單片機課程設計--智能電子鐘(LCD顯示)

1、課程設計課程名稱單片機原理與接口技術(shù)題目名稱多功能數(shù)字時鐘學生學院材料與能源學院專業(yè)班級 電子材料及元器件方向?qū)W 號學生姓名指導教師2013 年 1 月16 日i多功能數(shù)字時鐘材料與能源學院廣東工業(yè)大學課程設計任務書題目名稱學生學院專業(yè)班級姓名學號、課程設計的內(nèi)容用at89c52單片機制作一個時鐘：1 .設計并繪制硬件電路圖；2 .布置元件并焊接好元器件；3 .編寫程序并將調(diào)試好的程序固化到單片機中。4 .增加溫度測試功能。、課程設計的要求與數(shù)據(jù)單片機采用stc89c52e片，時鐘芯片采用dallas公司的ds1302即涓流充電時鐘 芯片,它內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)ram通過簡單

2、的串行接口與單片機 進行通信實時時鐘/日歷電路提供秒分時日日期月年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可 自動調(diào)整，時鐘操作可通過 am/pm指示決定采用24或12小時格式，ds1302與單片機 之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信。同時用選ds18b20傳感器將采集的室內(nèi)溫度顯示于lcd上。按此要求設計硬件和軟件以實現(xiàn)這些功能。三、課程設計應完成的工作1 .完成下載線的制作，為程序下載到單片機芯片中做好準備；2 .完成軟件、硬件的設計，并進行硬件的焊接制作，并將調(diào)試成功的程序固化到單片機 中，最后進行硬件與軟件的調(diào)試；3 .撰寫設計說明書。四、課程設計進程安排廳p設計各階段內(nèi)容地點起止日期1硬件

3、、軟件設計宿舍1月813日2焊接電路板宿舍1月1415日3軟件、硬件調(diào)試宿舍1月1516日4撰寫說明書宿舍1月17日5答辯大學城工學三號館1051月1821日摘要隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各 個領域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)，本文將介紹一種基于單片機控制的液晶 顯示溫度和時鐘設計，時間可由鍵盤調(diào)整。主要用到的芯片有單片機stc89c52. 液晶1602lcm模塊.時鐘芯片ds1302溫度傳感器ds18b2淆。關鍵詞：單片機 stc89c52, 1602lcm 模塊，ds1302., ds18b203目錄1 系統(tǒng)需求分析11.1 電子時鐘研究的背景和意義1

4、.1.2 系統(tǒng)實用功能分析1.2 設計要求與方案 22.1 設計要求 22.1.1 基本要求 2.2.1.2 發(fā)揮部分 2.2.2 系統(tǒng)基本方案選擇 2.2.2.1 芯片的選擇 2.2.2.2 顯示模塊選擇方案 2.2.2.3 時鐘信號的選擇方案 3.2.3 電路設計最終方案決定 3.3 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn) 3.3.1 數(shù)字鐘電路設計框圖 3.3.2 系統(tǒng)硬件概述 4.3.3 硬件電路結(jié)構(gòu)的設計 4.3.3.1 單片機主控制模塊的設計 4.3.3.2 顯示模塊的設計 4.3.3.3 lcd 原理說明 5.3.3.4 開關模塊說明 6.4 系統(tǒng)的軟件設計 74.1 程序流程框圖 7.4.2 l

5、cd的初始化與及顯示程序 7.5 系統(tǒng)調(diào)試 95.1 軟件調(diào)試 95.2 硬件調(diào)試 9參考文獻 1.0.附錄 1.1.1 系統(tǒng)需求分析1.1 電子時鐘研究的背景和意義20 實際末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。再起推動下現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會的哥哥領域，有力的推動和提高的社會生產(chǎn)力的發(fā)展與信息化程度，同時也是現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提升，產(chǎn)品的更新?lián)Q代節(jié)奏譜也越來越快。時間對人們來說是那么的寶貴，工作的忙碌性和繁雜容易使人們忘記當前的時間。然而遇到重大事情的時候，一旦忘記時間，就會給自己或者是他人造成很大的麻煩。平時我們要求上班準時，約會或者召開會議必然要提及時間、火車要準點到達，航班要準時起

