毕业设计（论文）设计一个带单片机的LCD时钟.doc

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1、宜宾职业技术学院毕业设计题目：LCD时钟系 部 电子工程系 专业名称 电子与信息技术 班 级 电子1041班 姓 名 学 号 200410415 指导教师 2006年11月25日内容和要求：（一） 课题内容设计一个带单片机的LCD时钟（二） 课题要求1 基本要求（1）设计一个单片机系统，包括外围复位、时钟和电源等外围电路的设计。（2）完成LCD驱动电路的设计，使用字符型LCD显示时间，时间显示格式为“时时:分分:秒秒”（3）完成一个控制键盘的设计，通过键盘可分别调节时、分、秒，每次按键对应位+1。（4）程序执行后，工作指示灯LED闪动，表示程序开始执行；LCD显示“00:00:00”，然后开始

2、计时。2 发挥部分在完成基本要求任务的基础上，增加如下功能：（1）增加闹铃功能，时间到了则产生音乐声。（2）增加温度检测和显示功能。指导教师签名： 年 月 日宜宾职业技术学院毕业设计任务书系 部 电子工程系 班 级 电子1041班 姓 名 学 号 200410415 毕业论文题目 LCD时钟 指导教师 教研室（系）主任签字 2006年11月25日摘 要LCD液晶显示已经是人机界面的关键技术。本文对基于单片机的LCD液晶显示器控制系统进行了设计。本文是以单片机AT89S52为主控芯片，以LCD1602液晶显示器为显示器件，以实现一个时钟控制系统，格式为00：00：00，通过按键对其进行调整，实现

3、闹铃功能设置，然后一报警电路对其发声。另附有一温度传感器（DS18B20）进行温度测控，然后通过按键转换让LCD显示测量温度。本文撰写的主导思想是软、硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。其设计的特点是以单片机的基本语言汇编语言来进行软件设计，指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调运作。关键词：单片机 AT89S52 LCD时钟 DS18B20 测温显示 AbstractThe LCD liquid crystal display already was the man-machine

4、 contact surface essential technology. This article to has carried on the design based on the monolithic integrated circuit LCD liquid-crystal display control system. This article is primarily controls the chip by monolithic integrated circuit AT89S52, as demonstrates the component take the LCD1602

5、liquid-crystal display, take realizes a clock controlling system, the form as 00: 00: 00, carries on the adjustment through the pressed key to it, realizes the noisy bell function establishment, then as soon as alarm circuit to its sound production. Attaches a temperature sensor (DS18B20) to carry o

6、n the temperature observation and control in addition, then transforms through the pressed key lets LCD demonstrate the survey temperature. This article composes the guiding ideology is soft, the hardware unifies, take the hardware as the foundation, carries on various functions module the compilati

7、on. Its design characteristic is carries on the software design by the monolithic integrated circuit basic language assembly language, the instruction carries out the speed to be quick, saves the storage space. In order to be advantageous for the expansion and the change, the software design uses th

8、e modular structure, succinctly caused the programming the logical relations to be bright. Causes the hardware to coordinate the operation under the software control.Key word: MCU AT89S52 LCD clock DS18B20 Temp Demonstration引 言随着信息技术的飞速发展，计算机应用技术日益渗透到社会生产生活的各个领域，其各式各样电子产品给人们的工作和生活带来了极大的便利，在这一过程中，单片机

9、起着举足轻重的作用。随着微电子技术和超大规模集成电路技术的发展，单片机以其运算速度快、集成度高、体积小、功能强、价格低廉、可靠性高等优势,在各个领域（如数据采集、家用电器、机电一体化、网络通信、智能化仪器仪表）得到了广泛的应用。例如，市面上的各种全自动化产品，都是单片机在随着人们给的意愿而执行相应的操作；一个遥控接收器与发射端，也是通过一种语言在进行着数据的交换；所以研究单片机技术是现阶段一个相当值得重视的问题。本文要介绍的LCD时钟控制显示和测温显示电路就是用主控芯片兼容51系列的AT89S52单片机，该系统具有高性能、低耗能、计时准确、成本低等优点，适宜使用于家庭、各种交通运输工具和一些公

