基于单片机的液晶屏显示的电子时钟设计毕业设计论文.docx
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基于单片机的液晶屏显示的电子时钟设计毕业设计论文
郑州科技学院
专科毕业设计（论文）
设计（论文）题目：
基于单片机的液晶屏显示的电子时钟设计
所在系：
电子工程系
专业名称：
机电一体化技术
学生姓名******
学号：
*********
指导教师：
2010年月日
郑州科技学院
毕业设计（论文）任务书
题目基于单片机的液晶屏显示的电子时钟设计
专业机电一体化技术学号*********姓名陈阳
主要内容、基本要求、主要参考资料等：
主要内容：
（一）编写毕业设计论文;
（二）设计和制作基于单片机的液晶屏显示的电子时钟电路
1.原理图分析和设计;
2.元器件的选择;
3.制作并调试实物；
基本要求：
1．能够正确实现基于单片机的液晶屏显示的电子时钟设计功能;
2．理解实现基于单片机的液晶屏显示的电子时钟的原理
主要参考：
1、基于单片机的液晶屏显示的电子时钟的应用和研究;
2、基于单片机的液晶屏显示的电子时钟设计的分析及应用;
3
完成期限：
2009年4月10号
指导教师签名：
吕刚磊
评审小组负责人签名：
2009年11月26日
郑州科技学院毕业设计（论文）
开题报告表
课题名称
基于单片机的液晶屏显示的电子时钟设计
指导教师
吕刚磊
学生姓名
陈阳
学号
200729019
专业
机电一体化技术
一、课题来源
指导老师命题范围内选题
二、设计目的
1．了解LCD显示器显示的基本原理
2.了解用LCD液晶显示有什么好处
3.掌握并学会用单片机AT89C52控制的硬件电路的设计和软件设计
三、设计要求
1．能够正确实现基于单片机的液晶屏显示的电子时钟设计功能;
2．理解实现基于单片机的液晶屏显示的电子时钟的原理
3.根据设计要求和设计目的完成硬件设计和软件设计,采用LCD显示
四、设计思路
1.利用AT89C52单片机芯片作为程序控制系统再加上其它外围电路进行辅助
2.按设计要求编写程序并调试
3.输出用液晶屏显示
五、时间安排
第一阶段：
2009年月10月28日前毕业设计（论文）题目上报指导老师
第二阶段：
2009年月11月3日前接受毕业设计任务书，学习毕业设计（论文）要求及有关规定，收集资料、开始撰写开题报告
第三阶段：
2009年11月5日前上交开题报告，由指导老师审阅
第四阶段：
2009年11月30日前利用Protel99se绘制原理图并生成PCB，完成元器件的购买，收集资料，开始设计并撰写论文，初稿完成
第五阶段：
2009年12月1日至2010年1月30用不同方式与指导老师交流，沟通毕业设计进展情况
第六阶段：
2010年3月上旬完成并提交正式毕业设计成果
指导教师签名：
吕刚磊日期：
2009.11.3
基于单片机的液晶屏显示的电子时钟设计
摘要
本设计是利用基于AT89C52单片机用液晶显示器制作的实用液晶电子钟，可完成计时、计分、计秒和校时、校分的功能。
微处理器是单片机的核心，完成运算和控制的操作串行口数据存储器与复位电路，时钟电路，校对电路由微处理器控制完成各自的任务。
最后通过液晶显示时、分、秒。
在振荡器正在运行时，复位是靠RST或在RST引脚上施加持续2个机器周期的高电平来实现，在RST引脚上施加高电平的第2个周期执行内部复位，以后每个周期执行一次，直到RST变化。
复位时，ALE和/RSEN输出高电平，机ALE=1和/RSEN=1,片内RAM不受复位的影响，复位后PC指向0000H使单片机从起始地址0000H开始执行程序。
设计中采用内部时钟方式，在XTAL1和XTAL2两端接晶振，与内部反向器构成稳定的自激振荡器，其发出的时钟脉冲直接送入片内定时控制部件，该液晶电子钟最后由6个液晶显示管显示，时分秒段式LCD显示采用七段显示，其结构除在上电极板上喷上a到g这七个笔画外，还在下电极板喷上与笔画相对应的“日”字形的电极并接公共端COM。
另外时钟的校对采用与校对普通电子表相同的操作方式来完成，只需按K1、K2这两个键来校时校分。
AT89C52的XTAL1和XTAL2分别为反向器的输入和输出，RST为复位输入，由它再接一个上拉电阻，引脚被拉高，P1口作为电子钟的位选，P3口部分作为电子钟的输出端。
关键词电子钟单片机液晶显示
LCDscreendisplaybased
onsinglechipdesignof
theelectronicclock
Abstract
ThisdesignistheuseofliquidcrystaldisplaysbasedonAT89C52microcontrollerproducedbyusefulLCDelectronicclocktocompletetiming,scoring,namely,second,andtheschool,theschoolsub-functions.Microprocessorisamicrocontrollercore,computingandcontrolthecompletionoftheoperationofserialportdatamemoryandtheresetcircuit,clockcircuit,proofreadingcircuitcontrolledbyamicroprocessortocompletetheirtasks.Thefinaladoptionofliquidcrystaldisplayhours,minutesandseconds.Intheoscillatorisrunning,resetdependsontheRSTorRSTpintoexertsustainedtwomachinecycletoachievehigh,intheRSTpinisappliedtothefirst2cyclesofhighimplementationofinternalreset,AftertherunoncepercycleuntilRSTchange.Whenreset,ALEand/RSENoutputhigh,machineALE=1,and/RSEN=1,on-chipRAMisnottheimpactofresetandresetafterthePCpointfromthestartaddressof0000Hto0000HMicrocontrollerbeginimplementationprocedures.Internalclockusedinthedesignmode,thenendsintheXTAL1andXTAL2crystal,andtheinternalstabilityofthereversedeviceconstitutesaself-excitedoscillatorclockpulsesentdirectlyintotheon-chiptimingcontrolunit,theLCDclocklastby6LCDdisplaytubedisplay,whenminutesandsecondsSegmentLCDdisplaywithseven-segmentdisplay,itsstructure,exceptintheelectrodeplatespray.Onatogofthesesevenstrokes,thelowerelectrodeplatesarealsosprayedwiththestrokescorrespondingtothe"day"-shapedelectrode,andthenthepublic-sideCOM.Anotherclockproofingandproofreadingordinaryelectronicwatchesusingthesamemodeofoperationtocomplete,justpressK1,K2ofthesetwokeystotheschoolwhentheschoolhours.AT89C52theXTAL1andXTAL2,respectivelyreversetheinputandoutput,RSTasaresetinput,whichwerefollowedbyapull-upresistor,pinispulled,P1mouthasanelectronicclockChoice,P3mouthpartasanelectronicclockoutputs.
KeywordselectronicclockMCULCD
摘要III
AbstractIV
1概述1
1.1电子时钟的设计要求和内容1
2系统总体方案及硬件设计2
2.1系统总体方案2
2.2硬件设计2
2.2.1时钟电路2
2.2.2复位电路3
2.2.3LCD显示电路4
2.2.4AT80C51单片机芯片4
3软件设计7
3.1流程图7
4ROTEUS软件下的仿真9
4.1软件介绍9
4.2仿真过程9
5结论12
参考文献13
致谢14
附录115
附录216
1概述
单片机即微处理器，自1976年Inter公司推出的MCS-48，迄今已有20多年了。
由于单片机具有集成度高，功能强，体积小，功耗低，使用方便，价格低廉等一系列优点，目前已经应用到人们工作和生活的各个领域，单片机的应用已经从面向工业控制，通信，交通，智能仪表等迅速发展到家用消费产品，办公自动化，汽车电子，PC机外围以及网络通信等广大领域，目前最具有代表性的是MC-51系列单片机，MC-51虽然是8位的单片机，但是它比MCS-48功能强大，此外还具有全，兼容性强，软硬件丰富等优点。
时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精确度要求越来越高，应用越来越广。
怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？
这要求人们不断设计出新型时钟。
现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。
一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：
一是指为了保障系统正常工作的基准震荡定时信号，主要有晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：
一是用软件来实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有:
DS1302,DS12887,X1203等都可以满足高精度的要求。
1.1电子时钟的设计要求和内容
1.任选一款51系列单片机
2.能完成时分秒的显示
3.能完成校对时分
4.要求用PROTEUS软件进行仿真
2系统总体方案及硬件设计
2.1系统总体方案
采用AT89C52来设计液晶电子钟。
按照功能要求确定系统方案，如下图所示。
从图中可以看出该设计有微处理器模块，串行口通信模块，时钟模块，数据存储模块以及显示模块等组成。
图1控制器功能框图
2.2硬件设计
2.2.1时钟电路
本设计的时钟电路的设计如图2对于时间要求不是很高的系统只要按图进行设计就能使系统可靠起振并稳定运行。
但由于图中的C1、C2电容起着系统时钟频率微调和稳定的作用，因此，在本时钟系统的的实际应用中一定要正确的选择参数（30
