1、實用標準文案簡單控制系統設計與實現學年設計任務書 學 院計算機與信息工程學院專 業網絡工程課程名稱簡單控制系統設計與實現學年設計題 目LCD顯示的電子時鐘設計完成期限自2015年6月25日至2015年7月10日共2周內容及任務一、項目的目的進一步鞏固已學習的理論知識，理論聯系實踐，增強動協作能力，運用所學知識解決實際生活中遇到的問題，使學生具有初步的單片機系統設計與應用能力。(1) 綜合運用單片機原理與應用、數字電路等課程的內容，為以后的工作奠定基礎。(2) 學會使用PROTEUS和KEIL等軟件。(3) 了解單片機開發全過程。二、項目任務的主要內容和要求使用文字型LCD顯示器顯示當前時間，顯

2、示格式為“時時：分分：秒秒”。用4個功能鍵操作來設置當前時間。功能鍵K1K4功能如下。K1進入設置現在的時間。K2設置小時。K3設置分鐘。K4確認完成設置。程序執行后工作指示燈LED 閃爍，表示程序開始執行，LCD顯示“00：00：00”，然后開始計時。三、項目設計（研究）思路（1）查找與LCD顯示的電子時鐘設計設計相關的文獻資料。（2）根據所查閱的文獻資料，完成系統的總體設計方案，并根據設計要求進行單片機等硬件芯片的選型。（3）根據系統的總體設計方案，完成硬件電路接口連接和軟件模塊的設計，硬件電路接口連接主要是電子時鐘接口電路連接、單片機最小系統等，軟件主要包括顯示模塊、控制模塊等。（5）在

3、軟硬件設計好的基礎上，進行軟硬件的調試。并進行實物連接。四、具體成果形式和要求基于單片機的LCD顯示的電子時鐘設計系統一份。學年設計報告一份。進度安排起止日期工作內容2015.6.252015.6.30搜集資料，構建主體思路，繪制仿真電路圖。2015.7.12015.7.5編寫代碼并調試。2015.7.52015.7.10在單片機中寫入程序，準備文檔。主要參考資料1.劉同法，陳忠平. 單片機基礎與最小系統M. 北京航空航天大學出版社，2007.2.張毅剛. 單片機原理與應用M. 高等教育出版社，2009.3.馬忠梅等. 單片機的C語言應用程序設計M. 北京航空航天大學出版社，2003.4.李全

4、利，遲榮強. 單片機原理及接口技術M. 高等教育出版社，2004.指導教師意見（簽字）： 年 月 日系（教研室）主任意見（簽字）： 年 月 日簡單控制系統設計與實現學年設計說明書學院名稱： 計算機與信息工程學院 班級名稱： 學生姓名： 學 號： 題 目： LCD顯示的電子時鐘設計 指導教師姓 名： 起止日期： 2015.6.252015.7.10 第一部分：正文部分一、選題背景當今時代是一個知識爆炸的時代，新科技、新技術、新產品層出不窮，電子技術的發展尤為迅速，它充斥在我們的日常生活中。隨著科學技術的發展和社會的進步，單片機已成為當今計算機應用中空前活躍的領域，人們對數字鐘的要求也越來越高，傳

5、統的時鐘已經不能滿足人們的需求。數字電子時鐘是采用數字電路實現對時，分，秒數字顯示的裝置，廣泛應用于車站，碼頭和辦公室等公共場所，成為人們生活中不可或缺的必需品，研究數字時鐘及擴大其應用，對現實生活有極其重要的意義。單片機的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統的控制系統設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路和數字電路實現的大部分功能，現在單片機通過軟件就可以實現了，這種軟件代替硬件的控制技術又叫做微控制技術，是傳統控制技術的一次革命。而單片機模塊中最常見的數字時鐘相對機械時鐘來說，有更高的準確性和直觀性，且更方便更快捷，使用壽命也遠遠大于機械時鐘，所以得到廣泛的應用。二、設計理念本次設計以AT