10、共场所，给人们带来极大的方便。目 录1 方案设计11.1 方案论证与比较11.2 方案选择12 系统硬件设计22.1 硬件框图22.2 硬件各单元电路设计22.2.1 电源电路22.2.2 单片机最小系统电路32.2.3 LCD显示电路52.2.4 测温电路62.2.5 按键控制电路82.2.6 下载电路83 系统软件设计103.1 软件设计思想103.2 程序设计103.3 子程序单元设计113.3.1 时钟单元程序设计113.3.2 测温单元程序设计133.3.3 按键控制单元程序设计154 调 试164.1 系统软件调试164.2 系统硬件调试17总 结19参考文献20附 录211 方案

11、设计1.1 方案论证与比较按照系统设计功能大致可由控制芯片、数码转换器件、LED显示部分和脉冲发生器组成。但由于硬件需求量大，电路复杂等而会大幅度的提高设计成本，且电路性能不够稳定，此为方案一。方案二：使用单片机电路设计，由AT89S52作为主控芯片，再结合程序就可以代替方案一中大量使用的控制芯片，再用LCD1602液晶显示器作为显示器件，这样看起来电路也比较简单。这样会节省大量的元器件，且性能更稳定，成本较低，实用性更强。 1.2 方案选择 从电路的简单和成本角度分析，方案一中用到器件比较多导致成本比较昂贵，对此方案二来说，由主控芯片可以代替大量的控制芯片，这样就可以有利减少我们的设计成本。

12、 从电路的实用性来分析，方案一一旦设计定型，就只能实现其本身的一个功能，不能对其功能进行改变。但是对于方案二来说，我们设计成功以后，还可以通过改变单片机内部程序以实现其它的功能，这样就让我们的设计更具有实用性与灵活性。综合以上论证比较，定下方案二作为本设计之方案。2 系统硬件设计2.1 硬件框图通过对系统要求分析，包括单片机最小系统、LCD显示电路、报警电路、测温电路和按键控制电路，由要求通过按键控制时钟显示值和温度值和它们之间的相互转换，再由LCD1602液晶屏作为显示器件，显示时间和温度值，另外有一报警电路作为报警提示。定下了总的硬件框图，如图1：图1 系统硬件框图2.2 硬件各单元电路设

13、计2.2.1电源电路依据所设计的课题，电源负载有不同的设计方式，基本上有以下几种： 使用PC交换式电源：适合用大电流负载。 使用3只干电池：约4.5V电压，勉强可以推动主控电路，适合小电流负载。 使用7805稳压IC：适合用于一般的电流负载。由于单片机工作电压为稳定的+5V，采用普通变压器直接输入则不稳定，会对其电平产生影响（3.75.3V为高电平,00.3V为低电平）。所以在这里对输入的电压（7.5V）进行稳压处理，接入一个三端稳压器件（LM7805），电路图如图2： 图2 稳压电路上图是LM7805稳压电路。由市售的9V电源调整器来将市电220V转换为直流9V电压，经过（LM7805）稳压

14、后，在输出端则输出一个稳定的+5V电压供单片机使用。在电路中瓷片电容型号为104，C4、C5为100uF，其起滤波和抗干扰作用，瓷片电容为抗低频干扰，滤波电容为抗高频干扰。2.2.2 单片机最小系统电路 单片机外观图，如图3：图3 AT89S52外观图这里用到的为89系列单片机（型号为AT89S52），共为40只引脚，其中4个并口共有32根引脚，可分别作为地址线，数据线和I/O线，其中P3口还具有第二功能（主要用于中断和定时）。另外还有6根控制引脚、2根电源引脚。 振荡电路，如图4：图4 振荡电路本设计采用内部方式时钟振荡电路，此电路在XTAL1、XTAL2、的引脚上外接定时元件，利用外部振荡

