单片机设计报告液晶显示秒表设计.docx

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单片机设计报告液晶显示秒表设计

郑州科技学院

《单片机》课程设计

题目液晶显示秒表设计

学生姓名XXX

专业班级12级电动X班

学号2012XXX

院（系）电气工程学院

指导教师XX

完成时间2015年11月28日

1课程设计的任务与要求

设计任务：

利用STC89C52单片机结合液晶显示器LCD1602设计一个秒表。

利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，结合显示电路、LCD以及按键来设计秒表。

将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时具有开始/暂停,清零等功能。

设计要求：

（1）本设计实现一个1602LCD显示秒表计数。

（2）通过使用C语言编程，利用STC89C52控制整个电路来实现液晶屏秒表计数的功能。

（3）共三个按键，分别为开始、暂停、复位。

1键控制计时的开始。

2键控制计时的暂停。

3键控制清零复位。

2课程设计的目的

单片机课程设计的实训是为了让我们能够综合的运用自己所学的课程的基本知识，及对所学知识的加深与理解，能够进行单片机的运用，掌握单片机课程设计调试和应用电路设计，分析及调试检测。

通过这次实训使我们增进对单片机知识的进一步认识，也同时加深对单片机理论知识的理解；使我们掌握单片机的内部功能模块的应用；使我们了解和掌握单片机应用系统的软硬件结合设计过程，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好的基础。

训练学生正确地应用单片机，培养解决工业控制、工业检测等领域具体问题的能力，学生通过课程设计，熟悉单片机应用系统开发、研制的过程，软、硬件设计的工作方法、工作内容、工作步骤；对学生进行基本技能训练，例如组成系统、编程、调试、绘图等，使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。

3芯片介绍

3.1STC89C52的简介

（1）内部介绍：

STC89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采

用可靠的CMOS工艺技术制造的高性能的8位单片机，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。

STC89C52内置八位中央处理单元，256字节内部数据存储器RAM，8K片内程序存储器（ROM），32个双向输入、输出（I/O）口、三个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通行口，片内时钟振荡器。

此外，STC89C52还可以工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉线模式。

STC89C52是128字节内部RAM，4KB可编程Flash存储器（可编写1000次），静态工作频率；0Hz-24Hz，2个16位定时/计数器,一个串行通信口，6个中断源，32个I/O引线，STC89C52单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

（2）主要特性如下：

A.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。

B.工作电压：

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）。

C.工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz。

D.用户应用程序空间为8K字节。

E.片上集成512字节RAM。

F.通用I/O口（32个），复位后为：

P1/P2/P3/P4口是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

H.具有EEPROM功能。

G.具有看门狗功能。

H.共3个16位定时器/计数器。

即定时器T0、T1、T2。

（3）工作模式：

掉电模式：

典型功耗0.1μA，可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。

空闲模式：

典型功耗2mA。

正常工作模式：

典型功耗4Ma～7mA。

（4）引脚介绍：

VCC：

供电电压

GND：

接地

P0口：

P0为一个8位漏电开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流，P0口能够用于外部程序数据存储器，他可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的八位双向I/O口，PI口缓冲器能接收输入4TTL门电路。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为底电平时，将输出电流。

P2口：

P2口为一个内部上垃电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电路，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。

XTAL1：

反向震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。

STC89C52引脚图如图3-1所示。

图3-1STC89C52引脚图

3.2LCD1602液晶显示屏的介绍

（1）液晶显示模块介绍

LCD1602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5*7或者5*11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，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。

