1、信息与电子工程学院课程设计报告课 程 单片机技术应用设计题目 基于 LCD1602电子时钟专 业班 级姓 名 学 号 分工 成 绩成 员指导老师答辩日期 目 录1一、 课程设计概述 .21.1 课程设计背景 .21.2 课程设计内容 .21.3 课程设计技术指标 .2二、 方案的选择及确定 .22.1 单片机芯片的选择 .22.2 显示模块的选择 .32.3 实时时间计算模块的选择 .32.4 实时环境温度采集模块选择 .32.5 电路设计最终方案决定 .4三、 系统硬件设计 .43.1 主控模块 .43.2 LCD 显示模块设计 .53.3 时间计算模块设计 .53.4 实时环境温度检测模块
2、 .63.5 报警模块 .63.6 设置模块 .73.7 电源接口部分 .7四、 系统软件设计 .74.1 主函数 .74.2 设置模块 .84.3 1602 液晶屏 .94.4 软件原理图 .10五、 系统调试过程 .105.1 软件调试 .105.2 硬件调试 .11六、 结论 .11七、 遇到的问题及解决方法和总结 .117.1 硬件方面 .117.2 软件方面 .127.3 总结 .122八、 参考文献 .12九、 附 录 .133一、 课程设计概述1.1 课程设计背景随着微电子技术的高速发展，单片机在国民经济的个人领域得到了广泛的运用。单片机以体积小、功能全、性价比高等诸多优点，在工
3、业控制、家用电器、通信设备、信息处理、尖端武器等各种测控领域的应用中独占鳌头，单片机开发技术已成为电子信息、电气、通信、自动化、机电一体化等专业技术人员必须掌握的技术。而电子万年历作为电子类小设计不仅是市场上的宠儿，也是是单片机实验中一个很常用的题目。因为它有很好的开放性和可发挥性，因此对作者的要求比较高，不仅考察了对单片机的掌握能力更加强调了对单片机扩展的应用。而且在操作的设计上要力求简洁，功能上尽量齐全，显示界面也要出色。1.2 课程设计内容利用单片机、时钟芯片 DS1302、温度传感器 DS18B20、1602 液晶屏等实现日期、时间、温度的显示，即是一个电子时钟。具体的功能如下：（1）
4、通过 DS1302 能够准确的计时，时间可调并在液晶屏上显示出来。（2）通过 DS18B20 能够实时、准确的检测当前环境温度。（3）利用程序控制单片机实现闹钟功能。1.3 课程设计技术指标（1）LCD 液晶每行刷新显示。（2）实时时钟可提供年、月、日、时、分和秒，每月的天数可以自动调整，且具有闰年补偿功能。（3）时间是 24 小时制；年限 2000 年2099 年。（4）测量温度范围为 0 + 60 ，误差为 0.5C 。二、 方案的选择及确定2.1 单片机芯片的选择方案（1）: 采用 AT89S51 芯片作为硬件核心 该芯片采用 Flash ROM，内部具有 4KB ROM 存储空间,而且
5、与 MCS-51 系列单片机完全兼容,但是需要通过下载板来下载，比较不方便。方案（2）：采用传统的 STC89C52RC 芯片作为硬件核心4该芯片具有 8KB 在线系统可编程 Flash 存储器。STC89C52RC 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能，并且可直接使用串口下载。 因 AT89S51 需要通过下载板下载，而 STC89C52RC 可直接使用串口下载，所以选择采用方案（2）S TC89C52RC 作为主控制系统.2.2 显示模块的选择方案（1）: 8 段数码管显示8 段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
6、相应的二极管的状态显示相应的数字。采用数码管显示,数码管亮度高、体积小、重量轻，但其显示信息简单、有限，操作比较液晶显示来说略显繁琐。方案（2）：1602 液晶屏显示1602 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采用液晶显示。液晶显示功耗低，轻便防震。由于设计显示信息比较多，占用的系统资源少，操作方便。因本设计显示的字符较多，1602LCD 可以显示 32 个字符，而 8 段数码管显示的字符较少，且操作比液晶显示略显繁琐，所以采用方案（2）1602 液晶屏组成本设计的显示模块。2.3 实时时间计算模块的选择方案（1）：采用 STC89C52RC
7、 芯片STC89C52RC 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 12MHZ 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“电子时钟”的功能需要较复杂的程序，时间计算逻辑较困难，所以使用不便。 方案（2）：采用 DS1302 芯片DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟芯片。该芯片采用 3 线串行接口方式，可提供年月日、星期、时分秒等时间信息，并可根据月份和闰年的情况自动调整月份的结束日期。内部带有 31 个字节 RAM，用于存放临时性数据，同时具有可
8、编程涓细电流充电能力。因 STC89C52RC 芯片时间计算逻辑较困难，而 DS1302 可根据月份和闰年的情况自动调整月份的结束日期且具有编程涓细电流充电能力，所以采用方案(2)实现实时计时功能。52.4 实时环境温度采集模块选择方案（1）：采用热敏电阻热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化。通过一定的电路可以将周围环境的温度变化转化成电压的变化，通过 AD 转化器件将信号传输给单片机进行分析，所以热敏电阻需要的外部器件较多。方案（2）：采用 DS18B20DS18B20 是美国 DALLAS 公司生产的数字温度传感器，采用
