單片機(jī)LCD1602顯示電子時(shí)鐘設(shè)計(jì),含匯編程序,原理圖、仿真結(jié)果、實(shí)物圖、論文

1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求分析

1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)：基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1.2 要求：

1.2.1 用LCD液晶作為顯示設(shè)備

1.2.2 可以分別設(shè)定小時(shí)、分鐘和秒，復(fù)位后時(shí)間為 00 00 00

1.2.3 能實(shí)現(xiàn)日期的設(shè)置年、月、日

1.3 擴(kuò)展要求：如鬧鐘功能、顯示星期、整點(diǎn)音樂報(bào)時(shí)等

2 系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)整體方案的論證

電路原理設(shè)計(jì)是基于小系統(tǒng)板包括電源電路、復(fù)位電路、按鍵電路、DS1302時(shí)鐘電路、液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路、輸出控制電路。電源部分是用電池來提供的3v-5v，晶體振蕩器采用的是12MHz的石英晶體振蕩器。

整個(gè)系統(tǒng)用單片機(jī)為中央控制器，由單片機(jī)執(zhí)行采集時(shí)鐘芯片的時(shí)間信號(hào)并通過顯示模塊來輸出信號(hào)及相關(guān)的控制功能。時(shí)鐘芯片產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，利用單片機(jī)的I/O口傳給單片機(jī)；并通過I/O口實(shí)現(xiàn)LCD的顯示。系統(tǒng)設(shè)有4個(gè)獨(dú)立式按鍵可以對(duì)時(shí)間年、月、日和星期進(jìn)行調(diào)整，還可以設(shè)置鬧鐘。具體如圖2.1所示：         

圖2.1  系統(tǒng)整體框圖

3 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)  

STC89C52是一款非常適合單片機(jī)初學(xué)者學(xué)習(xí)的單片機(jī)，它完全兼容傳統(tǒng)的8051，8031的指令系統(tǒng)，他的運(yùn)行速度要比8051快最高支持達(dá)33MHz的晶體震蕩器，在此系統(tǒng)中使用12MHz的晶振。

AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口及時(shí)鐘電路。另外，STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式�？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。

3.2振蕩電路的工作原理

STC89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但要形成時(shí)鐘，外部還需附加電路。XTAL1引腳為反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端，XTAL2引腳為反相放大器的輸出端。振蕩電路如圖3.1所示：

圖3.1  振蕩電路圖

3.2時(shí)鐘電路的工作原理

片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器實(shí)質(zhì)是個(gè)2分頻的觸發(fā)其輸入來自振蕩器的fosc，輸出為2相時(shí)鐘信號(hào)，即節(jié)拍信號(hào)P1、P2，器頻率為fosc\2。2個(gè)節(jié)拍為1個(gè)狀態(tài)時(shí)鐘S。狀態(tài)時(shí)鐘再3分頻后為ALE信號(hào)，其頻率為fosc\6，狀態(tài)時(shí)鐘6分頻后為機(jī)器周期信號(hào)，器頻率為fosc\12。特殊功能寄存器PCON的PD位可以控制振蕩器的工作，當(dāng)PD=0時(shí)，振蕩器停止工作，單片機(jī)進(jìn)入低功耗工作狀態(tài)，復(fù)位后，PD=0，振蕩器正常工作。時(shí)鐘電路如圖3.2所示：

圖3.2時(shí)鐘電路圖

3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖

圖3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖

3.4 時(shí)鐘芯片

   （1）DS1302是一種可編程的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，具有計(jì)算2100年前的時(shí)間的能力，包括時(shí)鐘/日歷寄存器和31字節(jié)（8位）的數(shù)據(jù)暫存寄存器，數(shù)據(jù)通信權(quán)通過一條串行輸出口。時(shí)鐘/日歷提供包括秒、分、時(shí)、日期、月份和年份信息。閏年可自行調(diào)整，以串行方式向單片機(jī)傳送單字節(jié)或多字節(jié)的秒、分、時(shí)、日、月、年等實(shí)時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)；只通過三根線進(jìn)行數(shù)據(jù)的控制和傳遞：RST、I/O、SCLK；其在電路的功能是還具有在出現(xiàn)主電源斷電時(shí)備用電源可繼續(xù)保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。時(shí)鐘引腳圖如圖3.4所示：