6、89C51單片機為核心，通過編寫時鐘程序，實現在LCD上的顯示。此編程的核心在于定時器中斷及循環往復判斷是否有按鍵操作，而且每個按鍵的操作都會在LCD顯示器上做出相應的反應。本次設計采用的方案完全用軟件實現數字時鐘，原理：在單片機內部存儲器設三個字節分別時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結合實現1秒定時中斷，每產生一次中斷，存儲器內相應的秒值加1；若秒值達到60，則將其清零，并將相應的分字節加1；若分值達到60，則將其清零，并將相應的時字節加1；若時值達到24，則將其清零。該方案的特點是硬件電路簡單，缺點是在每次執行程序時，都要對定時器重新賦值，因此該時鐘精度不高。并且程序的執行與時鐘的顯

7、示是同步進行的，當程序不執行時，時鐘也會停止工作。三、電路硬件設計部分3.1基于單片機的電子時鐘基本框圖基于單片機電子時鐘總體框圖，如下圖3-1所示，總體結構包括單片機主控電路，按鍵電路，LCD顯示電路，晶振與復位電路，蜂鳴器電路電路，還有電源。圖3-1電子時鐘基本框圖3.2單片機AT89C51AT89C511有以下標準功能：32可編程I/O線，片內振蕩器和時鐘電路，可編程串行通道，5個中斷源，低功耗的閑置和掉電模式，4K字節可編程閃爍存儲器，128*8位內部RAM兩個16位定時器/計數器。 AT89C5具有如下特性：全靜態工作：0Hz-24Hz,具有128*8位內部RAM，數據保留

8、時間10年，具有4k自節可編程FLASH存儲器，可編程串行通道，具有5個中斷源。AT89C5部分引腳功能：（）P0口（P0.0 - P0.7）是一個8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節地址和數據總線，P0口能以吸收電流的方式驅動八個LSTTL負載。（）P1口（P1.0 - P1.7）是一個帶有內部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。（）P2口（P2.0 - P2.7）是一個帶有內部提升電阻的8位準雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。P2口可以驅動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。（）P3口（P3.0 -

9、P3.7）是一個帶有內部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。3.3 LCD16021602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD2是指顯示的內below容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。1602液晶模塊內部的字符發生存儲器（CGROM)

10、已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。3.晶振電路基于單片機的電子時鐘晶振電路，如圖3-2所示。圖3-2晶振電路晶體振蕩器電路3給數字鐘提供一個頻率穩定在12Hz的方波信號，它可以保證數字時鐘的走時準確及穩定，無論什么樣式的電子時鐘都會使用晶體振蕩器電路電路，是單片機最小系統的重要組成部分。3.4按鍵電路基于單片機的電子時鐘按鍵功能電路，如圖3-3所示。圖3-3按鍵

11、電路按鍵電路跟顯示電路一樣，采用掃描方式，并巧妙利用顯示時的數碼管驅動的位置信號，也就是在顯示的同時，判斷相應按鍵的狀態。判斷的方法是在顯示某一數碼管時，判斷U1的P3.7的狀態，如果P3.7為高電平，說明沒有按鍵按下，如果P3.7為低電平，則說明相應的按鍵按下，這時，通過讀回U1的P3口中P3.3P3.5的值，就可判斷是那個按鍵按下，然后調用相應的處理程序進行處理。按鍵需要四個，它們分別實現的功能是K1進入設置現在的時間。K2設置小時。K3設置分鐘。K4確認完成設置。程序執行后工作指示燈LED 閃動，表示程序開始執行，LCD顯示“00：00：00”，然后開始計時，時間的調整按遞增的方式增加，

12、且調整時不對其他時間的顯示產生干擾，用單片機的4個I/O接收控制信號。3.5顯示電路電子時鐘顯示電路，如圖3-4所示。圖3-4顯示電路單片機的P0.1P0.7與 LCD的D0D7相連，通過單片機的P0.1-P0.7將要顯示的字符輸入譯碼器，經譯碼器編譯后在LCD輸出相應的字符，LCD的顯示采用掃描方式。3.5蜂鳴器電路其硬件原理圖如下圖3-5所示。此電路用于整時提示。SPEAKER與P1.2口相連，當SPEAKER輸出高電平時蜂鳴器不響，而SPEAKER輸出低電平時蜂鳴器發出響聲。只需控制SPEAKER輸出高低電平的時間和變化頻率，就可以讓蜂鳴器發出不同的聲音。圖3-5蜂鳴器電路四、

