基于液晶顯示器的數字電子鐘設計

黃克亞

（南京鐵道職業技術學院，江蘇 蘇州 215137）

數字電子鐘系統設計已經成熟，但是目前系統設計時基本都是采用LED作為顯示電路，造成硬件電路復雜、功耗高、產品體積龐大等特點；液晶顯示模塊由于具有低功耗、壽命長、體積小、顯示內容豐富、價格低、接口控制方便等優點，因此在各類電子產品中被極廣泛地推廣和應用。字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式液晶顯示模塊。本系統設計采用字符型液品顯示模塊LCD1602作為顯示器件，這樣不僅簡化了系統的硬件設計，而且極大地提高了系統的可靠性。

1 LCD1602簡介

字符型液晶顯示模塊 LCD1602已經是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件。LCD1602可以顯示兩行，每行16個字符，采用＋5V電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。

2 LCD1602功能介紹

2.1 引腳功能

LCD1602采用標準14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳功能見表1。

表1 引腳功能表

2.2 LCD1602讀寫指令

LCD1602讀寫指令較多且較復雜，具體使用可以查相關資料，下面僅列出最常用的的一些命令：①寫指令 38H：顯示模式設置；②寫指令08H：顯示關閉；③寫指令01H：顯示清屏；④寫指令06H：顯示光標移動設置；⑤寫指令0CH：顯示開及光標設置。

2.3 LCD1602讀寫操作時序

LCD1602讀寫操作時序總體上來說是比較簡單的，掌握其有兩種方法：一種是直看時序圖，另外一種方法是直接記憶和總結讀寫時電平高低和變化。很顯然第二種更簡單和直接，下面就列出典型讀寫的時序要求，以方便編寫程序。

（1）讀狀態：輸入：RS＝L，RW＝H，E＝H。

輸出：D0－D7＝狀態字。

（2）寫指令：輸入：RS＝L,RW＝L,D0－D7＝指令碼，E＝上升沿。

輸出：無。

（3）讀數據：輸入：RS＝H，RW＝H，E＝H。

輸出：D0－D7＝數據。

（4）寫數據：輸入：RS＝H,RW＝L,D0－D7＝數據，E＝上升沿。

輸出：無。

2.4 LCD1602顯示方法

液晶顯示模塊是慢速顯示器件，所以在執行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平（即不忙），否則該指令失效。顯示字符時，要先輸入顯示字符地址，即告訴模塊在哪里顯示字符。因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平，所以實際寫入的數據應該是要顯示地址值加上80H，即將最高位D7置為1。在使用此顯示模塊時一般要對其進行初始化，設置所需要的顯示參數。液晶模塊在顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預。每次輸入指令前，都要判斷液晶模塊是否處于忙狀態。

3 數字電子鐘硬件電路設計

硬件電路系統設計主要由單片機最小系統、輸入電路、輸出電路等組成。單片機最小系統同所有單片機系統，在此不作討論。輸入電路主要時間調節電路，為簡化系統我們使兩個外部中斷來調節“時”和“分”數值，即將 INT0、INT1分別接兩個按鈕。LCD顯示器和單片機接口電路可以采用總線方式或者是模擬口線方式，本設計采用第二種方式，即以單片機 I/O模擬控制信號。具體電路見圖1，P0口作為數據，并接上拉電阻提升電壓，P2.0接LCD的RS端、P2.1接LCD的R/W端、P2.2接LCD的E端，“分”調節按鈕接INT0，“時”調節按鈕接INT1，圖1省略了電源和單片機最小系統電路。

圖1 數字電子鐘硬件電路

4 數字電子鐘軟件設計

整個系統軟件設計主要包括主程序、中斷服務程序、顯示程序等幾個部分。各個模塊均寫成函數形式，便于結構化程序設計。各個模塊之間可能需要交換數據，我們采取定義公共變量的方法來實現，這樣就不必通過形參和實參方式來交換數據，簡化了程序設計。主程序主要完成系統初始化，中斷初始化和構建一個循環不得地顯示當前時間。本系統采用的是顯示芯片來實現系統顯示的。顯示時主要根據LCD芯片時序要求，模擬產生相應的時序，選中芯片，向LCD芯片送相應的控制字設定其工作方式，再送相應數據完成顯示工作。由于LCD1602是兩行顯示，一般要操作兩次。本系統共有3個中斷，一個定時中斷，兩個外部中斷。定時中斷，主要是完成時間的統計，當外部晶振為12 MHz，設定為工作方式1，其最大定時間為65ms多一點，不能進行1S計時，所以將定時器定時間設定為50ms，這樣中斷20次為1S。當“秒”計至60時，“分”加1，當“分”計到60時，“時”加1，當“時”計到24時，“時”清0，完成一天計時。兩個外部中斷程序比較簡單，分別完成“時”加 1和“分”加1，當加到上限時歸0。

1 張志良.單片機原理與控制技術［M］.北京：機械工業出版社，2009

2 何立民.Mcs－51單片機應用系統［M］.北京：北京航空航天大學出版社，1999