LCD显示的指针式电子钟.docx

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LCD显示的指针式电子钟

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，2005

[2]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）：

88-90

[3]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,1983

[4]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：

2014年5月30日

信息工程学院课程设计成绩评定表

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，K1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/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。

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DS1302PG12864LCD液晶

1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DS1302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“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

3.1AT89C51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（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）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：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（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。

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2.5～5.5V。

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。

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，电路原理图如下：

图3-6AT89C51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3-7AT89C51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，2005

[2]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）：

88-90

[3]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,1983

[4]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

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