项目12 LCD1602实现简单的数字时钟的设计慕课视频播放-单片机原理及应用-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

项目12 LCD1602实现简单的数字时钟的设计

2.1 项目概述

本设计用到单片机的P0端做数据端，把数据发送到LCD的数据接收端，然后通过利用程序进行对液晶的控制，实现数字的显示。电路图如图2-1所示。设单片机晶振频率为12MHz。

2.2 项目要求

LCD1602实现简单的数字时钟设计的基本要求如下所示。

⑴ 了解以液晶为显示的数字时钟工作原理。
⑵ 了解定时器的子程序、延时程序、时分秒的控制程序、液晶模块和单片机模块的初始化程序、液晶显示的程序等使用。
⑶ 掌握各个函数交叉调用，配合主程序的运行。

2.3 系统设计

2.3.1框图设计

基于LCD1602实现简单的数字时钟由控制核心AT89C51单片机、液晶屏幕显示、时钟芯片电路等部分组成，系统框图如图2-1所示。

图2-1带时间及声光提示的抢答器系统框图

2.3.2 知识点

通过学习和查阅资料，本项目需要掌握和了解知识如下所示。

● +5V电源原理及设计。

● 单片机复位电路工作原理及设计。

● 单片机晶振电路工作原理及设计。

● LCD液晶屏幕特性及使用。

● 时钟芯片DS1302的特性及使用。

● AT89C51单片机引脚。

● 单片机C语言及程序设计。

2.4 硬件设计

2.4.1 电路原理图

设计基于AT89C51为主控器，采用12MHz晶振。复位电路采用上电加按键复位。LCD液晶显示屏与P0^0~P0^7口和P2^0~P2^2相连作为显示装置。由P1.0、P1.1接DS1302后与晶振构成时钟电路。

根据上述分析，设计出LCD1602实现简单的数字时钟电路原理图如图2-2所示。

图2-2 LCD1602实现简单的数字时钟电路原理图

2.4.2 元件清单

LCD1602实现简单的数字时钟元件清单如表2-1所示。

表2-1 LCD1602实现简单的数字时钟元件清单

元件名称	型号	数量	用途	元件名称	型号	数量	用途
单片机	AT89C51	1个	控制核心	LCD液晶显示屏	LM016L	1块	数据显示
晶振	12MHz	1个	晶振电路	晶振	32.768MHz	1个	晶振电路
电容	22pF	2个	晶振电路	时钟芯片	DS1302	1块	数字时钟驱动
电解电容	10μF/10V	1个	复位电路	电源	3.6V/0.5A	1个	电源电路
电阻	10kΩ	1个	复位电路	排阻	4.7 kΩχ8	1个	上拉电阻

2.5 软件设计

2.5.1程序流程设计

用定时器0、方式1，则TMOD =××××0001B

由于T机器=12T时钟=12´1/fosc=1us，而方式1的最大定时时间为65.536ms，不能溢出超过整型65536，因此改为C= (46083/f)*10，单片机晶振为12MHz,所以可选择：46.083ms。所以定时器初始值为：

TH0=(65536-46083)/256；//定时器T0的高8位赋初值

TL0=(65536-46083)%256；//定时器T0的低8位赋初值

上电复位后LCD液晶屏显示相应的提示，程序开始对系统进行初始化。开始显示后，屏幕出现“DATE 00-00-00 TIME 00：00：00”接着开始同步显示本地实时年、月、日、小时、分钟、秒。

2.5.2 程序清单

LCD1602实现简单的数字时钟程序清单如下所示。

#include<reg51.h> //包含单片机寄存器的头文件

#include<stdlib.h> //包含随机函数rand()的定义文件

#include<intrins.h> //包含_nop_()函数定义的头文件

sbit RS=P2^0; //寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚

sbit RW=P2^1; //读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚

sbit E=P2^2; //使能信号位，将E位定义为P2.2引脚

sbit BF=P0^7; //忙碌标志位，将BF位定义为P0.7引脚

unsigned char code digit[ ]={"0123456789"}; //定义字符数组显示数字

unsigned char code string[ ]={"BeiJing Time"}; //定义字符数组显示提示信息

unsigned char count; //定义变量统计中断累计次数

unsigned char s,m,h; //定义变量储存秒、分钟和小时

/*****************************************************

函数功能：延时1ms

(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒

***************************************************/

void delay1ms()