有以下几个优点：

A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）那样需要不断刷新新亮点。

因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。

B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。

C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。

D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。

LCD液晶显示器如图3-2所示。

图3-2液晶显示器的外形图

（2）液晶显示模块的引脚功能：

1602显示器每行显示16个字符，显示两行，一次显示最大信息量为16*2个字符。

采用时分驱动方式。

LCD显示器工作电流小，并行接口可以与单片机I/0口直接相连。

带有背光灯，在光线暗淡时可以给显示照明。

1602显示器的引脚功能如表3-1所示。

表3-11602液晶显示器模块的引脚图

编号

符号

引脚说明

编号

符号

引脚说明

1

VSS

电源地

9

D2

数据

2

VDD

电源正极

10

D3

数据

3

VL

液晶显示偏压

11

D4

数据

4

RS

数据/命令选择

12

D5

数据

5

R/W

读/写选择

13

D6

数据

6

E

使能信号

14

D7

数据

7

D0

数据

15

BLA

背光源正极

8

D1

数据

16

BLK

背光源负极

（3）液晶显示模块的指令操作

指令操作包括输入模式设置，显示模式设置，数据模式设置，数据指针设置，读写数据，清屏等操作。

点阵型LCD指令及功能如表3-2所示。

表3-2LCD指令功能表

序号

指令

RS

R/W

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

1

清显示

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

2

光标返回

0

0

0

0

0

0

0

0

1

*

3

置输入模式

0

0

0

0

0

0

0

1

I/D

S

4

显示开/关模式

0

0

0

0

0

0

1

D

C

B

5

光标或符号移位

0

0

0

0

0

1

S/C

R/L

*

*

6

置功能

0

0

0

0

1

DL

N

F

*

*

7

置字符发生存储器地址

0

0

0

1

字符发生存储器地址

8

置数据存储器地址

0

0

1

显示数据存储器地址

9

读忙标志或地址

0

1

BF

计数器地址

图表功能说明：

1602液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的，（说明1为高电平，0为低电平）。

I/D=1递增，I/D=0递减。

S=0时显示屏不移动，S=1时，如果I/D=1且有字符写入时显示屏左移，否则右移。

D=1显示屏开，D=0显示屏关。

C=1时光标出现在地址计数器所指的位置，C=0时光标不出现。

B=1时光标出现闪烁，B=0光标不闪烁。

S/C=0时，RL=0则光标左移，否则右移。

S/C=1时，RL=0则字符和光标左移，否则右移。

DL=1时数据长度为8位，DL=0时为使用D7-D4共4位，分两次送一字节。

N=0为单行显示，N=1时为双行显示。

F=1时为510点阵字体，F=0时为57点振字体。

BF=1时LCD忙，BF=0时LCD就绪。

4硬件电路设计

4.1时钟电路和复位电路的设计

（1）时钟电路为单片机工作提供基准定时信号，其他信号在此信号基础上产生。

51单片机内部有一个高增益反向放大器，其输入端（XTAL1，XTAL2）对外，只要外接晶振和电容组成的并联谐振回路，就构成一个自激振荡器，振荡器的频率取决于晶体的振荡频率，一般为12MHz，电容C1和C2的值的值有微调作用，一般取30pF左右，时钟电路如图4-1所示。

图4-1时钟电路

（2）STC89C52单片机提供一个复位引脚RST，只要在其上施加持续一定时间的高电平。

提供复位高电平的电路需要从外部接入RST引脚。

实现复位功能的电路有多种形式。

此次采用上电复位电路。

上电时，+5V电源立即对单片机供电，同时给C3，充电，按下按键时RST上出现高电平，实现复位。

电阻起限流作用。

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间。

复位电路如图4-2所示。

如图4-2复位电路

4.2单片机与液晶显示器连接图的设计

应用1602LCD显示器和总开关的控制，实现液晶显示器的显示计数功能，根据单片机复位时各脚为高电平及所查他们的引脚图及仿真焊接时排版的需要，将它们连接如图4-3所示。

如图4-3单片机与液晶连接图

5仿真

根据上面所设计的硬件电路，我们将要在Proteus仿真图中进行我们所设计电路的正确与否了，首先就是根据所设计电路在仿真图中把对应的元器件一一的从仿真图中找出，通过大概的排版把相应的元器件做正传或倒转九十度或一百八十度调整以便于相接的元器件方便连线，再找原件时有上一周的电子综合实训做基础，常用的原件找起来还是挺好找的，如电阻只需输入R或任一个电阻的阻值就可以找到，电容是输入C就可以找到，在找元器件的整个过程中，最难找的就是晶振和液晶显示器的寻找；问其他同学有没有用到这个原件并且找到的，经过询问都没有，后来我们就用手机上网在XX上查的，最后都一一找到了，但后来在连线的过程中发现液晶显示屏和排阻与我们的原理图管脚不对应，都少了一个脚，当时感到很奇怪，本以为它们都是一样的，随便找一个就行的，后来我们就又查找，发现原来真的不一样，真的多一个脚，如果不仔细看的话还真的看不出来呢，最后都找完了就按照原理图把它们连接起来并保存好了；接下来要做的就是在KEIL软件上编写程序并下载到单片机了，KEIL软件是在上学期学的，当时虽然学的还可以但后来就一直没用，所以具体的先操作哪一步就不得而知了，于是我们就找来会的同学来教我们如何操作，等熟练的会操作了，把我们相应的程序通过编写，查找单片机及生成HEX文件等部分操作操作之后下载到了对应的单片机上，但运行时发现没有任何反应，液晶屏一点反应都没有，就开始在原理图及仿真连图上一点一点的查找对应连线与对应的管脚，查找的结果是仿真图上液晶屏的电源脚和STC89C52的电源及接地脚没有对应的连接起来，连接好后再次运行，电路运行了，液晶屏在总开关电源的作用下开始显示计数了。