15、器产生自激振荡。定时电路一般可用石英晶体和电容组成的并联谐振回路，晶振频率可在1.212MHZ间选择,电容可以在530pF间选择,电容的大小对振荡频率有微小的影响，可对频率起到微调的作用,通过对电路综合分析定C2、C3都为30pF。晶振Y1为11.592MHz 复位电路时钟电路工作以后,在RESET输入端出现两个周期(10ms)以上的高电平，MCS-51被初始化复位。复位后，各特殊功能寄存器的初始状态如附录5。 MCS-51通常采用上电自动复位和开关手动复位方式，这里我们采用开关手动复位。如图5： 图5 复位电路图5中有一个电解电容，一个下拉电阻、一个开关和一个限流电阻。不同的电路实现的功能不

16、同所选取的元件参数也不一样，本设计电阻用200欧姆，电容用22uF，当系统在运行的过程中，如果要对整个系统进行手动复位，则要在RESET输入端输入一个高电平，这时我们只须按动触发开关S5一下，则开关另一端所接入的高电平被输向单片机第9脚，则对整个系统进行手动复位操作完成。2.2.3 LCD显示电路 LCD-1602电路符号如图5所示： 此LCD共16只脚（图中为14只脚，第15和16脚隐藏，实际为15脚接低电平、16脚接高电平），其中1、3脚接低电平，2脚高电平， 4、5、6脚分别接单片机的RS、RW、E端， 714脚为I/O输入口，接单片机P1口， 图5 LCD电路图2.2.4 测温电路 温

17、度传感器（DS18B20）的性能特点 数字单总线温度传感器是目前最新的测温器件，它集温度测量，A/D转换于一体，具有单总线结构数字量输出，直接与微机接口等优点。既可用它组成单路温度测量装置，也可用它组成多路温度测量装置。DS18B20的性能特点：a 采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位），b 测温范围为-55+125，测量分辨率为0.0625，c 内含64位经过激光修正的只读存储器ROM，d 适配各种单片机或系统机，e 用户可分别设定各路温度的上、下限，f 内含寄生电源。 DS18B20内部结构

18、主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。DS18B20的管脚排列如图6所示。图6 DS18B20管脚图 把温度传感器与电阻和电容组成的一个测温电路，电路图如图7： 图7 测温电路在此电路中，上拉电阻为4.7K，电容为4.7uF。Q1为温度传感器（DS18B20），其I/O端接单片机P3.4脚。2.2.5 按键控制电路 控制部分包括时钟的调整、闹铃调整和时钟与温度显示之间的相互转换，其电路图如图8：图8 按键控制电路各按键功能如表1：表1 按键功能S1S2S3S4S5S6时间设置时加一分加一秒加一时钟/温度转换闹铃设置在整个系统运行的时候，通

19、过按键可以对时间和闹铃进行设置，例如：当我们按下S6（保持1秒以上，下同）的时候，时间进入闹铃设置状态，此时若按下S2不放，则时开始加一，放开则停止，设置完成后，再按下S1则进入时间运行介面，时间设置如上同。2.2.6 下载电路 外接一下载端，目地是为了电路能与PC相互联通，保证此电路能具有更大的实用价值，当我们在计算机上编写好程序以后，可以通过相应的软件把程序通过此端口直接写入单片机内，让电路能够实现上述功能。电路如图9： 图9 下载电路此下载口通过一下载线与PC机直接相连，其2脚接高电平，4、6、8、10脚接低电平，1脚接P1.5，5脚接RST，7脚接P1.7，9脚接P1.6 ，3脚悬空。

20、3 系统软件设计3.1 软件设计思想系统软件的设计主要是考虑使其硬件尽量的简单化，使同一个电路可以实现不同的功能，这样大大的减小了设计的成本。在进行软件设计的时候，主要有两个设计方案：一是用C语言进行编写；二是用汇编语言进行编写。由于C语言还没有学习，所以在此选择汇编语言来编写程序。汇编语言具有易懂、条理清晰、指令简单等好处。在设计的时候，尽量使用简单的指令来编写程序，而且注意程序的模块化，这样有利于后期的查错和修正。3.2 程序设计 通过对系统所要实现的功能进行分析，程序开始时对LCD进行初始化，然后再时间计时处理和更新时间数据，之后LCD显示执行消息和对LCD显示内容进行调整，最后是温度的