6、飛，工業(yè)生產(chǎn)中，很多環(huán)節(jié)都需要時間來確定工序替換時刻。所以說能隨時準確的指導時間并利用時間，是我們生活中必不可少的。想知道時間，手表當然是很好的選擇，但是在忙碌當中，我們還需要一個“助理”時不時的給我們體形式將，所以，計時器最好能夠用有一個定時系統(tǒng)，隨時提醒容易忘記時間的人。最早能夠定時、寶石的時鐘屬于機械式鐘表，但這種時鐘受到機械結(jié)構(gòu)、動力合體技的限制，在功能性能以及在造價上都沒有辦法與電子時鐘相比。電子時鐘是采用電子電路實現(xiàn)對時、分、秒進行數(shù)字顯示的即使裝置，廣泛應用月個人家庭、車站、碼頭辦公室等公共場所，成為人們?nèi)粘Ｉ罨顒又胁豢缮俚谋仨毱贰Ｓ捎跀?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛使

7、用，是的數(shù)字時鐘的精度遠遠查過老師鐘表，鐘表的數(shù)字化跟人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大的擴展了鐘表原先的時鐘功能。諸如整點提示、定時報警、定時廣播、自動啟閉路燈，定時開關烘箱、同多動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟動等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。1.2 系統(tǒng)實用功能分析單片機模塊中最常見的是數(shù)字時鐘，數(shù)字時鐘是一種用單片機原理實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字時鐘是采用單片機原理實現(xiàn)對. 年、月、日、周、時、分、秒，數(shù)字顯示及到時提醒的

8、計時裝置, 廣泛用于個人家庭, 車站 , 碼頭辦公室等公共場所, 成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?, 由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用 , 使得數(shù)字鐘的精度, 遠遠超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字時鐘及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。2 設計要求與方案2.1 設計要求2.1.1 基本要求1 設計能支持年月日星期時分秒的時鐘，時鐘要具有

9、時間調(diào)整功能。2.1.2 發(fā)揮部分1 鬧鐘時間精度。2 時鐘功耗小于0.5ma/5v。2.2 系統(tǒng)基本方案選擇本時鐘的設計具體有兩種方法。 一是通過單純的數(shù)字電路來實現(xiàn)； 二是使用單片機來 控制實現(xiàn)。本次設計選取了較為簡單的單片機控制；而選擇這一方法后還要進行各個芯片的 選擇。以下是我在這次設計中所用的方案。2.2.1 芯片的選擇采用at89c52e片，其為高性能cmo8位單片機，該芯片內(nèi)含有4k bytes的可反復擦 寫的只讀程序存儲器（pero）m、 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram）、 32 位可編程 i/o口線、2個16位定時/計數(shù)器、6個中斷源、可編程串行uart1道

10、及低功耗空閑和掉電模式， 其最大的優(yōu)勢就是at89c5雙供了 8k字節(jié)可擦寫flash閃速存儲器空間、8個中斷源、及256*8 字節(jié)內(nèi)部存儲器（ram） ，解決了我們對可反復擦寫的flash 閃速存儲器空間大小與中斷源的不夠問題的擔心。2.2.2 顯示模塊選擇方案方案一：采用led數(shù)碼管顯示，顯示較為清楚，但是由于設計要求時鐘功能比較重要， 因此用如用led行行顯示會使得硬件電路較為復雜，且在軟件實現(xiàn)上也較難，為實現(xiàn)功能帶 來了一定的困難。方案二：采用lcd電路比較簡單，且在軟件設計上也相對簡單，具有低功耗功能，能 夠滿足設計最優(yōu)的要求。因此，在設計中我采用的顯示模塊是lcd顯示。2.2.3

11、時鐘信號的選擇方案方案一：直接采用單片機定時計數(shù)器提供的秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、周、時、 分、秒計數(shù)。采用此種方案可減少芯片的使用，節(jié)約成本，實現(xiàn)的時間誤差較小，但程序設 計較為復雜。方案二：采用ds1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，ds1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，而且精度高 ，256位的ram 為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓2.5v5.5v范圍內(nèi)，2.5v時耗電小于300na且硬件電路連接較為 簡單，程序設計容易實現(xiàn)。2.3 電路設計最終方案決定綜上各方案所述，對此次數(shù)字時鐘的方案選定為：采用at89c52作為主控制系統(tǒng)；并由 其定

12、時計數(shù)器提供時鐘；lcd作為顯示電路，來實現(xiàn)功能。3系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn)3.1 數(shù)字鐘電路設計框圖圖3-1電路設計框圖3.2 系統(tǒng)硬件概述該電路是由at89c52i1片機為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在 3v超低壓 作；時鐘電路也由at89c52i1片機提供，減少芯片的使用，節(jié)約成本，它可以對年、月、日、 周、日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能。時間顯示部份采用液晶lm016l(lcdc3.3 硬件電路結(jié)構(gòu)的設計3.3.1 單片機主控制模塊的設計此次單片機數(shù)字時鐘的設計采用 at89c52為主控制芯片，并由其定時器提供時鐘，利用lcd進行時間按顯示。下圖為用 proteus軟件