6焊接

6.1电烙铁的种类及使用范围

（1）电烙铁型号：

25W、40W、60W、80W最普遍使用的有40W和60W。

（2）电烙铁的各种型号使用范围：

A微型：

25W电烙铁一般焊接比较精密和小的元件，一般遥控器上的贴片类、电脑板上芯片类使用。

B小型：

25W至40W的一般焊接比较小的元器件。

C中型：

40W至60W的通用性比较强，一般元器件焊接都可用。

D大型：

60W至80W的一般焊接需要加重焊的元器件。

6.2焊接时注意事项

（1）执锡补焊时应按照从左到右，由上到下的顺序，避免检查时漏检或焊接时漏修。

（2）焊接时要经常清洗烙铁头，防止烙铁头的杂物造成虚焊、针孔、加焊等不良发生。

（3）不要在基板上给烙铁头加焊锡，生产过程中不能抖锡、敲锡、甩锡，防止焊锡渣、焊锡珠掉到基板上面。

（4）在压件或拆件时要先在线路板的铜箔面上加焊锡，要求均匀加热，避免松香失效或铜箔翘皮造成线路破坏。

6.3焊接作业的顺序及修整

（1）清洁烙铁头。

（2）加热焊接部位用适当的力将烙铁头压在加热的部位。

烙铁与铜箔之间角度为40度至60度左右。

（3）供应焊锡，先在铜箔与元件的供有点加微量焊锡，为提高导热性，如有管脚的话，再给管脚的切段面加微量焊锡，覆盖即可，目的防止氧化。

因为焊锡由低温向高温流动的性质，所以离烙铁头较远处供给焊锡，如果太近供给的话，那远的地方沾不上焊锡，造成粘附不良。

（4）抽出焊锡。

（5）抽出烙铁，烙铁要向右上角抽出。

（焊锡没有完全扩散到铜箔的边缘不要移动烙铁）

（6）为了焊接品质，要求烙铁与铜箔面接触时间最多不允许超过3秒。

（7）将烙铁头在粘着焊锡的状态下放在烙铁架上。

注意：

焊接之前不要把元器件本身的塑料制品或者怕烧怕烫的制品弄坏，先看清楚如果焊接会比较便利，之后再开始进行施焊，另外就是你个人的手艺和技巧了，因为一般的都是比较小的元器件，所以在焊接的时候，要注意别把电路板烧坏了，在保证电路板和元器件都完好无损的情况下，一点一点的再开始焊接。

手工焊接时要注意用电烙铁先接触电子元件的引脚，然后用焊丝去接触要焊接的部位，如果先将焊丝弄到电烙铁上容易形成虚焊，而且要注意用烙铁加热引脚时间一般在2-3秒，焊接一个引脚时间在5秒左右，加热时间过长容易烧坏元件，特别是晶体管。

有些元件还要注意正负极，如二极管之类的。

电烙铁的过热，焊接时间长，焊锡过多，都会造成线路板上的覆铜翘起。

焊接时注意烙铁的温度不能过高，焊接时间尽量短。

焊接质量的好坏，关键取决于焊接表面是否很干净，如果很干净，涂上助焊剂，焊接会很迅速、很坚固。

7总结

结束了两周的电子综合实训我们又迎来了单片机课程设计实训，我们从中学到了很多东西，首先感谢学校给我们的这么多实训机会，虽然设计要用到之前所学的很多知识，但更重要的还是团队之间的合作精神。