9、单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。在使用中可以不接任何外围元件，或者在单总线上接一个 4.7K 的上拉电阻，支持多点组网功能 多个 DS18B20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温，供电方式灵活 DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源，因此非常适合本系统使用。因热敏电阻需要的外部器件较多，而 DS18B20 在使用中可以不接任何外围元件，或者在单总线上接一个 4.7K 的上拉电阻，所以采用方案（2）构成本设计的实时温度采集模块。2.5 电路设计最终方案决定综上各方案所述,本系统以 STC89C52RC 单片机为控制
10、核心，通过与 DS1302 和DS18B20 通信获取实时时间和实时环境温度，并将得到的数据通过 1602 液晶显示出来，同时通过对应的按键调整相应的值，并且通过蜂鸣器实现报警功能。因此本设计的总体方案组成框图如图 2-1 所示：显示模块（1602 液晶）STC89C52RC报警模块（蜂鸣）时间计算模块(DS1302)实时温度采集模块（DS18B20）设置模块（独立按键）图 2-1 总体方案组成框图6三、 系统硬件设计3.1 主控模块本次课程设计主要用到 STC89C52RC 单片机，硬件原理图（见附录图一）。端口分配表如 3-1 所示： 表 3-1 端口分配表引脚序号 引脚名称 作用及功能1
11、 P1.0 DS1302 时钟输入2 P1.1 时钟串行数据输入、输出端3 P1.2 时钟芯片复位端58 P1.4P1.7 按键设置9 RST 芯片复位端口13 P3.3 实现 18B20 温度的输入16 P3.6 接蜂鸣器，实现闹钟功能18、19 XTAL1、XTAL2 外部晶振端口26 P2.5 实现 1602 数据和指令选择控制端27 P2.6 1602 读写控制端28 P2.7 1602 数据读写操作控制位30、31 ALE、EA 地址锁存端口，烧写程序的端口3239 P0 输出数据，控制 1602 液晶屏的显示3.2 LCD显示模块设计1602 液晶功耗较小可直接与单片机接口相接，电
12、源直接与电源电路相接为+5V，对比度可调。本设计使用单片机的 P0 口和 P2 口与 1602 进行通信。另外 1602 有 2 行显示，每行显示的字符数为 16 个，可以用于显示字母、数字、符号等，并具有简单且功能较强的指令集，可以实现字符显示、移动、闪烁等功能。1602 液晶与单片机接口电路如图 3-1 所示：图 3-1 1602 液晶与单片机接口73.3 时间计算模块设计DS1302 通过三根 I/O 线实现与单片机的通信，依靠 2、3 脚外接的晶振与其内部的电容配合来产生时钟脉冲的。当外接晶振电路振荡时，DS1302 计时正确；当外接晶振电路停振时，DS1302 计时停止。因此 32.
13、768kHz 晶振是造成 DS1302 工作不稳定的主要因素。因其功耗很小，当 1 脚的主电源超过 8 脚接的备用电源加 0.2V 时，由主电源对芯片供电；否则，有备用电源对芯片供电，所以即使电源掉电后通过 3V 的电池仍能维持芯片精确走时。DS1302 与单片机接口电路如图 3-2 所示：图 3-2 DS1302 与单片机接口 3.4 实时环境温度检测模块DS18B20 通过单总线实现与单片机的通信，系统中的数据交换，控制都由这根线完成。在使用中 DS18B20 没有用到任何外围元件，可工作在 15+100内。DS18B20 与单片机接口电路如图 3-3 所示：图 3-3 DS18B20 与
14、单片机接口 3.5 报警模块在本设计中蜂鸣器直接接在单片机 P3.6 上。报警模块采用单片机输出 1.25KHZ 的频率从而使蜂鸣器发出声音。方波图如图 3-4 所示：8图 3-4 方波图3.6 设置模块设置模块采用四个按键 K1-K4 与单片机 P1.4、P1.5、P1.6、P1.7 接口相接，其中 K1为设置模块的选择位，K2 是增加键，K3 是减少键，K4 为退出按键。独立按键与单片机接口电路如图 3-5 所示：图 3-5 独立按键与单片机接口3.7 电源接口部分采用 USB 接口从电脑接到电源接口中，拨动开关可控制电路的接通和关闭，并用一个发光二极管作电源指示。电源接口如图 3-6 所
15、示：图 3-6 电源接口四、 系统软件设计软件设计是本设计的关键，软件程序编写的好坏直接影响着系统运行情况的良好。本系统采用具有编写灵活、移植方便、便于模块化设计的 C 语言编写，并通过 Proteus9软件进行仿真，完成各种实质性功能的设计。4.1 主函数主函数是程序功能总结显示的函数，其主要显示的是时间主要部分和当前实时时间，当按下按键 2 时 1602 显示当前温度状态，并延时 5s，后返回当前时间显示状态；当闹钟功能打开，实时时间又和闹钟时间相等就会发出嘀嘀的响声并且在液晶屏上有相应的提示，此时按按键 4 退出；当进入设置状态完成后退出就回到当前时间显示状态。主函数程序框图如图 4-1 所示：显示欢迎界面按 K2？显示时间主要部分清屏显示实时时间设 置 模 块清屏显示当前温度清屏显示时间主要部分清屏显示TIME UP清屏显示时间主要部分实时=闹钟？闹钟开？报 警 按 K4？是是是是否否否AA否初始化开 始图 4-1 主函数程序框图4.2设置模块设置模块分时间设置、闹钟设置、最高温度报警设置。要先按下按键 1 才能进入设置模块，然后按下按键 1 进入设置时间模块；按键 2 进入最高温度报警模块；按键 3 进