{

unsigned char i,j;

for(i=0;i<10;i++)

for(j=0;j<33;j++)

;

}

/*****************************************************

函数功能：延时若干毫秒

入口参数：n

***************************************************/

void delay(unsigned char n)

{

unsigned char i;

for(i=0;i<n;i++)

delay1ms();

}

/*****************************************************

函数功能：判断液晶模块的忙碌状态

返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙

***************************************************/

unsigned char BusyTest(void)

{

bit result;

RS=0; //根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态

RW=1;

E=1; //E=1，才允许读写

_nop_(); //空操作

_nop_();

_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

result=BF; //将忙碌标志电平赋给result

E=0; //将E恢复低电平

return result;

}

/*****************************************************

函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块

入口参数：dictate

***************************************************/

void WriteInstruction (unsigned char dictate)

{

while(BusyTest()==1); //如果忙就等待

RS=0; //根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令

RW=0;

E=0; //E置低电平，写指令时，E为高脉冲

// 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"

_nop_();

_nop_(); //空操作两个机器周期，给硬件反应时间

P0=dictate; //将数据送入P0口，即写入指令或地址

_nop_();

_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

E=1; //E置高电平

_nop_();

_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

E=0; //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令

}

/*****************************************************

函数功能：指定字符显示的实际地址

入口参数：x

***************************************************/

void WriteAddress(unsigned char x)

{

WriteInstruction(x|0x80); //显示位置的确定方法规定为"80H+地址码x"

}

/*****************************************************

函数功能：将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块

入口参数：y(为字符常量)

***************************************************/

void WriteData(unsigned char y)

{

while(BusyTest()==1);

RS=1; //RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据

RW=0;

E=0; //E置低电平，写指令时，E为高脉冲，

// 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"

P0=y; //将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块

_nop_();

_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

E=1; //E置高电平

_nop_();

_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

E=0; //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令

}

/*****************************************************

函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置

***************************************************/

void LcdInitiate(void)

{

delay(15); //延时15ms，首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间

WriteInstruction(0x38); //显示模式设置：16×2显示，5×7点阵，8位数据接口

delay(5); //延时5ms　，给硬件一点反应时间

WriteInstruction(0x38);

delay(5);

WriteInstruction(0x38); //连续三次，确保初始化成功

delay(5);

WriteInstruction(0x0c); //显示模式设置：显示开，无光标，光标不闪烁

delay(5);

WriteInstruction(0x06); //显示模式设置：光标右移，字符不移

delay(5);

WriteInstruction(0x01); //清屏幕指令，将以前的显示内容清除

delay(5);

}

/******************************************************************************

函数功能：显示小时

******************************************************************************/

void DisplayHour()

{

unsigned char i,j;

i=h/10; //取整运算，求得十位数字

j=h%10; //取余运算，求得个位数字

WriteAddress(0x44); //写显示地址，将十位数字显示在第2行第5列

WriteData(digit[i]); //将十位数字的字符常量写入LCD

WriteData(digit[j]); //将个位数字的字符常量写入LCD

}

/******************************************************************************

函数功能：显示分钟

******************************************************************************/

void DisplayMinute()

{

unsigned char i,j;

i=m/10; //取整运算，求得十位数字

j=m%10; //取余运算，求得各位数字

WriteAddress(0x47); //写显示地址，将十位数字显示在第2行第8列

WriteData(digit[i]); //将十位数字的字符常量写入LCD

WriteData(digit[j]); //将个位数字的字符常量写入LCD

}

/******************************************************************************

函数功能：显示秒

******************************************************************************/

void DisplaySecond()

