智能仪器课程设计（论文）_基于单片机的LCD数字电子钟

1、内蒙古科技大学智能仪表综合训练设计说明书题 目：基于单片机的LCD数字电子钟学生姓名： 学 号：专 业：测控技术与仪器班 级：2021-3指导教师： 摘要数字电子钟是采用电子电路实现对年、月、日、时、分、秒数字显示的计时装置，由于数字集成电路的开展和石英晶体震荡器的广泛应用，使得数字电子钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，成为人们日常生活中不可缺少的必需品。本文介绍了基于单片机的多功能数字电子钟设计。系统以STC89C52RC为核心，具有时间和日期的显示及设置功能。硬件电路包括STC89C52RC单片机小系统电路、数字显示电路、时钟日期电路几局部模块。再通过C

2、语言编程对各模块进行调试，最后到达设计要求的效果。这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，时间和日期精度高，操作简单，编程容易。关键词：STC89C52RC单片机；LCD1602液晶显示器；时间设置；日期设置目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc304904134 第1章 前言 PAGEREF _Toc304904134 h 4 HYPERLINK l _Toc304904135 课题研究的现实性意义 PAGEREF _Toc304904135 h 4 HYPERLINK l _Toc304904136 国内外研究现状 PAGEREF _Toc3049

3、04136 h 5 HYPERLINK l _Toc304904137 课题根本要求 PAGEREF _Toc304904137 h 6 HYPERLINK l _Toc304904138 第2章 总体方案设计 PAGEREF _Toc304904138 h 7 HYPERLINK l _Toc304904139 方案原理 PAGEREF _Toc304904139 h 7 HYPERLINK l _Toc304904140 2.2 硬件选择 PAGEREF _Toc304904140 h 7 HYPERLINK l _Toc304904141 单片机选择 PAGEREF _Toc304904

4、141 h 7 HYPERLINK l _Toc304904142 显示器选择 PAGEREF _Toc304904142 h 7 HYPERLINK l _Toc304904143 晶振的选择 PAGEREF _Toc304904143 h 8 HYPERLINK l _Toc304904144 第3章 硬件设计 PAGEREF _Toc304904144 h 9 HYPERLINK l _Toc304904145 键盘电路 PAGEREF _Toc304904145 h 9 HYPERLINK l _Toc304904146 复位电路 PAGEREF _Toc304904146 h 10

5、HYPERLINK l _Toc304904147 晶振电路 PAGEREF _Toc304904147 h 10 HYPERLINK l _Toc304904148 3.4 LCD显示电路 PAGEREF _Toc304904148 h 11 HYPERLINK l _Toc304904149 第4章 软件设计 PAGEREF _Toc304904149 h 13 HYPERLINK l _Toc304904150 4.1 Protel 99SE PAGEREF _Toc304904150 h 13 HYPERLINK l _Toc304904151 程序主流程图 PAGEREF _Toc3

6、04904151 h 13 HYPERLINK l _Toc304904152 初始化流程图 PAGEREF _Toc304904152 h 14 HYPERLINK l _Toc304904153 延时中断子程序 PAGEREF _Toc304904153 h 14 HYPERLINK l _Toc304904154 时间设置子程序 PAGEREF _Toc304904154 h 14 HYPERLINK l _Toc304904155 总结 PAGEREF _Toc304904155 h 16 HYPERLINK l _Toc304904156 参考文献 PAGEREF _Toc30490

7、4156 h 17 HYPERLINK l _Toc304904157 附录A：数字电子钟硬件原理图 PAGEREF _Toc304904157 h 18 HYPERLINK l _Toc304904158 附录B ：C语言源程序 PAGEREF _Toc304904158 h 19第1章 前言20世纪末，电子技术获得了飞速的开展，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开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。随着科技的开展和社会的进步，人们对钟表的要求也越来越高，传统的钟表已不能满足人们的需求。单片机在多

8、功能电子钟中的应用已是非常普遍的，人们对电子钟的功能及工作顺序都非常熟悉。电子时钟是采用数字电路实现对时间、日期数字显示的计时装置，是人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、航站、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各个仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理；以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些东西也能做，但是智能使用复杂的模拟电路、然而这样做出来的产品不仅体积大，而且本钱高，并且由于长期使用，与元件不

9、断老化，控制精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心局部只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，本钱也降低了。随着电子技术的飞速开展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能电子钟系统，他可以防止多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准，它可以任意设置时间。这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人们的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。国内外研究现状单片机又称单片微控制器,它