3PF），并保证对称性（尽可能匹配），选用正牌厂家生产的瓷片或云母电容，如果可能的话，温度系数要尽可能地低。
实验表明，这两个电容元件对时钟的
走时误差有很大的关系。
图2系统时钟电路
2.2.2复位电路
随着微电子技术的的飞速发展，单片机的性能迅速提高，在运算.逻辑控制.智能化方面显示出非凡的优势,在很大程度上取代了原来由数字逻辑电路.运算放大电路组成的检测.控制电路,应用非常广泛。
但由于它存在着死机.程序跑飞等致命缺陷,使它在许多重要场合的应用受到限制。
在抗干扰方面的许多技术，比如设计软件陷阱.加硬件看门狗电路等,可使这一问题有较好的解决,但仍然存在以下问题:
1看门狗动作时,意味着已经出现了错误,且运行了一段时间,这在有些场合是不允许的;2有时程序出现死循环错误,但是刚好把看门狗控制环节包含进去,对于这样的错误采用看门狗无法识别;3在检测控制周期比较长的系统中,单片机花大量时间等待外设,执行等待命令的同时会受到干扰。
针对这些情况，我们在实践中尝试了主动复位的办法，采用等间隔的脉冲或根据外部条件对单片机进行复位唤醒。
每次复位后，单片机执行相应的程序，执行完任务后及时进入休眠，等待下次复位。
用此方法较好地解决了上述问题，并在农用变压器综合保护器实验中得到了较好的效果。
下面以51系列单片机为例探讨具体原理与实现方法，复位信号为高电平。
本设计采用的是电复位方式。
RC复位电路的实质是一介充放电电路，现综合图3说明这种复位电路的特点。
系统上电时该电路提供有效的复位信号RST（高电平）直至系统电源稳定后撤消复位信号（低电平）。
理论上说，51系列单片机复位引脚只要外加2个机器周期的有效信号即可复位，即只要保证t=RC>2M（机器周期）便可,但实际设计中,通常取C1=10uf以上,R1通常取10K左右。
实践发现R1如果取值太小，例如1K，则会导致RST信号驱动能力变差而无法使系统可靠复位。
图3中的虚线所接的续流二极管D1对于改善复位性能，其着重要作用，它的作用是在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电，因此一定宽度的电源毛刺（如波形中的A点）也可令系统可靠复位。
图3RC复位电路
2.2.3LCD显示电路
本设计采用的LCD液晶显示器来显示时钟的时间。
液晶显示器是采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。
由于通过控制是否透光来控制亮与暗，当色彩不变时，液晶也保持不变，这样就无须考虑刷新率的问题。
对于画面稳定.无闪烁感的液晶显示器,刷新率不高但图象也很稳定。
LCD显示器还通过液晶控制透光度的技术原理让底板整体发光，所以它做到了真正的完全平面。
一些高档的数字LCD显示器采用了数字方式传输数据.显示图象,这样就不会产生由于显卡造成的色彩偏差或损失。
完全没有辐射的优点，即使长时间观看LCD显示器屏幕也不会对眼睛造成很大的伤害。
LCD显示器的工作原理：
LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶材料的5um均匀间隔隔开。
因为液晶材料本身并不发光，所以在显示器两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。
背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。
液晶层中的液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。
在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极之间分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶的材料的作用类似于一个个小的光阀。
在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。
当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规律的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。
图4LCD液晶显示
2.2.4AT89C52单片机芯片
本设计采用的AT89C52单片机芯片来实现电子钟的设计的。
AT80C51是一种带4K字节闪烁可编程可檫除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。
如下图所示：
图5
AT89C52单片机芯片的主要特征有：
与MCS-51兼容，4K字节可程闪烁存储，数据保留时间长达十年，内含有128*8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。
AT89C52单片机芯片还具有镇荡器特性：
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
AT89C52单片机芯片管脚说明：
VCC：
供电电压；GND：
接地；P0口：
