LCD显示电子时钟设计

简单控制系统设计与实现学年设计任务书
简单控制系统设计与实现学年设计说明书
学院名称：计算机与信息工程学院
班级名称：
学生姓名：
学号：
题目：LCD显示的电子时钟设计
指导教师
姓名：
起止日期：2015.6.25~2015.7.10
第一部分：正文部分
一、选题背景
当今时代是一个知识爆炸的时代，新科技、新技术、新产品层出不穷，电子技术的发展尤为迅速，它充斥在我们的日常生活中。

随着科学技术的发展和社会的进步，单片机已成为当今计算机应用中空前活跃的领域，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已经不能满足人们的需求。

数字电子时钟是采用数字电路实现对时，分，秒数字显示的装置，广泛应用于车站，码头和办公室等公共场所，成为人们生活中不可或缺的必需品，研究数字时钟及扩大其应用，对现实生活有极其重要的意义。

单片机的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。

从前必须由模拟电路和数字电路实现的大部分功能，现在单片机通过软件就可以实现了，这种软件代替硬件的控制技术又叫做微控制技术，是传统控制技术的一次革命。

而单片机模块中最常见的数字时钟相对机械时钟来说，有更高的准确性和直观性，且更方便更快捷，使用寿命也远远大于机械时钟，所以得到广泛的应用。

二、设计理念
本次设计以AT89C51单片机为核心，通过编写时钟程序，实现在LCD上的显示。

此编程的核心在于定时器中断及循环往复判断是否有按键操作，而且每个按键的操作都会在LCD显示器上做出相应的反应。

本次设计采用的方案完全用软件实现数字时钟，原理：在单片机内部存储器设三个字节分别时钟的时、分、秒信息。

利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节加1；若分值达到60，则将其清零，并将相应的时字节加1；若时值达到24，则将其清零。

该方案的特点是硬件电路简单，缺点是在每次执行程序时，都要对定时器重新赋值，因此该时钟精度不高。

并且程序的执行与时钟的显示是同步进行的，当程序不执行时，时钟也会停止工作。

三、电路硬件设计部分
3.1基于单片机的电子时钟基本框图
基于单片机电子时钟总体框图，如下图3-1所示，总体结构包括单片机主控电路，按键电路，LCD显示电路，晶振与复位电路，蜂鸣器电路电路，还有电源。

图3-1电子时钟基本框图
3.2单片机AT89C51
AT89C51[1]有以下标准功能：32可编程I/O线，片内振荡器和时钟电路，可编程串行通道，5个中断源，低功耗的闲置和掉电模式，4K字节可编程闪烁存储器，128*8位内部RAM两个16位定时器/计数器。

AT89C5１具有如下特性：全静态工作：0Hz-24Hz,具有128*8位内部RAM，数据保留时间10年，具有4k自节可编程FLASH存储器，可编程串行通道，具有5个中断源。

AT89C5１部分引脚功能：
（１）P0口（P0.0 - P0.7）是一个8位漏极开路型双向I/O口，在访问外部存储器时，它是分时传送的低字节地址和数据总线，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载。

（２）P1口（P1.0 - P1.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O 口。

能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。

（３）P2口（P2.0 - P2.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O 口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。

P2口可以驱动(吸收或输出电流)
四个LSTTL负载。

（４）P3口（P3.0 - P3.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O 口。

能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。

3.3 LCD1602
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。

它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。

1602LCD[2]是指显示的内见下方容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。

3.４晶振电路
基于单片机的电子时钟晶振电路，如图3-2所示。

图3-2晶振电路
晶体振荡器电路[3]给数字钟提供一个频率稳定在12Hz的方波信号，它可以保证数字时钟的走时准确及稳定，无论什么样式的电子时钟都会使用晶体振荡器电路电路，是单片机最小系统的重要组成部分。

3.4按键电路
基于单片机的电子时钟按键功能电路，如图3-3所示。

图3-3按键电路
按键电路跟显示电路一样，采用扫描方式，并巧妙利用显示时的数码管驱动的位置信号，也就是在显示的同时，判断相应按键的状态。

判断的方法是在显示某一数码管时，判断U1的P3.7的状态，如果P3.7为高电平，说明没有按键按下，如果P3.7为低电平，则说明相应的按键按下，这时，通过读回U1的P3口中P3.3—P3.5的值，就可判断是那个按键按下，然后调用相应的处理程序进行处理。

按键需要四个，它们分别实现的功能是K1——进入设置现在的时间。

K2——设置小时。

K3——设置分钟。

K4——确认完成设置。

程序执行后工作指示灯LED 闪动，表示程序开始执行，LCD显示“00：00：00”，然后开始计时，时间的调整按递增的方式增加，且调整时不对其他时间的显示产生干扰，用单片机的4个I/O接收控制信号。

3.5显示电路
电子时钟显示电路，如图3-4所示。

图3-4显示电路
单片机的P0.1—P0.7与 LCD的D0－D7相连，通过单片机的P0.1-P0.7将要显示的字符输入译码器，经译码器编译后在LCD输出相应的字符，LCD的显示采用扫描方式。

3.5蜂鸣器电路
其硬件原理图如下图3-5所示。

此电路用于整时提示。

SPEAKER与P1.2口相连，当SPEAKER输出高电平时蜂鸣器不响，而SPEAKER输出低电平时蜂鸣器发出响声。

只需控制SPEAKER输出高低电平的时间和变化频率，就可以让蜂鸣器发出不同的声音。

图3-5蜂鸣器电路
四、软件设计
4.1软件需要完成的功能：
（1）显示时间，通过对程序的调节，在LCD上显示时间。

（2）调节时间，通过对按键的调节，实现对时钟的调节。

具体为按下K1，进入设置现在的时间；按下K2，调节小时；按下K3，设置分钟；按下K4，确认完成设置。

4.2系统总流程图
软件程序从开始到执行，先初始化各个寄存器，通过扫描按键来决定是否设定参数来执行相应的功能程序[4]，进而在LCD上显示，如图4-1所示。

图4-1系统流程图
4.4中断程序
时钟的最小计时单位是秒，使用定时器的方式1，最大的定时时间也只能达到131ｍｓ。

在这里把定时器的定时时间定为50ｍｓ，这样，计数溢出20次即可得到时钟的最小计时单位─秒。

计数20次可以用软件实现，对定时器溢出次数进行计数，计满20次即为1秒。

从秒到分，从分到时，以及从时到天都是通过软件累加并进行比较的方法实现的。

void timer0(void) interrupt 1 //T0中断函数, 50ms执行一次
{
TH0 = 0x4c; //重新给TH0赋值
t0++; t0 %= 20; //20, 一秒钟
if(t0 == 0) {
new_s = 1; LED = ~LED; //~ 是按位取反
}
if(modify) LED = 0;
}
4.5按键程序
定义四个按键，它们分别实现的功能是K1——进入设置现在的时间。

K2——设置小时。

K3——设置分钟。

K4——确认完成设置。

uchar read_key(void)
{
uchar x1, x2; //定义两个uchar类型的变量x1，x2
KEY_IO = 255; //初始化KEY_IO
x1 = KEY_IO; //将KEY_IO赋值给x1
if (x1 != 255) {
delay(100); //延时
x2 = KEY_IO;
if (x1 != x2) return 255; //判断
while(x2 != 255) x2 = KEY_IO;
if (x1 == 0x7f) return 0; //读取地址返回数值
else if (x1 == 0xbf) return 1;
else if (x1 == 0xdf) return 2;
else if (x1 == 0xef) return 3;
else if (x1 == 0xf7) return 4;。