10、不是完成某一个逻辑功能的芯片, 而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括地讲, 一块芯片就成了一台计算机。它体积小、质量轻、价格廉价, 为学习、应用和开发提供了便利条件。世纪跨越了三个“电 的时代, 即电气时代、电子时代和现已进人的电脑时代。不过, 这里的电脑, 通常是指个人计算机, 简称机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机, 大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机。顾名思义, 这种计算机的最小系统只用了一片集成电路, 即可进行简单运算和控制。因为它体积小, 通常都藏在被控机械的“肚子里。它在整个装置中, 起着有如人类头脑的作用, 它出了毛病, 整个装置就

11、瘫痪了。现在, 这种单片机的使用领域已十分广泛, 如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机, 就能起到使产品升级换代的成效, 常在产品名称前冠以形容词“智能型 , 如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品, 不是电路太复杂, 就是功能太简单且极易被仿制。究其原因, 可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。单片机应用系统因其优异的性能、高可靠性以及本钱低廉被广泛应用于航空航天、工业测控、机器人感觉、数字信号处理、通信等各个技术领域， 然而在比拟特殊的应用系统中， 我们不仅希望单片机系统能够完成数据的采集处理， 而

12、且同时还想知道产生这些数据的时刻， 以便于更详细地了解和掌握现场情况， 因此为单片机系统增加数字时钟将是不可回避的一项新型的工程技术。数字电子时钟，自从它创造的那天起，就成为人类的朋友，是人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、航站、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。 本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片STC89C52作为核心控制器，通过硬件电路的制作已经软件程序的编制，设计制作出一个电子钟系统。该时钟系统主要由时钟模块、显示模块、控制模块组成。系统具有简单清晰的操作界面，能在4V6V直流电源下正常工作。能够准确显示时间，可随时进行时间

13、调整。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大局部能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、本钱低的特点，具有很强的实用性。由于系统所用的元器件较少，单片机被占用的I/O口不多，因此具有一定的可扩展性。第2章 总体方案设计方案原理本系统以STC89C52RC单片机为核心，该单片机可把数据进行处理，从而把数据传输到显示模块LCD1602液晶显示器，实现时间及日期的显示。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，还可以对时间和日期进行设置，主要靠按键来实现。2.2 硬件选择选择STC89C52单片机： STC89C52

14、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。在单芯片上，拥有灵巧的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。 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。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护

15、方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。选择LCD1602液晶显示器：字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。这里选择16*2。图 LCD1602引脚说明这里使用的晶振频率为11.0592MHz。第3章 硬件设计该设计以STC89C52RC单片机为中心，分别设计了键盘电路、晶振电路、LCD液晶显示电路和复位电路。系统电路示意图如图3-1所示。图3 系统电路示意图该设计总共设计了三个独立的按键即功能键、增加键，减小键，分

16、别与单片机的P14 ，P15， P16口连接，用来进行时间和日期的设置，采用中断方式输入键操作信息。按键输入的信号会通过相应的端口进行传输，最后由LCD显示出来。图3.1 键盘电路手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上参加高电平。一般采用的方法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，那么Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。 单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密

17、特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，那么CPU就可以响应并将系统复位。图STC89C52虽然内部有震荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。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，利用芯片内部的震荡电路，在X1、X2引脚上外接定时元件，内部的震荡电路变会产生自激震荡。本设计采用最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

18、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MHZ，电容选择30pF，如下列图3.3 STC89C52单片机晶振电路所示。3.4 LCD显示电路LCD通过插针与单片机的P0口连接，当要显示数据时单片机将要显示的数据通过P0口传送到LCD的DB0DB7，并在液晶屏幕显示单片机所要显示的数据。图3.4 LCD显示电路第4章 软件设计LCD电子钟的软件局部是基于C语言进行程序设计的，程序结构总体上包括五大局部，即主程序、初始化子程序、延时中断子程序、时间设置子程序。各个局部以主程序为中心，主程序主要功

19、能是对LCD进行初始化、调用适当的子程序等协调整个程序的运行。 Protel 99SE 图4.1 Protel原理图设计步骤 4.2 主流程图图4.3 初始化流程图4.4 延时中断子程序这里仅画出了秒设置流程图，其他时间及日期设置类似。图4.5 秒设置流程图总结经过多天的努力，终于完成了智能仪器的课程设计任务，设计出了较为理想的数字电子钟。该电子钟采用桌面式或悬挂式摆放设计，精美雅观；附带直流供电装备，而且可以自由设置时间日期，更加方便实用，符合现实要求。同时还自带背光功能，夜里更实用！。 经过这次的实践，也可以说是经过了多天的学习，尽管期间困难重重，但我还是从中学习了不少新的知识和解决困难的

