LCD显示的指针式电子钟

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1、信息工程学院课程设计（论文）信息工程学院课程设计报告书题目: LCD显示的指针式电子钟 专 业：电子信息的科学与技术班 级： 0311410 学 号： 031141012 学生姓名： 何标 指导教师： 高林 2014年 5 月 15 日 信息工程学院课程设计任务书学 号031141012学生姓名何标专业（班级）电子信息设计题目LCD显示的指针式电子钟设计技术参数设计要求本题目采用PG12864LCD液晶屏作为指针式电子钟的显示屏。液晶显示屏模拟表盘与时针、分针、秒针显示当前时间。本电子钟应具有时钟调整功能。LCD显示当前读取的时间。设有3个功能键：“选择”键、“调整”键和“确定”键。按一下“选

2、择”键，时钟停止运行，进入时钟调整模式，按下“调整”键，调整时针。再按一下“选择”键，进入分针调整模式，按下“调整”键，调整分针。结束调整后，按下“确定”键，时钟继续运行。在指针式显示时间的同时，还有一个浮动窗口，该窗口中以数字形式显示DS1302当前的时钟状态。工作量字数要求：5000左右；图纸数量：10张左右;注：可填写课程设计报告的字数要求或要完成的图纸数量。工作计划参考资料1康华光，陈大钦. 电子技术基础模拟部分（第五版）M. 北京：高等教育出版社，20052皮文兵. 一种宽输入范围的Gillbert模拟乘法器设计J. 电子设计应用.2007.13（1）：88-903 张筑生. 微分半

3、动力系统的不变集 D. 北京: 北京大学数学系数学研究所, 19834 闫玉德 俞虹 MCS-51单片机原理与应用 机械工业出版社5 周鸣争 钱峰，微机原理与接口技术，电子科技大学出版社，2006年6 张靖武.周灵彬.单片机原理、应用与PROTEUS仿真7 润景.基于PROTEUS的51单片机设计与仿真8 江志红.51单片机技术与应用系统开发案例精选9 周润景.基于PROTEUS的51单片机设计与仿真指导教师签字教研室主任签字 2014年5月20 日 学生姓名：何标 学号：031141012 专业（班级）：电子信息 课程设计题目：LCD显示的指针式电子钟 指导教师评语： 成绩： 指导教师： 2

4、014年 5 月 30 日信息工程学院课程设计成绩评定表 目录1 任务提出与方案论证61.1设计要求61.2原理说明62 总体设计73 详细设计83.1 AT89C51单片机简介83.2时钟模块设计93.3 显示模块设计103.4 设置模块103.5 振荡电路103.6 复位设置114 总结12参考文献13附录 仿真电路图14摘 要单片机就是微控制器，是面向应用对象设计、突出控制功能的芯片。单片机接上晶振、复位电路和相应的接口电路，装载软件后就可以构成单片机应用系统。本设计就是应用单片机强大的控制功能制作而成的指针式电子钟，该指针式电子钟实现如下功能：液晶屏模拟表盘与时分秒指针显示当前时钟，K

5、1键用于选择调节对象，K2键用于调整时分秒，在按下K4键时确定调节值，时钟继续运行。本设计采用的是AT89C51单片机，AT89C51单片机内部带有定时/计数功能，此定时功能是通过对外部晶振的脉冲进行计数，从而达到计时功能，只要使用11.0592的晶振就能实现零误差的计时，因此可以利用此功能实现计时。芯片采用DALLAS公司的涓细充电时钟芯片DS1302，该芯片通过简单的串行通信与单片机进行通信，时钟/日历电路能够实时提供年、月、日、时分、秒信息，采用双电源供电，当外部电源掉电时能够利用后备电池准确计时。显示器件采用PG12864LCD液晶，12864是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器

