LCD数字电子钟的设计.docx
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LCD数字电子钟的设计
内蒙古科技大学
智能仪表综合训练设计说明书
题目：
LCD数字电子钟
学生姓名：
王雪利
学号：
0967112230
专业：
测控技术与仪器
班级：
2009-2
指导教师：
肖俊生
日期：
2012-10-22
LCD显示数字电子钟
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
2.2.1STC89C52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4kBEEPROM，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2-2STC89C52RC封装图
2.2.2LCD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2-3LCD1602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。
D0~D7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
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BAL
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
图2-4LCD1602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。
D0~D7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3-1LCD1602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1~9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
4.2LCD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：
D0~D7=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，D0~D7=指令码，E=高脉冲输出：
D0~D7=数据
写数据：
输入：
RS=H，RW=L，D0~D7=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，STA0～STA6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。
STA7
STA6
STA5
STA4
STA3
STA2
STA1
STA0
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
表4-2LCD1602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
3LCD初始化函数流程图，如图4-5所示。
图4-5LCD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
ProtelDXP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EditComponent对话框，
（2）选择相应的.Hex文件，再在ProteusISIS编辑窗口的File菜单中选择SaveDesign选项，保存设计，生成.DSN文件。
在ProteusISIS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：
27-31，178-186
[2]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：
308-329
[3]丁元杰.单片微机原理及应用[M].北京：
机械工业出版社，2006，3：
1-10，166-180
[4]刘文涛.单片机应用开发实例[M].北京：
清华大学出版社，2005，9：
19-26，42-156
[5]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：
312-331
[6]王兆安.黄俊.电力电子技术[M].机械工业出版社，2005，9：
43
[7]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，2010，8
[8]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，2011,3
[9]PROTEL+DXP2004教程_XX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
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitlcd_rs=P1^0;
sbitlcd_rw=P1^1;
sbitlcd_en=P1^2;//液晶控制端
sbitkey_set=P1^4;
sbitkey_up=P1^5;
sbitkey_down=P1^6;//同时也是闹钟停止按钮
sbitkey_out=P1^7;//键盘控制端口，同时也是闹钟输出端口
ucharcount;//定时器计数变量
ucharhour,min,sec,hour1,hour2,sec1,sec2,min1,min2;//时间变量
ucharyue,ri,nian1,nian2,nian3,nian4,yue1,yue2,ri1,ri2;//月日变量
uintnian;//年变量
ucharnao1=0,nao2=0,nao3=0,nao11,nao12,nao21,nao22;//设置闹钟变量
ucharcount1;//星期计数变量
ucharww=0,qq=0,nao=1;//键盘设置端口计数变量，闹铃标志变量
voidlcd_delay（uintm）//延时函数
{
while（m--）;
}
voidread1602（charcom）//忙检测
{
uchari;
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;
}
voidwrite1602（ucharwdata,bitrw）//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;
}
voidlcd_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）;
}
voidinit（）//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50ms
TR0=1;
ET0=1;
EA=1;//开中断
}
voidlcd_printf（uchar*str）//显示字符串
{read1602（）;
while（*str!
='\0'）
{
write1602（*str,1）;//写入数据
str++;
lcd_delay
（1）;
}
}
voidlcd_moveto（ucharx,uchary）//指定显示的行列坐标
{
if（x==0）
write1602（0x80|y,0）;
if（x==1）
write1602（0xc0|y,0）;
}
voidfengjie1（uchara,ucharb,ucharc）//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;
}
voidfengjie2（uinta,ucharb,ucharc）//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;
}
voidfengjie3（uchara,ucharb）//将闹钟分解为两个数
{
nao11=a/10;
nao12=a%10;
nao21=b/10;
nao22=b%10;
}
voiddisplay1（ucharhour1,ucharhour2,ucharmin1,ucharmin2,ucharsec1,ucharsec2）//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）;
}
voiddisplay2（ucharnian1,ucharnian2,ucharnian3,ucharnian4,ucharyue1,ucharyue2,ucharri1,ucharri2）//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）;
}
voiddisplay3（ucharwe）//星期送显示
{
lcd_moveto（0,12）;
switch（we）
{
case1:
lcd_printf（"M"）;
lcd_printf（"0"）;
lcd_printf（"N"）;
break;
case2:
lcd_printf（"T"）;
lcd_printf（"U"）;
lcd_printf（"E"）;
break;
case3:
lcd_printf（"W"）;
lcd_printf（"E"）;
lcd_printf（"D"）;
break;
case4:
lcd_printf（"T"）;
lcd_printf（"H"）;
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