基于LCD的数字电子时钟设计Word文件下载.docx

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通过键盘可以进行校时、定时等功能。

输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管来显示技术。

本系统利用单片机实现具有计时、校时等功能的数字时钟，是以单片机STC89C52为核心元件同时采用LCD液晶显示器动态显示“时”，“分”，“秒”的现代计时装置。

另外具有校时功能，秒表功能，和定时功能，利用单片机实现的数字时钟具有编程灵活，便于功能的扩充等优点。

简要介绍了LCD显示的发展状况和其所特有的优势，简述了该系统中一些重要芯片的基本工作原理，着重论述了硬件线路各个模块的设计思想。

整个设计采用界面化的设计方法，使用者在使用的过程中会非常方便，但这也花费了编程人员的大量精力。

模块化的设计和调试方法在整个课题研究过程中至关重要，事实上在任何设计中也同样关键和有效。

【关键词】：

数字钟、单片机、LCD液晶显示器

Abstract

Multi-functiondigitalclockintheapplicationisalreadyverycommon.SCMasadigitalclockfromthecorecontroller,itcanachievetheclocksignaltiming,itstimedatabytheMCUoutput,useofmonitorsdisplayed.Keyboardcanbecarriedoutattheschool,timing,andotherfunctions.Outputdevicescanbeusedliquidcrystaldisplaymonitorsanddigitaltechnologytodisplaythetechnology. 

ThesystemusesMCUwithtime,theschoolfeaturessuchasthedigitalclock,SCMSTC89C51isalsousedasthecorecomponentsoftheLCDdigitaldisplaydynamicdisplay"

when"

and"

points"

seconds"

ofthemoderntimedevice.Inadditionaschoolfunction,stopwatchfunction,andthetimerfunctiontoachieveMCUuseofthedigitalclockwithprogrammingflexibilitytofacilitatetheexpansionoffunctionaladvantages.

ThispapergivesageneraldescriptionofdevelopmentsituationofLCDdisplayandadvantagesofLCDproductsasdisplay.Italsointroducesthebasicfunctionsofsomerelativevitalchipsbriefly.Solutionsofthekeypartsarealsointroducedwithparticulardescription.Thedesignoftheinterfacedesignmethodinuseprocess,theuserwillbeveryconvenient,butitalsospentalotofprogrammers.Modularizeddesignanddebugaremostimportantinthewholecourseofthetopicresearch.Infact,itisaswellasvitalandeffectiveinanyotherdesigncourse.

[keywords]：

Digitalclock、SCM、LCDMonitor

前言

随着生活水平的提高，人们越来越追求人性化的事物，传统的时钟已不能满足人们的需求。

现代的数字钟不仅需要数字电路技术而且需要模拟电路技术和单片机技术，来增加数字钟的功能。

利用软件编程要尽量做到硬件电路简单稳定，减小电磁干扰和其他环境干扰，减小因元器件精度不够引起的误差。

但与机械式时钟相比已经具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

数字钟通过数字电路实现年、月、日、时、分、秒、星期甚至温度的数字显示的装置，广泛用于个人家庭，车站，码头办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。

诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。

因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

第一章绪论

1.1集成电路

1.1.1集成电路概述

在此次设计中我将用到集成电路｡集成电路是一种微型电子器件,采用一定的工艺将包含三极管､二极管､电阻､电容等元件及其相互连线的整个电路,集中制造在一个或几个很小的半导体晶片或介质基片上,再经引线和封装,成为具有所需功能的微型结构｡每片芯片（半导体晶片或介质基片）集成的元件数叫做集成度,小规模集成电路的集成度是1~100,中规模集成电路的集成度是100~1000,大规模集成电路的集成度是1000~10万,超大规模集成电路的集成度是10万~100万,极大规模集成电路的集成度大于100万｡