6、/列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示84个(1616点阵)汉字。通过此次设计能够更加牢固的掌握单片机的应用技术，增强动手能力、硬件设计能力以及软件设计能力。关键词 单片机 AT89C51单片机 时钟芯片DS1302 PG12864LCD液晶141 任务提出与方案论证组成框图中包含显示模块，控制器，时间模块，设置模块。显示模块有LCD12864来控制显示，整个代码实现主要由控制器来实现，时间模块有DS1302来实现，可以显示系统时间，也可自行调整，设置模块为按键处理。具体模块分析在相关的软硬件设计中详细介绍。本系统以AT89C51单片机为控制核心，通过与DS13

7、02信获取实时时间，并将得到的数据通过LCD12864液晶显示出来，同时通过相应的按键调整相应的值。因此本设计可分为一下模块：显示模块、实时时间计算模块、设置模块（时间设置模块）。下面对各个模块逐一进行论证分析。1.1设计要求本题目采用PG12864LCD液晶屏作为指针式电子钟的显示屏。液晶显示屏模拟表盘与时针、分针、秒针显示当前时间。本电子钟应具有时钟调整功能。LCD显示当前读取的时间。设有3个功能键：“选择”键、“调整”键和“确定”键。按一下“选择”键，时钟停止运行，进入时钟调整模式，按下“调整”键，调整时针。再按一下“选择”键，进入分针调整模式，按下“调整”键，调整分针。结束调整后，按下

8、“确定”键，时钟继续运行。在指针式显示时间的同时，还有一个浮动窗口，该窗口中以数字形式显示DS1302当前的时钟状态。1.2原理说明PG12864是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器列驱动器及128*64全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示8*4个（16*16点阵）汉字。并行8线数据通信，黑色点阵，黄色背景，独立的LED背光光源。如何设计单片机与PG12864LCD液晶屏接口，并用软件来控制PG12864LCD液晶屏来模拟显示指针式电子钟显示时间是本题目的关键。2 总体设计按照功能要求，本时钟系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力配合按键控制，来控制时钟

9、的调整及显示。本次设计时钟电路，使用了AT89C51单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单且省去了很多复杂线路，使电路简明易懂，使用按键调整时分秒，同时使用C语言程序控制整个时钟显示，使编程变得更容易，这样通过芯片和显示屏完成设计。软件采用可读性强的C语言来写，经过KeilC编译通过，并最终将十六进制（HEX）文件烧写到单片机中。程序编写采取模块化、结构化设计。语言程序可以分为几个主要功能模块程序：驱动程序，定时/计数器程序，键盘中断扫描程序，PG12864LCD液晶显示程序。3 详细设计3.1 AT89C51单片机简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFl

10、ash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址

11、的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。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门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的

12、缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。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（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口除了作为一般的I/O口外，更重要的用途是他的第二功能，如下所示：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD

13、（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.6/WR（外部数据寄存器写选通）P3.7/RD（外部数据寄存器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接受一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM的状态。

14、ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访

15、问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性：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

16、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。3.2时钟模块设计实时时间计算模块方案（1）：AT89C51单片机内部带有定时/计数功能，此定时功能是通过对外部晶振的脉冲进行计数，从而达到计时功能，只要使用11.0592的晶振就能实现零误差的计时，因此可以利用此功能实现计时，但因为只有单一的计时功能要实现“万年历”的功能需要较复杂的程序，而且如果单片机掉电无法继续进行计时，所以使用不便。方案（2）：DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行通信，并可采

17、用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。利用单片机强大的控制功能就可实现实时计时的功能，而且消耗的系统资源少，程序简单。综合上述两种方案，宜采用方案(2)实现实时计时功能。3.3 显示模块设计液晶显示模块方案（1）：数码管是利用发光二极管的特性组合而成数字显示器件，通过控制相应的二极管的状态显示相应的数字。要使数码管正常显示就得有驱动电路驱动相应的段码，数码管的现

18、实方式可分为静态显示和动态显示，静态显示方式只适合显示单个的数字，因此本设计应采用动态显示方式。由于动态显示方式利用的是人眼视觉暂留的特性，扫描的时间应不大于20毫秒，占用系统资源大，而且显示的个数和字型有限，在本设计中不易采用。方案（2）：12864是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示84个(1616点阵)汉字。该类液晶显示模块（即KS0108B及其兼容控制驱动器）的指令系统比较简单，总共只有七种。关于行列和页的解释：从上向下共64行，每8行为一页，共八页，从左到右共128列，左半屏0到63列，右半屏0到63列。显示