21、运行、温度值的转换和闹铃的设置和闹铃的判断。定下了系统软件运行程序的总流程图，如图10：图10 硬件总框图其工作过程为：首先程序初始化，之后是单片机运行所写入的程序，包括时钟和测温两大部分，在运行的过程中，按下相应的按键设定闹铃（见图13）的时间后，当时钟与程序的闹铃时间相等的时候，则程序跳转到相应的报警程序，实现报警功能。3.3 子程序单元设计3.3.1 时钟单元程序设计 单片机时钟程序编写分析,这里介绍的字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等，这里以常用的2行16个字的1602液晶模块来介绍它的编程方法

22、。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，如表1所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”，其字符一览表见附录6： 1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令, 其内部读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的，见附录7。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置指令2：光标复位，光标返回到地址00H

23、 指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效 指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符 （有些模块是

24、DL：高电平时为8位总线，低电平时为4位总线）指令7：字符发生器RAM地址设置 指令8：DDRAM地址设置 指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令10：写数据 指令11：读数据 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，表3是DM-162的内部显示地址，如表2：表2 液晶屏各字符地址12345678910111213141516000102030405060708090A0B0C0D0

25、E0F第一行404142434445464748494A4B4C4D4E4F第二行 由以上分析确定，定下了以下的时钟运行框图，如图11：图11 时钟程序框图3.3.2 测温单元程序设计 此部分用18B20（数字温度采集），DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式；温度测量范围为55125,测温分辨率可达0.0625。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。必须先启动DS18B20开始转换，再读出温度转换值。本程序仅挂接一个芯片，使用默认的12位转换精度，外接供电电源，读取的温度值高位字节送W

26、DMSB单元，低位字节送WDLSB单元，再按照温度值字节的表示格式及其符号位，经过简单的变换即可得到实际温度值。 DS18B20控制方法 DS18B20有六条控制命令，如表4所示：表4 DS18B20控制命令表指 令 约定代码 操 作 说 明 温度转换44H启动DS18B20进行温度转换 读暂存器BEH读暂存器9个字节内容 写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节 复制暂存器48H把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中 重新调E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节 读电源供电方式B4H启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU CPU对DS18B

27、20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器和数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作，其程序运行框图如图12：图12 测温程序框图3.3.3 按键控制单元程序设计 为了让时钟和闹铃能够满足我们的意愿，在这里设计了一个按键控制部分，通过人工对按键的控制来改变时钟和闹铃相应的值，程序运行流程图如图13：图13 按

28、键子程序流程图在图13中，按键分为时钟的调整和闹铃的调整，当程序在运行的时候，我们按下相应的按键，则转到不同的功能设置部分，再按动K2、K3、K4键进行设置，完成后按相应的键则返回。4 调 试4.1 系统软件调试 通过编写出只含时钟或温控的程序，然后在实验板上检查其单片机和液晶屏等器件是否能够正常显示。通过WAVE软件的使用来编译程序的，并执行跟踪，确保了程序的正确性及程序所设计的功能能够顺利的实现。 WAVE软件调试的过程首先我们打开WAVE软件，如图14画面，再在里面新建一个文件，其后辍名为.ASM的文件，这个时候就可以在里面编写我们所需要的程序，编写完成以后要进行编译，以便生成一个后辍名

29、为.HEX的文件写入我们的单片机，当在完成程序写入的时候，编译时出现以下提示，如图14：图14 WAVE软件编译图15为编译时出现的错误提示，图下方出现“符号未定义”字样，这时我们按照错误的提示找到了对应的错误，如图15中深绿色标志一行，当输入正确的程序再编译时，程序无误，编译成功，如图15。图15 WAVE软件编译4.2 系统硬件调试 此电路主要是检测其各引脚电压是否正常，晶振和电源等是否接好，检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等，以确保设计的可靠性和电器元件的性能。而电路中的电源电路、晶体振荡电路、键盘接口电路及复位电路、闹钟电路等都是采用的基础的电路设计，除了基本的电路硬件调试外我们还可