13、畫的原理圖：c1c3 ,國ti ciwyf. 文teet-30講俄期rpl .匚i x1口:2日 f2s_3d 31翁 37 36s3 4互圖3-2仿真電路圖vcc- 1-19crystalc2 卜 xtahxta42p0.1,w1 叩.胃弼m pq.3w3 p0.4jw4rstpq.5mdi5 p。田閥冷 p0.t70.氟蠟f2.fsbnp2.2#m0f2.3 陽 t pw.mw?ale&ap24囹3 p2.6#14rlbt2p i vt2ex.p2.7ia：1fip3.q/rxe!p3.1xtxdp1 2戶:.2舉1rop-13p14p3.3amt1f3 可topusfs.tlp1j5p1

14、7f3.6whp3.7jwtjlcd1lmo10lwcca3.3.2 顯示模塊的設計如圖(3-4)所示，該設計采用液晶顯示裝置即把時鐘信號以及溫度信號同時顯示在液晶顯示器上，不僅結(jié)構(gòu)簡單清新可見，而且省電也容易控制。數(shù)據(jù)的傳輸采用p0 口進行控制，其引腳vs或地，vee vcc rs和rw e是顯示器的控制端分別由單片機的引腳 p1.0、p1.1、 p1.3進行控制。而vd支作為液晶顯示器的灰度調(diào)節(jié)引腳，接一變阻器來改變其顯示的清晰 度。lcd1ilmd16li是茬山 昌昌昌昌告昌昌昌圖3-3 lm016l液晶顯示器3.3.3 lcd原理說明在實際應用中，用戶很少直接設計 lcd顯示器驅(qū)動接口

15、，一般是直接使用專用的 lcd顯 示驅(qū)動器和lcd顯示模塊。其中，lcd顯示模塊lcm(liquid crystal display module) 是把lcd顯示器、背景光源、線路板和驅(qū)動集成電路等部件構(gòu)成一個整體，作為一個獨立的 部件使用，具有功能較強、易于控制、接口簡單等優(yōu)點，在單片機系統(tǒng)中應用較多。其內(nèi)部 結(jié)構(gòu)如圖2-8所示。lcd顯示模塊只留一個接口與外部通信。顯示模塊通過這個接口接收顯 示命令和數(shù)據(jù)，并按指令和數(shù)據(jù)的要求進行顯示。外部電路通過這個接口讀出顯示模塊的工 作狀態(tài)和顯示數(shù)據(jù)。lcd顯示模塊一般帶有內(nèi)部顯示ramf口字符發(fā)生器,只要輸入ascii碼 就可以進行顯示。lcd顯

16、示模塊按功能顯示可分為：lc曲式顯示模塊、lcd?符型顯示模塊、 lcd圖形顯示塊三類。液晶顯示器因其功耗低、重量輕而成為便攜式應用中的主流顯示技術(shù)。這里所用的字符型液晶模塊是一種用 5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容 量可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等等。液晶顯示有點振式和字符式兩種， 在這里采用字符式液晶顯示器1602來實現(xiàn)顯示電路的功能。3-4 lcd 顯示電路由于 1602 液晶顯示器是本身帶有驅(qū)動模塊的液晶屏， 它只有并口線和一些控制線， 與單片機的連接有兩種不同的方法，直接訪問方式和間接訪問方式。直接訪問方式就是微處理器把液晶顯示模塊當作存儲器或i

17、/o 設備直接掛在總線上，模塊8 位數(shù)據(jù)總線與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連，用讀操作或?qū)懖僮餍盘柵c地址信號共同產(chǎn)生控制信號。3.3.4 開關模塊說明校時電路主要靠鍵盤來控制。鍵盤是一組按鍵的集合。共有四個按鍵，分別是：改變時間、增加、減少、清零。它是嵌入式計算機系統(tǒng)中不可缺少的外圍電路。是實現(xiàn)人機對話的紐帶，借助鍵盤可以向計算機輸入程序、置數(shù)、邏輯操作以及寫入程序和程序檢測等。184系統(tǒng)的軟件設計4.1程序流程框圖開始初始化程序*主鍵值檢測有則主鍵值加一根據(jù)主鍵進行散轉(zhuǎn)時 問 顯 示 主 界 面時 問 顯 示顯示周l時 問 秒 鐘 調(diào) 整時 問 分 鐘 調(diào) 整時 問 小 時 調(diào) 整時 問 周 調(diào) 整