19、时，每页以列为单位显示。综合比较上述两种方案，应采用12864液晶组成本设计的显示模块。3.4 设置模块设置模块采用三个按键与P3.2经过与门连接按键与单片机的接口电路图3-5按键问题：通过与门来控制，程序是中断驱动的，其中K1为选择按键，K2为调整按键，K3是确定按钮，实现时分秒的调整。相应的引脚接到P3.0, P3.1. P3.3上，共同控制电子时钟的调整。选用轻触按钮型号为XDJT1102S(轻触开关贴系列)。3.5 振荡电路本设计51芯片选用内部振荡器方式。由于本设计的时间由内部定时器中断与软件计数相结合产生的，所以从计算方便以及系统的效率上考虑，本设计选用12MHz频率的晶振，电路原

20、理图如下：图3-6 AT89C51的振荡电路3.6 复位设置本设计使用上电复位电路。单片机晶振为12MHz，起振时间将近1ms，单片机2个机器周期的时间为2us。单片机每次上电复位所需的最短延时应该不小于treset。这里，treset等于上电延时与起振延时之和。从实际上讲，延迟一个treset往往还不够，不能够保障单片机有一个良好的工作开端。复位电路把单片机锁定在复位状态上并且维持一个延时（记作TRST），以便给予电源电压从上升到稳定的一个等待时间；在电源电压稳定之后，再插入一个延时，给予时钟振荡器从起振到稳定的一个等待时间；在单片机开始进入运行状态之前，还要至少推迟2个机器周期的延时间。单

21、片机是高电平的时候复位,一般是用电阻和电容组成的，电容充电的时RST复位端为高电平,此时单片机开始复位.电容充电完成,此时单片机复位完成。图3-7 AT89C51上电复位电路4 总结通过这次的单片机课程设计，我更进一步了解到单片机的优点和强大功能,在查找资料的过程中,认识到单片机应用的广泛性。在设计中，我通过查阅各种单片机资料，并以单片机课程设计指导书作为参考，在廖老师的细心指导下，我终于历经两周的时间完成了这次单片机的设计，这次单片机的设计不仅使我对单片机课程有了进一步的了解，同时更加深了我对单片机的应用。学完单片机课程后我只是对单片机有了一些理论的了解，但这次单片机课程设计却加深了我对单片

22、机理论与实践的结合。但由于我的知识水平有限，设计的单片机指针式电子时钟还是存在一些的缺点和不足，希望能在以后的学习过程中，能够尽快的解决这些问题。最后，我觉得单片机的课程设计是很有意义的，在这个过程中可以学会如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然我对这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得有点难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这两个多星期的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，这个过程对缺乏实际经验的我们是非常重要的。通过这次单片机课程设计

23、使我认识到自身知识及能力的薄弱，更让我知道实践的重要性。在以后的学习过程中，我会更加努力学习相关知识和应用，真正能够运用单片机组成的微控制系统解决各种实际的问题。参考文献1康华光，陈大钦. 电子技术基础模拟部分（第五版）M. 北京：高等教育出版社，20052皮文兵. 一种宽输入范围的Gillbert模拟乘法器设计J. 电子设计应用.2007.13（1）：88-903 张筑生. 微分半动力系统的不变集 D. 北京: 北京大学数学系数学研究所, 19834 闫玉德 俞虹 MCS-51单片机原理与应用 机械工业出版社5 周鸣争 钱峰，微机原理与接口技术，电子科技大学出版社，2006年6 张靖武.周灵彬.单片机原理、应用与PROTEUS仿真7 润景.基于PROTEUS的51单片机设计与仿真8 江志红.51单片机技术与应用系统开发案例精选9 周润景.基于PROTEUS的51单片机设计与仿真附录 仿真电路图