13、軟件設計4.1軟件需要完成的功能：（1）顯示時間，通過對程序的調節，在LCD上顯示時間。（2）調節時間，通過對按鍵的調節，實現對時鐘的調節。具體為按下K1，進入設置現在的時間；按下K2，調節小時；按下K3，設置分鐘；按下K4，確認完成設置。4.2系統總流程圖軟件程序從開始到執行，先初始化各個寄存器，通過掃描按鍵來決定是否設定參數來執行相應的功能程序4，進而在LCD上顯示，如圖4-1所示。圖4-1系統流程圖4.4中斷程序時鐘的最小計時單位是秒，使用定時器的方式1，最大的定時時間也只能達到131。在這里把定時器的定時時間定為50，這樣，計數溢出20次即可得到時鐘的最小計時單位秒。計數20次可以用軟

14、件實現，對定時器溢出次數進行計數，計滿20次即為1秒。從秒到分，從分到時，以及從時到天都是通過軟件累加并進行比較的方法實現的。void timer0(void) interrupt 1 /T0中斷函數, 50ms執行一次 TH0 = 0x4c; /重新給TH0賦值 t0+; t0 %= 20; /20, 一秒鐘if(t0 = 0) new_s = 1; LED = LED; / 是按位取反 if(modify) LED = 0;4.5按鍵程序定義四個按鍵，它們分別實現的功能是K1進入設置現在的時間。K2設置小時。K3設置分鐘。K4確認完成設置。uchar read_key(void) ucha

15、r x1, x2; /定義兩個uchar類型的變量x1，x2 KEY_IO = 255; /初始化KEY_IO x1 = KEY_IO; /將KEY_IO賦值給x1 if (x1 != 255) delay(100); /延時 x2 = KEY_IO; if (x1 != x2) return 255; /判斷 while(x2 != 255) x2 = KEY_IO; if (x1 = 0x7f) return 0; /讀取地址返回數值 else if (x1 = 0xbf) return 1; else if (x1 = 0xdf) return 2; else if (x1 = 0xef

16、) return 3; else if (x1 = 0xf7) return 4; return 255;主程序中調用按鍵程序顯示子程序。Key = read_key(); /讀出按鍵switch(Key) /分別處理四個按鍵 case 0: modify = 1; break; /開始設置 case 1: if(modify) hour+; hour %= 24; W_BUFF(); break; case 2: if(modify) min+; min %= 60; W_BUFF(); break; case 3: modify = 0; break; /設置結束五、結果分析用PROTEU

17、S軟件畫出電路圖，將程序生成的“.hex”4文件導入到單片機中，點擊仿真按鈕，程序開始運行，電路開始正常工作，LCD數字時鐘顯示如下圖5-1所示。圖5-1數字時鐘程序執行后工作指示燈LED2 閃動，當出現整點時，蜂鳴器開始整點報時。開始進入設置時間，按下K1，工作指示燈LED 一直亮，說明可以設置時間；按下K2時，小時的個位數加，當加到時，十位數加，當十位數加到時，十位數清零；按下K時，分鐘的個位數加，當加到時，十位數加，當十位數加到時，十位數清零；按下K4時，工作指示燈LED 閃動，說明設置結束，返回到正常顯示的狀態。仿真結果如下圖5-所示。圖-總體仿真圖六、總結這次課程設計采用的是AT89

18、C51單片機，而接口電路則是一個數字時鐘，經過反反復復的修改、調試，程序終于達到預期功能。通過PROTEUS仿真演示也達到預期的功能。該設計采用了多種芯片，程序雖然不是很長但有很多接口需要定義，而且實現起來也比較麻煩。雖然關于LCD的顯示實驗在之前做過，但只是在屏幕上顯示時間并沒有按鍵調節，所以在做實驗的過程中遇到很多問題，通過上網查詢，請教同學和老師都順利解決了通過本次單片機課程設計，系統的了解了電子時鐘的設計過程，尤其是軟、硬件的設計方法，掌握了按鍵顯示電路的基本功能及編程方法，了解了按鍵電路和顯示電路的一般原理，還掌握了有定時器的使用和中斷程序的編程方法，提高了自身的實踐能力。還積累了很多寶貴的經驗，比如說，在I/O