集成电路具有体积小､引出线和焊接点少､寿命长､成本低､可靠性高､性能好等优点,广泛应用于电子计算机､通讯设备､导弹､雷达､人造卫星和各种遥控､遥测设备中｡

1.1.2集成电路的发展历史

集成电路是信息产业和高新技术的核心,是推动国民经济和社会信息化的关键技术之一｡集成电路的产业规模和技术水平已成为国家综合国力的一个重要标志｡

集成电路是随着计算机技术的发展而不断进步,1946年2月15日世界上第一台通用电子数字计算机使用了18000个电子管,1500个继电器以及其他器件,安装在面积为9*15平方米的室内｡在20世纪50年代中期第二代电子计算机问世,它是以晶体管代替了电子管,此时第一个集成电路诞生了,它包括一个晶体管､两个电阻和一个电阻､电容的组合.后来集成电路工艺日趋完善,大部分电路元件都已经以集成电路的形式出现,甚至在约1平方厘米的芯片上,就可以集成上百万个电子元件｡在1967年和1977年,分别出现了大规模集成电路和超大规模集成电路,不断的完善和改进计算机的性能与规模｡但我国集成电路相对于世界先进水平存在一定的差距,所以有发展本国集成电路的需要｡

1.1.3集成电路的发展趋势

我国集成电路市场潜力巨大,是因为近年来因特网持续爆炸式增长､移动通信终端设备市场的迅猛发展,以及数码相机､手持电脑等电子产品市场的兴旺,尤其是移动通信业的高速发展成为推动半导体产业新一轮发展的强大动力｡信息产业的高速发展,为集成电路产业提供了巨大的市场空间｡

未来几年,我国集成电路市场需求主要来自以下几个方面:

1. 

通信运营业的高速发展对集成电路提出新的需求｡

2.国民经济和社会信息化建设给电子信息制造业创造了一个新市场｡

3. 

随着我国经济结构的战略性调整,传统产业改造升级,提高设计和制造水平推进机电一体化,为各行业提供先进和成套的技术准备,又会给集成电路产业带来新的市场｡

1.2单片机

1.2.1单片机概述

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上｡相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了I/O设备｡概括的讲:

一块芯片就成了一台计算机｡它的体积小､质量轻､价格便宜､为学习､应用和开发提供了便利条件｡同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择｡

单片机内部也用和电脑功能类似的模块,比如CPU,内存,并行总线,还有和硬盘作用相同的存储器件,不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多,不过价钱也是低的,一般不超过10元即可·

·

用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了｡我们现在用的全自动滚筒洗衣机､排烟罩､VCD等等的家电里面都可以看到它的身影·

它主要是作为控制部分的核心部件｡它是一种在线式实时控制计算机,在线式就是现场控制,需要的是有较强的抗干扰能力,较低的成本,这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别｡

目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹｡导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机､摄像机､全自动洗衣机的控制,以及程控玩具､电子宠物等等,这些都离不开单片机｡更不用说自动控制领域的机器人､智能仪表､医疗器械了｡因此,单片机的学习､开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家､工程师｡

1.2.2单片机的发展历史

单片机诞生于20世纪70年代末,经历了SCM,MCU,SOC三大阶段｡

1.SCM即单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段,主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构｡“创新模式”获得成功,奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路｡在开创嵌入式系统独立发展道路上,Intel公司功不可没｡

2.MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段,主要的技术发展方向是:

不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力｡它所涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展MCU的重任不可避免地落在电气､电子技术厂家｡从这一角度来看,Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素｡在发展MCU方面,最著名的厂家当数Philips公司｡Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器｡因此,当我们回顾嵌入式系统发展道路时,不要忘记Intel和Philips的历史功绩｡

3.单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决｡因此,专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势｡随着微电子技术､IC设计､EDA工具的发展,基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展｡因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机､单片微控制器延伸到单片应用系统｡

早期的单片机都是8位或4位的｡其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评｡此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统｡基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用｡随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用｡90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高｡随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场｡而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍｡目前,高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元｡当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上｡而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统｡

1.2.3单片机的应用范围

单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因此它得到了最多的应用｡事实上单片机是世界上数量最多的计算机｡现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机｡手机､电话､计算器､家用电器､电子玩具､掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机｡而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作｡汽车上一般配备40多部单片机,复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作!