圖3.4時(shí)鐘引腳圖

(2)DS1302芯片內(nèi)部寄存器讀寫地址及位定義格式如表3-1：

表3-1  DS1302芯片內(nèi)部寄存器讀寫地址及位定義

如果單片機(jī)要對(duì)DS1302內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀寫操作，必須先將與寄存器對(duì)應(yīng)的位操作地址傳送給DS1302，然后再進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)的操作。控制寄存器是用來決定能否對(duì)DS1302進(jìn)行讀寫操作，當(dāng)控制字的最高位WP=0時(shí)，允許進(jìn)行讀寫操作；當(dāng)WP=1時(shí)，禁止讀寫操作。所以單片機(jī)對(duì)DS1302進(jìn)行讀寫操作時(shí)，必須先將控制字00H寫入到DS1302的控制寄存器中。

3.5 液晶顯示電路

LCD顯示器能顯示數(shù)碼管不能顯示的其他字符、文字和圖形，是十分重要的顯示終端，LCD1602是字符點(diǎn)陣液晶顯示模塊。利用LCD1602，所用的時(shí)間年、月、日、星期可同時(shí)可見，一目了然，采用雙行顯示，讓電子鐘能夠更直觀的顯示。其實(shí)圖如圖3.5、顯示電路圖如圖3.6、引腳功能如表3-2所示：

圖3.5 液晶顯示器實(shí)圖

圖3.6 液晶顯示電路圖

表3-2  LCD液晶顯示器引腳功能

3.6 輸出控制電路

在P2.0端口接一個(gè)蜂鳴器，用于整點(diǎn)報(bào)時(shí)和響鬧鈴。具體如圖3.7所示：

圖3.7輸出控制電路圖

3.7按鍵電路

本次設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位，按鍵電平復(fù)位相當(dāng)于按復(fù)位鍵后，復(fù)位端通過電阻與Vcc電源接通，按鍵電路圖如圖3.8所示：

圖3.8按鍵電路圖

4 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1軟件總體設(shè)計(jì)方案

4.1.1 軟件設(shè)計(jì)目標(biāo)

軟件部分總體上是模塊化的設(shè)計(jì)思想，通過子程序調(diào)用設(shè)計(jì)方式 ，將所有的模塊綜合到一起，使程序可讀性較高。

4.1.2 總體架構(gòu)說明

該時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)思路如下：

  （1）在程序頭將設(shè)計(jì)中的一些固定空間進(jìn)行分配并注釋。

  （2）初始化程序，如設(shè)定時(shí)鐘初始顯示“2016年6月30日，星期四，00：00”以便一開始就能進(jìn)入整點(diǎn)報(bào)時(shí)狀態(tài)，顯示該功能;設(shè)定使用定時(shí)器1；將一些未到時(shí)鐘設(shè)計(jì)功能的功能端口關(guān)閉等。

  （3）開始主程序進(jìn)行程序掃描，先掃描拆字子程序，將分配好的時(shí)分秒等高地位的數(shù)字調(diào)入到顯示子程序中�！�顯示子程序通過分配的空間對(duì)應(yīng)口將拆字子程序的內(nèi)容在液晶顯示器上顯示相應(yīng)的時(shí)分秒，再調(diào)用走時(shí)程序使時(shí)鐘進(jìn)行讀秒等工作。→進(jìn)入按鍵掃描，判斷按鍵是否有變動(dòng)，若有就根據(jù)設(shè)計(jì)程序?qū)ο鄳?yīng)的按鍵按入次數(shù)而進(jìn)行實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。如進(jìn)入時(shí)間調(diào)整、鬧鐘設(shè)置、鬧鐘開啟與否等。→進(jìn)入鬧鐘的判斷，在時(shí)分上與設(shè)置的鬧鈴時(shí)間吻合的話就做相對(duì)應(yīng)的判斷，再依據(jù)是否有開啟鬧鐘而進(jìn)行響鈴與否，如果有響鈴則設(shè)置其一直響鈴知道有人為按取消按鍵取消鬧鈴。→進(jìn)入整點(diǎn)報(bào)時(shí)掃描，判斷是否在時(shí)分上都進(jìn)入了整點(diǎn)，如果是就報(bào)時(shí)，然后就退出整點(diǎn)報(bào)時(shí)，等到下一個(gè)整點(diǎn)的到來�！�最后返回主程序頭重新依次掃描。顯示過程設(shè)有消隱，按鍵設(shè)有去抖。

  （4）子程序部分。在主程序的調(diào)用下依據(jù)不同的子程序工能而編寫子程序，有多級(jí)嵌套。這些子程序包括拆字子程序、延時(shí)子程序、走時(shí)間子程序、整點(diǎn)報(bào)時(shí)子程序、按鍵處理子程序、調(diào)時(shí)間子程序、鬧鐘設(shè)置子程序、鬧鐘子程序、鬧鐘開啟子程序。主流程圖如圖4.1所示：