P0口为一个8位漏极开路双向I/O，每脚可吸收8TTL门电源；P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输入4TTL门电流；P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收输出4个TTL的门电流；P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流；当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（TTL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可以作为AT89C52的一些特殊功能口。
3软件设计
本设计采用中断方式进行设计程序的，在中断中应注意的问题：
采用中断的方式，最好将定时器中断的优先级设置为最高层，关于程序数据的稳定性应注意两个问题：
一、在低优先级中断响应时,应在入栈保护数据时禁止高优先级的中断响应;二、在入栈保护有关数据后,对中断程序执行有响应的状态图,寄存器,必须恢复为复位状态的值。
例如，在以下程序中，由于用到了十进制调整，所以在中断进入时，将PSW中的AC，CY位清零，否者，十进制调整出错。
定时准确性的讨论：
程序中定时器，一直处于运行状态，也就是说定时器是理想运作的，其中断程序每隔0.1秒执行一次，在理想状态下，定时器定时是没有系统误差的，但由于定时器中断溢出后，定时器从0开始计数，直到被重新置数，才开始正确定时，这样中断溢出到中断响应到定时器被重新置数，其间消耗的时间就造成了定时器的定时的误差。
如果在前述定时器不关的情况下，在中断程序的一开始就给定时器置数，此时误差最小，误差大约为：
每0.1秒，误差7—12个机器周期。
当然这是在定时器定时刚好为0.1秒时的情况，由以上分析，如果数字钟设计为查询的方式或是在中断的方式下将定时器中断设置为最高级，我们在定时值设置时，可以适当扣除9个机器周期的时间值。
但如果在中断的情况下，没有将定时器中断设置为最高级，那就要视中断程序的大小，在定时设置时，扣除相应的时间值。
3.1流程图
图6流程图
该流程图，先对电路进行初始化，然后程序从伪指令（ORG）开始顺序执行，进入主程序，在主程序中调用各个子程序，在各个子程序中利用数据传送，循环移位指令等和中断方式，以及各个子程序，始终开始运行，在运行时可对时钟进行调整，K1键是进行校时，K2键是进行校分，利用中断进行校时，校分，最终实现了电子时钟的设计。
4PROTEUS软件下的仿真
4.1软件介绍
WAVE6000软件是在窗口管理.项目管理和源文件编辑工具上工作的,在WAVE6000环境下的所有窗口均可以放在窗口的同一块区域,各窗口可以直接切换,节省了窗口的面积,使窗口管理更有效。
WAVE6000中项目管理和源文件编辑方面的功能，使得项目、文件切换更方便，有效的后退、前进功能使得修改程序更方便。
新增加的书签窗口和断点窗口可以有效地管理断点和书签，使得程序员无须在众多的代码和断点中逐行查询，断点信息和书签信息在各自的窗口中显示一目了然。
项目窗口是用户和源程序文件.目标文件和用户设置等的桥梁,通过项目窗口可以建立项目、设置项目、添加源程序到项目、编译项目等项目操作,信息串口显示项目操作和文件操作后的详细信息，例如打开项目、保存项目、项目编译过程以及出错信息等等。
在一个项目调试之前，必须经过新建项目、设置项目.添加模块和包含文件、保存项目.编译项目,最后进入调试项目，其中的所有成功和错误信息都会在该窗口中显示，因此用户在调试项目前，需要观察此窗口是否有错误信息，待排除错误后方可正确调试项目。
外设（包括端口、定时器、串行口、中断）菜单和相应的窗口是由SFR窗口寄生出来的外设菜单,专门用来显示外部设备的状态和相应的设置，可以通过该窗口生成用户修改设置后的汇编、C源码,用户可以脱离常用的手册直接修改各外设的工作方式，然后产生源码。
4.2仿真过程
1.在计算机上打开“WAVE6000”集成调试环。
2.建立新程序选择菜单（文件）.（保存文件）或（文件）.（另存为）功能。
3.建立新的项目，选择菜单（文件）.（新建项目）功能。
新建项目分三步走，首先，加入模块文件。
在加入模块文件的对话框中选择刚才保存的文件，按打开键。
如果你是模块项目，可以同时选择多个文件再打开。
然后，加入包含文件，在加入包含文件对话框中，选择所要加入的包含文件。
如果没有则按取消键。
最后保存项目，在保存项目对话框中输入项目名称，按保存键将项目保存在与你的源文件相同的文件夹下。
4.然后再设置项目。
选择菜单栏的编译功能编译项目，在编译过程中如果有错误可以在信息窗口中显示出来。
双击错误信息，可以在源程序中定位所在行，纠正错误后，再次编译直到正确为止。
5.在编译没有错误后，就可以执行、调试程序了。
软件仿真的时间显示图：
1）任一时间的时钟显示
2）按下K1键进行校时，小时加1后的时间显示。
3）按下K2键进行校分，分钟加1后的时间显示
5结论
所设计的系统中包含了微控制器、显示部件、输入部件、键盘部分等部件，微控制器通过运行所编汇编程序，通过一定的运算后由直观的人机界面显示出来，并可通过微控制器的串口和上位机建立连接进行数据的传输。
在整个设计系统中充分掌握各模块电路的工作原理，对硬件电路进行设计，使用汇编语言编写全部的驱动程序。
本系统用于时间显示精度可以达到0.01s、功耗小、显示直观。
由于个人在知识面和水平方面还有限，再加上条件和时间的限制，基于单片机的液晶屏显示的电子时钟的精度和抗干扰能力等各项技术指标的提高、诸多功能的完善还需要进一步的研究和开发，此外在完成基本功能的基础上，还需要努力提高软件的效率、硬件系统的稳定性、进一步降低系统的功耗等。
参考文献
[1]余发山单片机原理及应用技术中国矿业大学出版社
[2]张毅刚单片机应用设计哈出尔滨工业大学版社
[3]李刚5
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