{

unsigned char i,j;

i=s/10; //取整运算，求得十位数字

j=s%10; //取余运算，求得个位数字

WriteAddress(0x4a); //写显示地址，将十位数字显示在第2行第11列

WriteData(digit[i]); //将十位数字的字符常量写入LCD

WriteData(digit[j]); //将个位数字的字符常量写入LCD

}

/*********************************************************************

main function

***********************************************************************/

void main(void)

{

unsigned char i;

LcdInitiate(); //调用LCD初始化函数

TMOD=0x01; //使用定时器T0的模式1

TH0=(65536-46083)/256; //定时器T0的高8位设置初值

TL0=(65536-46083)%256; //定时器T0的低8位设置初值

EA=1; //开总中断

ET0=1; //定时器T0中断允许

TR0=1; //启动定时器T0

count=0; //中断次数初始化为0

s=0; //秒初始化为0

m=0; //分钟初始化为0

h=0; //小时初始化为0

WriteAddress(0x03); //写地址，从第1行第4列开始显示

i=0; //从字符数组的第1个元素开始显示

while(string[i]!='\0') //只要没有显示到字符串的结束标志'\0'，就继续

{

WriteData(string[i]); //将第i个字符数组元素写入LCD

i++; //指向下一个数组元素

}

WriteAddress(0x46); //写地址，将第二个分号显示在第2行第7列

WriteData(':'); //将分号的字符常量写入LCD

WriteAddress(0x49); //写地址，将第二个分号显示在第2行第10列

WriteData(':'); //将分号的字符常量写入LCD

while(1) //无限循环

{

DisplayHour(); //显示小时

delay(5); //给硬件一点反应时间

DisplayMinute(); //显示分钟

delay(5); //给硬件一点反应时间

DisplaySecond(); //显示秒

delay(5); //给硬件一点反应时间

}

/*******************************************************

函数功能：定时器T0的中断服务函数

********************************************************/

void Time0(void ) interrupt 1 using 1 //定时器T0的中断编号为1，使用第1组工作寄存器

{

count++; //每产生1次中断，中断累计次数加1

if(count==20) //如果中断次数计满20次

{

count=0; //中断累计次数清0

s++; //秒加1

}

if(s==60) //如果计满60秒

{

s=0; //秒清0

m++; //分钟加1

}

if(m==60) //如果计满60分

{

m=0; //分钟清0

h++; //小时加1

}

if(h==24) //如果计满24小时

{

h=0; //小时清0

}

TH0=(65536-46083)/256; //定时器T0高8位重新赋初值

TL0=(65536-46083)%256; //定时器T0低8位重新赋初值

}

2.6 系统调试仿真

1、系统调试

单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显的硬件故障以后，再和软件结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础，如果硬件调试不通过，软件设计则是无从做起。

硬件的调试主要是把电路各种参数调整到符合设计要求。先排除硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障。一般原则是先静态后动态。

利用万用表或逻辑测试仪器，检查电路中的各器件以及引脚是否连接正确，是否有短路故障。

先要将单片机AT89C51芯片取下，对电路板进行通电检查，通过观察看是否有异常，然后用万用表测试各电源电压，这些都没有问题后，接上仿真机进行联机调试观察各接口线路是否正常。

单片机AT89C51是系统的核心，利用万用表检测单片机电源VCC为（40脚）+5V、晶振是否正常工作（可用示波器测试、也可以用万用表检测两引脚电压一般为1.8V～2.3V之间）、复位引脚RST(复位时为高电平，单片机工作时为低电平)、是否为+5V(高电平)，这样一来单片机就能工作了，再结合电路图，检测故障就很容易了。

2、用Proteus软件仿真

经过Keil软件编译通过后，在ProteusISIS编辑环境中绘制仿真电路图，将编译好的“XM2.hex”文件加载到AT89C51里，然后启动仿真，就可以看到仿真效果如图2-3所示。本项目仿真见教学资源“项目2”。

图2-3项目2仿真效果

单片机原理及应用课程列表：

模块1

-模块1：架构图

-微课1-1：认识单片机及应用系统

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