此次课程设计是软件与硬件相结合，考察了我们的知识综合应用能力与编程能力。

前面的通过回顾还是问题不大的，可到了编程时就出现了很大的障碍。

作品先开始的是显示屏不亮，没有任何的反应，由于我们之前没有用过液晶显示屏，所以对它的外部连接方法并不是太清楚，就拿着去问班上比较有经验的同学，不过他们也都说不太清楚没有用过，后来想起买元器件的地方做过有关液晶屏的作品，于是就拿着我们的作品去问问他们，结果他们还真的知道给我们说了应该焊接的地方，后来真的就亮了。

但是，上面却什么也没显示，满怀伤心的接下来就检查电路焊接的是不是有问题，我们两个各自认真的检查了一遍，但没有发现焊接的有问题，实在找不到问题的所在就拿着去问老师了，老师也没发现焊接的有问题就问我们程序是不是正确在仿真图上出来结果了，我们说让同学帮我们下的应该没问题，后来老师让我们在检查一下电路连接，确定没问题的话那就是程序有问题了，经检查发现程序没问题我们就有仿真了一下原理图，让程序重新下载进单片机，发现程序有问题，修改之后又下入单片机结果出来了，我们又重新把修改之后的程序下载到单片机，接上电源时显示屏按仿真的结果进行显示。

本来还以为编程会很简单的，因为在学习的时候还学得会，一些简单的问题还是可以解决，但等到实际操作起来时才知道它的复杂性，没有想像中的那么得心应手,发现知识还是要理论与实践相结合才能更好的理解和应用到实践当中，解决我们生活中遇到的问题，真正做到学有所用。

理解流程是有思维的前提，有一定的实战基础，单片机是我们上学期开设的课程，所以很多专业知识也都忘记了。

刚开始我们将各个部分的程序编好后怎么都连不起来，出不了预期的效果。

我们将决定到买器件地方的同学帮忙，他们很快就帮我们连接起来了，还给我们说了其中的一些方法，他们真的很令我们感到敬佩，我们是一个系的，学的内容也都差不多，他们很容易做到的事情在我们做来是那么困难，真正的知道了多的实践所带来的在书本上所学不到的丰富的知识。

最后在全组人竭尽全力，老师的精心指导下，及其他同学的帮助下程序基本编写成功，这是我们共同努力的结果，在享受我们成果之时，不得不感慨单片机的重要性与高难度性，所以为期一周的单片机课程设计没有浪费，我们从中学到了很多知识.，也让我们对单片机有了更深一步的了解。

同时在具体制作过程中，我们发现书本上的知识与实际的应用存在不小的差距，书本上知识很多都是理想后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方面的问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易的得到预想中的结果，有时甚至差距很大。

虽然最后结果是出来了，可这与老师的精心指导和同学们的帮助是分不开的。

她引导我们的思路，本来一窍不通的我们经过老师的点拨基本上通了，所以说老师是功不可抹的。

总而言之，单片机课程设计对于我们有很大的帮助，我们从中受益匪浅。

参考文献

[1]张毅刚.单片机原理及应用[M].高等教育出版社.2003,13~15.

[2]吴炳胜.80C51单片机原理及应用技术[M].治金工业出版社.2010,97~98.

[3]孙俊毅.单片机原理及应用[M].清华大学出版社.2004,49~77.

[4]张大明.单片微机控制应用技术实操指导书[M].机械工业出版社.

[5]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].清华大学出版社.2002,200~203.

[6]林立,张俊亮,曹旭东.单片机原理及应用[M].北京电子工业出版社.2009.7.

[7]张靖武,周凌斌.单片机原理应用与PROTEUS仿真[J].北京电子工业出版社.

[8]皮大能,刘金华.单片机课程设计指导书[M].北京理工大学出版社社.2010.7.

[9]张国锋.单片机原理及应用[M].机械工业出版社.2009.8~12.

附录一：

总体电路原理图

附录二：

实物图

附录三：

元器件清单

序号

名称

型号规格

数量

1

单片机

STC89C52

1

2

液晶显示器

1602

1

3

晶振

12MHZ

1

4

电解电容

22uF/25v

1

5

电容

22pF

2

6

电阻

10K

8

7

电阻

1K

1

8

滑动变阻器

10K

1

9

按键开关

3

10

导线

若干