项目12 LCD1602实现简单的数字时钟的设计资料文件与下载

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

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_();

    _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_();

     _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_();

     _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_();

      _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_();

      _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