单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和,甚至比人类的数量还要多｡

单片机广泛应用于仪器仪表､家用电器､医用设备､航空航天､专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:

1.在智能仪器仪表上的应用

单片机具有体积小､功耗低､控制功能强､扩展灵活､微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压､功率､频率､湿度､温度､流量､速度､厚度､角度､长度､硬度､元素､压力等物理量的测量｡采用单片机控制使得仪器仪表数字化､智能化､微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大｡例如精密的测量设备（功率计,示波器,各种分析仪）｡

2.在工业控制中的应用

用单片机可以构成形式多样的控制系统､数据采集系统｡例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制､各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等｡

3.在家用电器中的应用

可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒､洗衣机､电冰箱､空调机､彩电､其他音响视频器材､再到电子秤量设备,五花八门,无所不在｡

4.在计算机网络和通信领域中的应用

现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机､小型程控交换机､楼宇自动通信呼叫系统､列车无线通信､再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等｡

5.单片机在医用设备领域中的应用

单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等｡

6.在各种大型电器中的模块化应用

某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不要求使用人员了解其内部结构｡如音乐集成单片机,看似简单的功能,微缩在电子芯片中（有别于磁带机的原理）,就需要复杂的类似于计算机的原理｡如:

音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM）,由微控制器读出,转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）｡在大型电路中,这种模块化应用极大地缩小了体积,简化了电路,降低了损坏､错误率,也方便于更换｡

7.单片机在汽车设备领域中的应用

单片机在汽车电子中的应用非常广泛,例如汽车中的发动机控制器,基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器,GPS导航系统,abs防抱死系统,制动系统等等｡

此外,单片机在工商,金融,科研､教育,国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途｡

1.2.4我对单片机的体会

单片机是靠程序运行的,并且可以修改｡通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的独特的一些功能,这是别的器件需要费很大力气才能做到的,有些则是花大力气也很难做到的｡一个不是很复杂的功能要是用纯硬件来搞定的话,电路一定是一块大PCB板!

但是如果要是用单片机,结果就会有天壤之别!

只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能,高效率,以及高可靠性!

由于单片机对成本是敏感的,所以以前占统治地位的软件是最低级汇编语言,它是除了二进制机器码以上最低级的语言了,既然这么低级为什么还要用呢?

很多高级的语言早已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢?

原因很简单,就是单片机没有家用计算机那样的CPU,也没有像硬盘那样的海量存储设备｡一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮,也会达到几十K的尺寸!

对于家用PC的硬盘来讲没什么,可是对于单片机来讲是不能接受的｡单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行,所以汇编虽然原始却还是在大量使用｡一样的道理,如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行,家用PC的也是承受不了的｡

但现在慢慢的开始流行C语言编程,因为现在的单片机存储容量越来越大,比如STC公司生产的STC89C516RD+（就是我这次毕业设计用的）的程序存储容量已达63KB,不仅如此,成本上也不高,才15块钱!

可以说,掌握用C语言单片机编程很重要,可以大大提高开发的效率｡不过初学者虽然可以不了解单片机的汇编语言,但一定要了解单片机具体性能和特点,不然在单片机领域是比较致命的｡如果不考虑单片机硬件资源,在KEIL中用C胡乱编程,结果只能是出了问题无法解决!

还有就是在单片机编程中C语言虽然编程方便,便于人们阅读,但是在执行效率上是要比汇编语言低10%到20%,所以用什么语言编写程序是要看具体用在什么场合下｡总的来说做单片机编程要灵活使用汇编语言与C语言,让单片机的强大功能以最高是效率展示给用户｡

1.3液晶显示器

1.3.1选用液晶显示器

在日常生活中,我们对液晶显示器并不陌生｡液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件,如在计算器､万用表､电子表及很多家用电子产品中都可以看到,显示的主要是数字､专用符号和图形｡在单片机的人机交流界面中,一般的输出方式有以下几种:

发光管､LED数码管､液晶显示器｡发光管和LED数码管比较常用,软硬件都比较简单,而液晶显示器则稍显复杂｡我在本次毕业设计中用到的是1602LCD,我之所以要用LCD而不用LED,是因为LCD有以下几个优点:

1.显示质量高

由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度,恒定发光,而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新亮点｡因此,液晶显示器画质高且不会闪烁｡

2.数字式接口

液晶显示器都是数字式的,和单片机系统的接口更加简单可靠,操作更加方便｡

3.体积小､重量轻

液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的,在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多｡