30、以通过软件来测试硬件，如通过下载口写入其它一个比较简单的程序，以便测试。 首先由市电经过变压器成9V左右的直流电压，经JP4端输入后，由LM7805稳压成稳定的正5V电压供给系统使用。在这里接上一个二极管作为指示，当输入电压正常的时候，二极管亮。LCD同时显示时钟，格式为00:00:00。同时按下K1键进入时钟调整程序，再按下K2，K3，K4分别对时，分，秒进行设置，完成后再按K1键转到时钟运行。在此如果按下K5键LCD则转到温度显示介面，第二次按下则返回。如果按下的是K6键，则进入闹铃设置介面，再按下K2，K3，K4分别对时，分，秒进行设置，完成后再按K6键设置成功后返回到时钟显示介面。全过

31、程操作方便，简单，易懂。适合不同年龄人使用，哪怕是没有什么文化的人也可以轻松的完成所有操作。 硬件调试过程在硬件过程中，当接通电源的时候，我们发现液晶显示器没有工作，但电源指示灯已亮，说明市电已被稳压成5V输入电路中，待我们用万用表测电路中各电压时发现，单片机各引脚电压也正常，这时测量液晶显示器各引脚电压，发现第15和16脚电压不正常（正常为：15脚低电平、16脚高电平），此时关掉电源，把16、15脚分别接上高低电平，再接通电源，电路一切正常。总 结本设计是在陈挺、罗德雄、凌泽明等老师的指导下完成的，在设计的过程中遇到了不少的困难和阻碍，但是经过老师和同学们的帮助，终于完成了此设计。在此对就帮

32、助我的老师和同学表示衷心的感谢。在这次设计的过程中，让我学到了不少的经验，最重要的是同学之间的交流，这一点很重要！还有就是各类资料的收集和利用，从另一方面也培养了我独立思考和对实际问题的分析能力。本设计的难点和重点是在程序的编写，要想硬件有个好的工作环境，软件很重要，所以我从多角度去思考，从网上和图书馆等能查资料的地方收集了不少的资料作为参考，同时也得到了老师的大力支持。当然在硬件方面也是有老师提供元器件，然后自己操作完成，做成的成品大致能实现本设计的要求。再次感谢帮助我的老师和同学！参考文献1 李光飞，楼然苗，胡佳文. 单片机课程设计实例指导. 北京: 北京航空航天大学出版社,2004年.2

33、 夏继强,沈德金.单片机实验与实践教程（二）. 北京: 北京航空航天大学出版社,2001年.3 李光飞，楼然苗，胡佳文.51系列单片机设计实例. 北京: 北京航空航天大学出版社,2003年.4 余永全等.89系列Flash单片机原理及应用. 北京: 电子工业出版社出版社,2000年.5 韩志军等编. 单片机应用系统设计入门向导与设计实例. 北京: 机械工业出版社,2005年. 6 王志强等编译.开关电源设计（第二版）. 北京:电子工业出版社,2005年.7 佟云锋等编.单片机原理及应用. 重庆:重庆大学出版社,2004年.8 及力主编.Protel 99 SE原理图与PCB设计教程. 北京:电

34、子工业出版社，2004年. 9 彭为 黄科等编.单片机典型系统设计实例精讲. 北京:电子工业出版社,2006年.10佟云峰主编.单片机原理用其运用.重庆大学出版社.2004年附 录 电路总原理图电路总原理图附录2 PCB板图附录3 PCB生成3D背面图序号名称参数及数量封装型号备注1电阻1K2AXIAL0.4功率0.25W220210044.7k22.2k12电容30pF1SIP2瓷片电容104347uF1RB.2/.4耐压10V22uF1470uF13按键SW-PB7触发式4发光二极管LED1DIODE0.4红色5传感器DS18B201TO-92A6三极管9012TO-92BPNP型7扬声器

35、SPEAKER1SIP28欧/3W8晶体振荡器11.0529MHZXTAL19三端稳压器LM7805TO-22010下载插口HEADER 5X21IDC1011液晶显示器LM016L116*2字符 液晶屏12单片机AT89S52113电源220v/9v114电源插孔1个RAD0.1圆形接插口15开关1个SIP2一位拔位开关附录4 元器件清单寄存器复位后的内容寄存器复位后的内容PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P30FFHSCON00HIPXXXX0 0000BSBUF不定IE0XX0 0000BPCON0XXXX XXXXB附录5 寄存器的初始状态附录6 LCD固定代码附录7 LCD控制指令