20、方法，不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养自己的动手能力，也体验到了自主创作的快乐。参考文献新编单片机原理图与应用庄俊华 史晓霞等编著 新视野单片机教程汇编+C语言 机械工业出版社瓮嘉民主编 单片机应用开发技术 中国电力出版社肖婧编著 单片机系统设计与仿真 北京航空航天大学出版社张晓乡主编 89C51单片机实用教程 电子工业出版社LCD1602中文资料 百度文库附录A：数字电子钟硬件原理图附录B ：C语言源程序#include/包含52单片机头文件#define uchar unsigned char #define uint unsigned

21、intsbit rs=P10; /定义液晶RS端sbit lcden=P12;/定义液晶LCDEN端sbit row=P11; sbit s1=P14; /定义功能键sbit s2=P15;/定义增加键sbit s3=P16;/定义减小键uchar count,s1num;char miao,shi,fen,year,month,day;uchar code table= 20;void delay(uint z) uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar com)rs=0;lcden=0;P0=com;delay

22、(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date)rs=1;lcden=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_sfm(uchar add,uchar date)uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0 x80+0 x40+add);write_date(0 x30+shi);write_date(0 x30+ge); void write_ymd(uchar add,uchar date)uchar shi,

23、ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0 x80+0 x00+add);write_date(0 x30+shi);write_date(0 x30+ge); void init()uchar num;lcden=0;row=0;shi=16;fen=42; miao=56;year=11;month=9;day=18;count=0;s1num=0;write_com(0 x38);/初始化1602液晶write_com(0 x0c);write_com(0 x06);write_com(0 x01);write_com(0 x80);/设置显示初始坐标fo

24、r(num=0;num5;num+)write_date(tablenum);delay(5);write_com(0 x80+0 x40+6);write_date(:);delay(5);write_com(0 x80+0 x40+9);write_date(:);delay(5);write_com(0 x80+0 x00+7);write_date(-);delay(5);write_com(0 x80+0 x00+10);write_date(-);delay(5);write_sfm(10,miao);write_sfm(7,fen);write_sfm(4,shi);write_

25、ymd(11,day);write_ymd(8,month);write_ymd(5,year);TMOD=0 x01;/设置定时器0工作模式1TH0=(65536-46080)/256;TL0=(65536-46080)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;void keyscan()/按键扫描函数if(s1=0)delay(5);if(s1=0)/确认功能键被按下s1num+;/功能键按下次数记录while(!s1);/释放确认if(s1num=1)/第一次被按下时TR0=0; /关闭定时器write_com(0 x80+0 x40+11);write_com(0 x0f); /光标

26、开始闪烁if(s1num=2) write_com(0 x80+0 x40+8);if(s1num=3)write_com(0 x80+0 x40+5);if(s1num=4) write_com(0 x80+0 x00+12);if(s1num=5) write_com(0 x80+0 x00+9);if(s1num=6)/第6次按下光标闪烁定位到year位置write_com(0 x80+0 x00+6);if(s1num=7)/第7次按下s1num=0;/记录按键数清零write_com(0 x0c);/取消光标闪烁TR0=1;/启动定时器使时钟开始走if(s1num!=0)/只有功能键

27、被按下后，增加和减小键才有效 if(s2=0)delay(5);if(s2=0)/增加键确认被按下while(!s2);/按键释放if(s1num=1)miao+; if(miao=60)/ miao=0;write_sfm(10,miao);/每调节一次送液晶显示一下write_com(0 x80+0 x40+11);/显示位置重新回到调节处if(s1num=2) fen+;if(fen=60) fen=0;write_sfm(7,fen);write_com(0 x80+0 x40+8);if(s1num=3)/ shi+;if(shi=24) shi=0;write_sfm(4,shi); write_com(0 x80+0 x40+5); if(s1num=4) day+;if(day=31) day=1;write_ymd(11,day); write_com(0 x80+0 x00+12); if(s1num=5) month+;if(month=13) month=1;write_ymd(8,month); write_com(0 x80+0 x00+9); if(s1num=6) year+;if(year=100) year=0;write_ymd(5,year); write_com(0 x80+0 x00+6); if(s3=0)delay(5);i