子程序詳解表如表4-1所示：

表4-1  子程序詳解表

4.2按鍵模塊設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的按鍵模塊僅占用四個(gè)I/O口，從89s52芯片p1.0、p1.1、p1.2、p1.3四個(gè)引腳接入進(jìn)行控制。當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)，均為高電平，有按鍵按下時(shí)相應(yīng)I/O口為低電平，但并沒有立即執(zhí)行相應(yīng)的程序，延時(shí)5ms后若再為低電平，等I/O口恢復(fù)高電平，即按鍵松開時(shí)，才執(zhí)行相應(yīng)的程序，此時(shí)按鍵才起作用。這樣該按鍵模塊具有去抖動(dòng)，且按鍵按下一次僅作用一次，起到精確判斷的作用。

4.2.1 按鍵1的說明

按鍵1有四種功能，分別為下面4個(gè)子程序：

(1)子程序0的功能為：進(jìn)入設(shè)置當(dāng)前時(shí)間狀態(tài)，且令keycode=2；

(2)子程序1的功能為：進(jìn)入設(shè)置鬧鐘時(shí)間狀態(tài)，且令keycode=3；

(3)子程序2的功能為：把所設(shè)置的時(shí)間作為當(dāng)前時(shí)間，且令keycode=0；

(4)子程序3的功能為：把所設(shè)置的時(shí)間作為鬧鐘時(shí)間，且令keycode=0；

每次按下按鍵1，按鍵1程序根據(jù)的KeyCode內(nèi)容轉(zhuǎn)入各對(duì)應(yīng)的子程序中（因?yàn)楫?dāng)KeyCode值不同時(shí)，經(jīng)過計(jì)算得到dptr的值不同，然后經(jīng)過jmp @a+dptr指令就可跳轉(zhuǎn)到不同的子程序中，具體程序說明），從而實(shí)現(xiàn)不同的功能。

從各按鍵的功能可知，每次按下按鍵1，都會(huì)改變KeyCode內(nèi)容，使按鍵1的功能發(fā)生改變。

4.2.2  按鍵2的說明  

按鍵2有兩種不同的功能：對(duì)應(yīng)于設(shè)置狀態(tài)為加1；對(duì)應(yīng)于非設(shè)置狀態(tài)為切換屏幕。所以按鍵2程序開頭就先判斷鬧鐘是否處于設(shè)置狀態(tài)。

當(dāng)鬧鐘處于非設(shè)置狀態(tài)時(shí)，keycode等于0或1；處于設(shè)置狀態(tài)時(shí)，keycode等于2或3；所以可用如下語段判斷鬧鐘是否處于設(shè)置狀態(tài)：

當(dāng)鬧鐘處于設(shè)置狀態(tài)，keycode值大于2，c等于0

當(dāng)鬧鐘處于非設(shè)置狀態(tài)，keycode值小于2，c等于1

4.2.3 其他按鍵的說明

     剩下3、4按鍵都于按鍵2類似，先判斷是否處于設(shè)置狀態(tài)，然后轉(zhuǎn)入不同的語句，不再說明。

4.2.4 報(bào)時(shí)功能的說明：

當(dāng)報(bào)時(shí)功能開啟，即bs=0時(shí)，LCD上會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的標(biāo)示符號(hào)，此時(shí)主程序?qū)�掃描zhengshi子程序。

     zhengshi子程序能判斷當(dāng)前時(shí)間是否為整點(diǎn)，若為整點(diǎn)將使cxbs=0，且把hour由BCD碼化為二進(jìn)制存儲(chǔ)在字節(jié)shengshu（為報(bào)時(shí)聲數(shù)，將在baoshi子程序中使用）中，之后主程序?qū)�掃描baoshi子程序，即開始報(bào)時(shí)。

    chuzhi=0, 由baoshi子程序可知，鬧鐘從0秒開始報(bào)時(shí)，當(dāng)報(bào)時(shí)完畢將自動(dòng)令cxbs=1。

4.2.5 鬧鐘功能的說明：

當(dāng)鬧鐘功能開啟，即bj=0時(shí)，LCD上會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的標(biāo)示符號(hào)此時(shí)，主程序?qū)�掃描zhengshi子程序。zhengshi子程序?qū)Ξ?dāng)前時(shí)間和鬧鐘時(shí)間進(jìn)行比較，當(dāng)它們的分、時(shí)全相等時(shí)開啟中斷sub1,否則關(guān)閉中斷sub1。這樣就可實(shí)現(xiàn)鬧鐘鬧鈴一分鐘后自動(dòng)停止鳴叫的要求。