4.功耗低

相对而言,液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上,因而耗电量比其它显示器要少得多｡

1.3.2液晶显示器概述

1.3.2.1液晶显示器的分类

液晶显示的分类方法有很多种,通常可按其显示方式分为段式､字符式､点阵式等｡除了黑白显示外,液晶显示器还有多灰度有彩色显示等｡如果根据驱动方式来分,可以分为静态驱动（Static）､单纯矩阵驱动（SimpleMatrix）和主动矩阵驱动（ActiveMatrix）三种｡

1.3.2.2液晶显示各种图形的显示原理

（1）线段的显示

点阵图形式液晶由M×

N个显示单元组成,假设LCD显示屏有64行,每行有128列,每8列对应1字节的8位,即每行由16字节,共16×

8=128个点组成,屏上64×

16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应,每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应｡例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H——00FH的16字节的内容决定,当（000H）=FFH时,则屏幕的左上角显示一条短亮线,长度为8个点;

当（3FFH）=FFH时,则屏幕的右下角显示一条短亮线;

当（000H）=FFH,（001H）=00H,（002H）=00H,……（00EH）=00H,（00FH）=00H时,则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线｡这就是LCD显示的基本原理｡

（2）字符的显示

用LCD显示一个字符时比较复杂,因为一个字符由6×

8或8×

8点阵组成,既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节,还要使每字节的不同位为“1”,其它的为“0”,为“1”的点亮,为“0”的不亮｡这样一来就组成某个字符｡但由于内带字符发生器的控制器来说,显示字符就比较简单了,可以让控制器工作在文本方式,根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址,设立光标,在此送上该字符对应的代码即可｡

（3）汉字的显示

汉字的显示一般采用图形的方式,事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件）,每个汉字占32B,分左右两半,各占16B,左边为1､3､5……右边为2､4､6……根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址,设立光标,送上要显示的汉字的第一字节,光标位置加1,送第二个字节,换行按列对齐,送第三个字节……直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字｡

1.4DS18B20概述

DS18B20数字温度传感器是美国DALLAS公司推出的DS1820系列数字温度传感器中性能优异的一款,具有诸多优点:

1.精度高｡12位二进制转换结果,确保±

0.5℃的精度和0.0625℃的分辨率｡

2.全数字化｡直接将数字信号传给CPU,传输可靠,避免了模拟方式的干扰问题｡

3.连线少｡仅有3根连线:

+5V电源､地线和1根数字I/O总线｡如果采用寄生电源方式,DS18B20会从数字I/O总线获取寄生电源,则仅连接I/O线和地线即可｡

虽然DS18B20有诸多优点,但使用起来并非易事｡由于采用单总线数据传输方式,DS18B20的数据I/O均由同一条线完成,因此,对读写的操作时序要求严格｡一般情况下需要用汇编语言编写接口程序,而如今单片机编程已广泛采用C语言｡也可以用C语言来编写,但一定要控制好时序｡

DSl8B20数字温度计提供9位（二进制）温度读数,指示器件的温度信息经过单线接口送入DSl8B20或从DSl8B20送出｡因为每一个DSl820在出厂时已经给定了唯一的序号,因此任意多个DSl8B20可以存放在同一条单线总线上,这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件｡DSl8B20的测量范围从-55到+125,增量值为0.5可在ls（典型值）内把温度变换成数字量｡

每一个DSl8B20包括一个唯一的64位长的序号该序号值存放在DSl8B20内部的ROM（只读存贮器）中,开始8位是产品类型编码（DSl8B20编码均为10H）,接着的48位是每个器件唯一的序号,最后8位是前面56位的CRC（循环冗余校验）码｡DSl8B20中还有用于贮存测得的温度值的两个8位存贮器RAM,编号为0号和1号,1号存贮器存放温度值的符号,如果温度为负则1号存贮器8位全为1,否则全为0｡0号存贮器用于存放温度值的补码,LSB（最低位）的1表示0.5｡将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以2就得到被测温度值（-550至125）｡每只DS18B20都可以设置成两种供电方式:

即数据总线供电方式和外部供电方式｡采取数据总线供电方式可以节省一根导线,但完成温度测量的时间较长;

采取外部供电方式则多用一根导线,但测量速度较快｡

第二章单片机

2.1单片机选型

单片机是整个系统的核心部件｡单片机在系统中起到大脑的作用,控制着系统各个部件的动作｡单片机的外围电路就像四肢一样,听从单片机的指挥,完成各种