18、時 問 日 調(diào) 整時 問 月 調(diào) 整圖4-1主程序流程4.2 lcd的初始化與及顯示程序1 lcd的初始化void ini()/*lcd的初始化函數(shù)rw=0;en=0;p1=0xff;writecg();write_order(0x38);/* 端口寫入write_order(0x0c); /*端口寫入write_order(0x06); /*端口寫入write_order(0x01); /*端口寫入2 lcd 的顯示程序void open()/* 定義一個lcd顯示函數(shù)uchar num; /* 定義一個無符號的字符變量numwrite_order(0x80+0x10); /* 調(diào)用 wri

19、te_order 函數(shù)for(num=0;opensnum!=0;num+)/* 循環(huán)打開write_date(opensnum);delay(20);for(num=0;num16;num+)/* 對端口 0x1c 寫入write_order(0x1c);delay(200);for(num=0;num5;num+)/* 對端口 0x18 寫入 write_order(0x18);delay(200);for(num=0;num4;num+)/* 對端口 0x18 寫入write_order(0x1c);delay(200);for(num=0;num3;num+)/* 對端口 0x18 寫

20、入write_order(0x18);delay(200);for(num=0;num2;num+)/* 對端口 0x1c 寫入write_order(0x1c);delay(200);for(num=0;num1;num+)/* 對端口 0x18 寫入write_order(0x18);delay(100);write_order(0x80+0x53);for(num=0;opens1num!=0;num+)/* 循環(huán)延時寫入數(shù)據(jù) write_date(opens1num);delay(500);5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 軟件調(diào)試打開程序調(diào)試軟件keil uvision2 ，在里面新建一個工程，命

21、名為：數(shù)字時鐘 .uv2 。接著新建文件，編寫相應程序。編寫好的各個程序進行編譯與連接。但若是在該過程中，看見我們編好的程序有錯誤，那么就根據(jù)他相應的提示來修改錯誤，直到該程序能夠正確編譯為止。能夠正常編譯的程序說明沒有什么問題了，此時我們在點擊相關欄目，讓它生成我們在硬件仿真時所需要的.hex文件。到此步，我們的軟件調(diào)試就完成了。5.2 硬件調(diào)試打開 proteus 7 professional 軟件，按照方案所選的電路元件來設計整體電路，線把個芯片按一定的位置放好，然后對相應的對象進行連接，連接時需仔細，以免調(diào)試時發(fā)生錯誤。做好之后把編程所生成的。hex文件加載到at89c52中，運行仿真

22、軟件，查看運行效果。如果運行出錯那么就根據(jù)他相應的提示來修改錯誤，直到仿真成功為止。參考文獻1 邊春遠、王志強， mcs-51 單片機應用開發(fā)實用子程序 m ，人民郵電出版社.2馬忠梅主編，單片機的c語言應用程序設計m,北京航空航天大學出版社.3 李朝青主編，單片機原理及接口技術(shù)（第3版）m ， 北京航空航天大學出版社4譚浩強，c語言程序設計（第四版）m,清華大學出版.5馬忠梅、張凱，單片機的c語言應用程序設計m,北京航空航天大學出版社.6 廖先蕓，電子技術(shù)實踐與實訓 m ，高等教育出版社.附錄主程序 :#include#define uchar unsigned char#define ui

23、nt unsigned intsbit lcdrs=p3a5;sbit lcden=p3a4;sbit dula=p2a6;sbit wela=p2a7;sbit s0 =p1a0;sbit s1 =p1a1;sbit s2 =p1a2;sbit s3 =p1a3;uchar code table1=2008-08-28 wen;uchar code table2=21:31:30;uchar num,t0;char sec,minute,hour,day,week,month;uint year;void delay(uchar z)uchar x,y;for(x=z;x0;x-) for(

24、y=110;y0;y-);/ 寫入指令子函數(shù)void write_order(uchar order)lcdrs=0;p0=order;delay(2);lcden=1;delay(2);lcden=0;/ 寫入數(shù)據(jù)子函數(shù)void write_data(uchar data1)lcdrs=1;p0=data1;delay(2);lcden=1;delay(2);lcden=0;/ 初始化子函數(shù)void init()sec=0;minute=0;hour=0;week=0;day=1;month=1;year=2008;tmod=0x01;th0=(65536-50000)/256;tl0=(6

