序。通过一番整理和修改后，在电脑上进行仿真，仿真成功后准备焊接电路板。在焊接电路板中，我们首先对硬件电路进行布局，然后确认无误后，在电路板上进行焊接，这个过程我们觉得是做得比较快的，以至于后面出现了虚焊的错误。焊接电路板完工，细心检查后，进行通电测试。结果液晶LCD高亮但是没有字符显示。在完成单片机课程设计后，我们发现我们还有许多不足，所学到的知识还远远不够，以至于还有一些功能不能被动完成。但通过学习这一次实践，增强了我们的动手能力，提高和巩固了单片机方面的知识，特别是软件方面。从中增强了我们的团队合作精神，并让我们认识到把理论应用到实践中去是多么重要。 在这次难得的课程设计过程中我锻炼了自己的思考能力和动手能力。通过题目选择和设计电路的过程中，加强了我思考问题的完整性和实际生活联系的可行性。在方案设计选择和芯片的选择上，培养了我们综合应用单片机的能力，对单片机的各个管脚的功能也有了进一步的认识。还锻炼我们个人的查阅技术资料的能力，动手能力，发现问题，解决问题的能力。并且我们熟练掌握了有关器件的性能及测试方法。再次感谢老师的辅导以及同学的帮助，是他们让我有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路。课程设计时间虽然很短，但我学习了很多的东西，使我眼界打开，感受颇深。参 考 文 献 1 彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出版社.2006 2 电子技术基础模拟部分M第五版.北京：高等教育出版社，2006 3 电子技术基础数字部分M第五版.北京：高等教育出版社，2006 4 贾更新.电子技术基础实验设计与仿真M.郑州：郑州大学出版社，2006，10 5 谭浩强，C程序设计M.第3版.北京：清华大学出版社2005,7 6 求是科技，8051系列单片机C程序设计完全手册M.北京：人民邮电出版社，2006,4 7 张毅刚等，MCS-51单片机应用设计M.第2版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997,12 8 朱清慧等Proteus教程电子线路设计、制版与仿真M北京：清华大学出版社，2008 9 翟玉文等编著.电子设计与实践.北京：中国电力出版社，2005.05附录一Proteus模拟附录二程序清单 #include#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit rs=P20; sbit rw=P21; sbit lcden=P22;sbit k1=P10; sbit k2=P11; sbit k3=P12;uchar code table=2014-07-08 CK112;uchar code table1= 00:00:00;uchar m,keynum=0;char miao,shi,fen;void delay(uchar x) /延时 uchar y; while(x-)for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar com) /LCD写指令 rs=0; lcden=0; P0=com; 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