4.2.6 加1、移位功能的說明：

將年份前兩位與年（year）、月（month）、星期（week）、日（day）、時(shí)（hour）、分（min）、秒（sec）拆字后分別存儲(chǔ)在DspBuf-2、DspBuf-1、DspBuf+0、DspBuf+1、DspBuf+2、DspBuf+3等13個(gè)字節(jié)中。而把它們的每一為在LCD上的顯示位置地址放在如下表中：

tab4:db 80h,81h,82h,83h,85h,86h,88h,89h,8eh,0c2h,0c3h,0c5h,0c6h,0c8h,0c9h；

    當(dāng)前時(shí)間各編輯位在LCD上的位置表。然后執(zhí)行mov r1,#DspBuf+12; inc @r1就可實(shí)現(xiàn)對(duì)秒個(gè)位加1。執(zhí)行：dec r1和子程序www就可實(shí)現(xiàn)移位功能.

4.3 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)

單片機(jī)要先從DS1302芯片中讀取時(shí)鐘數(shù)據(jù)，然后通過LCD顯示出來。在讀取DS1302的時(shí)間和日期之前，先要對(duì)DS1302進(jìn)行賦初始時(shí)間并開啟時(shí)鐘。時(shí)鐘被啟動(dòng)后若未接收到新的賦時(shí)間指令，其內(nèi)部的時(shí)鐘將一直不停的運(yùn)行，以保證時(shí)間的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性；期間單片機(jī)可隨時(shí)讀取DS1302內(nèi)部時(shí)間和日期寄存器中的數(shù)值。

4.4 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)液晶時(shí)鐘顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)上由液晶顯示器顯示、時(shí)鐘芯片DS1302提供時(shí)間，可為使用者提供完整的時(shí)間信息。由于LED數(shù)碼管只能顯示數(shù)字而無法顯示其他中英文字符，并對(duì)成本及功能考慮，因此從設(shè)計(jì)的成本及功能的角度考慮，采用LCD一1602顯示模塊，它可以顯示年、月、日、星期等中文字目。LCD一1602驅(qū)動(dòng)電路簡單，可以由單片機(jī)直接輸出命令驅(qū)動(dòng)。

5 實(shí)物調(diào)試及測試

5.1 實(shí)物圖

圖5.1 實(shí)物圖

5.2 實(shí)物調(diào)試

• 按下K1鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)功能選擇狀態(tài)
  

圖5.2 K1鍵功能圖

• 按下2鍵有加1和顯示調(diào)節(jié)鬧鐘界面的功能
• 按下K3鍵進(jìn)入光標(biāo)移動(dòng)功能，選擇調(diào)節(jié)年、月、日和時(shí)間等
• 按下K4顯示出整點(diǎn)報(bào)時(shí)圖標(biāo)
  

圖5.3 K4鍵功能圖

5.3 測試結(jié)果及分析

表5-1 測試結(jié)果分析表

5.4仿真結(jié)果圖如下所示

圖5.4 K4仿真結(jié)果圖

6 不足與展望

6.1 設(shè)計(jì)不足之處

• 沒有停止鬧鐘的硬件功能
• 沒有實(shí)現(xiàn)按鍵減1，只能加1調(diào)節(jié)時(shí)鐘
• 沒有實(shí)現(xiàn)音樂整點(diǎn)報(bào)時(shí)
• 沒有安裝三極管，蜂鳴器聲音很小
  

6.2 設(shè)計(jì)的展望

• 可以增加一個(gè)溫度傳感器以測量和顯示溫度
  

（2）實(shí)現(xiàn)陰歷和陽歷的轉(zhuǎn)化

7設(shè)計(jì)心得

本文的電子鐘系統(tǒng)是以單片機(jī)（STC89C52）為核心，時(shí)鐘芯片DS1302、LED1602顯示等部分組成。具體應(yīng)用Keil2軟件調(diào)試程序以及Proteus軟件進(jìn)行基于單片機(jī)的電子鐘設(shè)計(jì)與仿真。實(shí)現(xiàn)了硬件軟化的目的。

經(jīng)過一段時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于書上很多知識(shí)還不能靈活運(yùn)用,有很多知識(shí)還要我們?nèi)�學(xué)習(xí)。此次電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)給我們奠定了一個(gè)實(shí)踐的基礎(chǔ)，很是受益匪淺。讓我們認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)不但要立足于書本，而且要注重實(shí)踐，要以解決理論和實(shí)際教學(xué)中的實(shí)際問題為目的。通過自己的手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。學(xué)習(xí)就應(yīng)該采取理論與實(shí)踐結(jié)合的方式，這種做法既有助于完成理論知識(shí)的鞏固，而且可以加強(qiáng)我們的動(dòng)手和解決實(shí)際問題的能力。

單片機(jī)源程序如下:

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2018-5-15 03:09 上傳

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