25、5536-50000)%256;ea=1;et0=1;tr0=1;wela=0;dula=0;設置顯示模式 開顯示開光標，光標閃爍 顯示清屏 光標顯示效果 定義第一行寫入數(shù)據(jù)的地址lcden=0;write_order(0x38);/write_order(0x0c);/write_order(0x01);/write_order(0x06);/write_order(0x80); / for(num=0;num14;num+)write_data(table1num);delay(2);write_order(0x80+0x43); /定義第一行寫入數(shù)據(jù)的地址for(num=0;num8;n

26、um+)write_data(table2num);delay(2);的子函數(shù)void change(uchar addr,uchar data1) / 改變 時 分 秒 天 月 uchar x,y;x=data1/10;y=data1%10;write_order(0x80+addr);delay(1);write_data(0x30+x);delay(1);write_data(0x30+y);delay(1);void yearchange(uchar addr,uint year) / 改變年的子函數(shù) uchar x,y,z,w;x=year/1000;y=year%1000/100;

27、z=year%100/10;w=year%10;write_order(0x80+addr);delay(1);write_data(0x30+x);delay(1);write_data(0x30+y);delay(1);write_data(0x30+z);delay(1);write_data(0x30+w);delay(1);void weekchange(uchar z) / 改變周數(shù)的子函數(shù)switch(z)case 0:write_order(0x80+0x0b);delay(1);write_data(m);delay(1);write_data(o);delay(1);wri

28、te_data(n);delay(1);break;case 1:write_order(0x80+0x0b);delay(1);write_data(t);delay(1);write_data(u);delay(1);write_data(e);delay(1);break;case 2:write_order(0x80+0x0b);delay(1);write_data(w);delay(1);write_data(e);delay(1);write_data(n);delay(1);break;case 3:write_order(0x80+0x0b);delay(1);write_d

29、ata(t);delay(1);write_data(h);delay(1);write_data(u);delay(1);break;case 4:write_order(0x80+0x0b);delay(1);write_data(f);delay(1);write_data(r);delay(1);write_data(i);delay(1);break;case 5:write_order(0x80+0x0b);delay(1);write_data(s);delay(1);write_data(a);delay(1);write_data(t);delay(1);break;case

30、 6:write_order(0x80+0x0b);delay(1);write_data(s);delay(1);write_data(u);delay(1);write_data(n);delay(1);break;default:break;void display()if(t0=20)t0=0;sec+;if(sec=60)sec=0;minute+;if(minute=60)minute=0;hour+;if(hour=24)hour=0;day+;week+;if(week=7)week=0;if(day=31)day=1;month+;if(month=13)month=1;ye

31、ar+;yearchange(0,year);change(0x05,month);change(0x08,day);weekchange(week);change(0x43,hour);change(0x46,minute);change(0x49,sec);/ 鍵盤掃描的子函數(shù)，修改時間void keyscan()uchar snum;if(s0=0)delay(5);if(s0=0)while(!s0);/松手檢測snum+;if(snum=1) /選定 秒tr0=0;write_order(0x80+0x40+9);write_order(0x0f);if(snum=2) /選定 分w

32、rite_order(0x80+0x40+6);write_order(0x0f);if(snum=3) /選定 時write_order(0x80+0x40+3);write_order(0x0f);if(snum=4) /選定 星期write_order(0x80+0x0b);write_order(0x0f);if(snum=5) /選定 天write_order(0x80+0x08);write_order(0x0f);if(snum=6) /選定 月write_order(0x80+0x05);write_order(0x0f);if(snum=7) /write_order(0x8

33、0);write_order(0x0f);if(snum=8) /tr0=1;write_order(0x0c);snum=0;if(snum!=0) /if(s1=0)delay(5);if(s1=0)while(!s1);if(snum=1)選定 年恢復 計時增加 時 分 秒 天 月 年sec+;if(sec=60)sec=0;change(0x49,sec);write_order(0x80+0x40+9);if(snum=2)minute+;if(minute=60)minute=0;change(0x46,minute);write_order(0x80+0x40+6);if(snu

34、m=3)hour+;if(hour=24)hour=0;change(0x43,hour);write_order(0x80+0x40+3);if(snum=4)week+;if(week=7)week=0;weekchange(week);write_order(0x80+0x0b);if(snum=5)day+;if(day=31)day=1;change(0x08,day);write_order(0x80+0x08);if(snum=6)month+;if(month=13)month=1;change(0x05,month);write_order(0x80+0x05);if(snum=7)year+;yearchange(0,year);write_order(0x80);19if(snum!=0) /減少 時 分 秒 天 月 年if(s2=0)delay(5);if(s2=0)while(!s2);if(snum=1)sec-;if(sec=-1)sec=59;change(0x49,sec);write_order(0x80+0x40+9);if(snum=2)minute-;if(minute=-1)minute=59;chan