基于液晶显示器的数字电子钟设计

黄克亚

（南京铁道职业技术学院，江苏 苏州 215137）

数字电子钟系统设计已经成熟，但是目前系统设计时基本都是采用LED作为显示电路，造成硬件电路复杂、功耗高、产品体积庞大等特点；液晶显示模块由于具有低功耗、寿命长、体积小、显示内容丰富、价格低、接口控制方便等优点，因此在各类电子产品中被极广泛地推广和应用。字符型液晶显示模块是一类专门用于显示字母、数字、符号等点阵式液晶显示模块。本系统设计采用字符型液品显示模块LCD1602作为显示器件，这样不仅简化了系统的硬件设计，而且极大地提高了系统的可靠性。

1 LCD1602简介

字符型液晶显示模块 LCD1602已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件。LCD1602可以显示两行，每行16个字符，采用＋5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。

2 LCD1602功能介绍

2.1 引脚功能

LCD1602采用标准14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚功能见表1。

表1 引脚功能表

2.2 LCD1602读写指令

LCD1602读写指令较多且较复杂，具体使用可以查相关资料，下面仅列出最常用的的一些命令：①写指令 38H：显示模式设置；②写指令08H：显示关闭；③写指令01H：显示清屏；④写指令06H：显示光标移动设置；⑤写指令0CH：显示开及光标设置。

2.3 LCD1602读写操作时序

LCD1602读写操作时序总体上来说是比较简单的，掌握其有两种方法：一种是直看时序图，另外一种方法是直接记忆和总结读写时电平高低和变化。很显然第二种更简单和直接，下面就列出典型读写的时序要求，以方便编写程序。

（1）读状态：输入：RS＝L，RW＝H，E＝H。

输出：D0－D7＝状态字。

（2）写指令：输入：RS＝L,RW＝L,D0－D7＝指令码，E＝上升沿。

输出：无。

（3）读数据：输入：RS＝H，RW＝H，E＝H。

输出：D0－D7＝数据。

（4）写数据：输入：RS＝H,RW＝L,D0－D7＝数据，E＝上升沿。

输出：无。

2.4 LCD1602显示方法

液晶显示模块是慢速显示器件，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（即不忙），否则该指令失效。显示字符时，要先输入显示字符地址，即告诉模块在哪里显示字符。因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平，所以实际写入的数据应该是要显示地址值加上80H，即将最高位D7置为1。在使用此显示模块时一般要对其进行初始化，设置所需要的显示参数。液晶模块在显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前，都要判断液晶模块是否处于忙状态。

3 数字电子钟硬件电路设计

硬件电路系统设计主要由单片机最小系统、输入电路、输出电路等组成。单片机最小系统同所有单片机系统，在此不作讨论。输入电路主要时间调节电路，为简化系统我们使两个外部中断来调节“时”和“分”数值，即将 INT0、INT1分别接两个按钮。LCD显示器和单片机接口电路可以采用总线方式或者是模拟口线方式，本设计采用第二种方式，即以单片机 I/O模拟控制信号。具体电路见图1，P0口作为数据，并接上拉电阻提升电压，P2.0接LCD的RS端、P2.1接LCD的R/W端、P2.2接LCD的E端，“分”调节按钮接INT0，“时”调节按钮接INT1，图1省略了电源和单片机最小系统电路。

图1 数字电子钟硬件电路

4 数字电子钟软件设计

整个系统软件设计主要包括主程序、中断服务程序、显示程序等几个部分。各个模块均写成函数形式，便于结构化程序设计。各个模块之间可能需要交换数据，我们采取定义公共变量的方法来实现，这样就不必通过形参和实参方式来交换数据，简化了程序设计。主程序主要完成系统初始化，中断初始化和构建一个循环不得地显示当前时间。本系统采用的是显示芯片来实现系统显示的。显示时主要根据LCD芯片时序要求，模拟产生相应的时序，选中芯片，向LCD芯片送相应的控制字设定其工作方式，再送相应数据完成显示工作。由于LCD1602是两行显示，一般要操作两次。本系统共有3个中断，一个定时中断，两个外部中断。定时中断，主要是完成时间的统计，当外部晶振为12 MHz，设定为工作方式1，其最大定时间为65ms多一点，不能进行1S计时，所以将定时器定时间设定为50ms，这样中断20次为1S。当“秒”计至60时，“分”加1，当“分”计到60时，“时”加1，当“时”计到24时，“时”清0，完成一天计时。两个外部中断程序比较简单，分别完成“时”加 1和“分”加1，当加到上限时归0。

1 张志良.单片机原理与控制技术［M］.北京：机械工业出版社，2009

2 何立民.Mcs－51单片机应用系统［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1999