基于液晶显示屏的数字电子时钟设计

刘宇超

（铁岭市人力资源和社会保障局，辽宁 铁岭 112000）

1 方案对比与选择

方案一：DS1302+数码管

DS1302的使用非常方便，价格便宜且数码管显示也很清楚，特别是显示时间很直观。但DS1302是不自带电池，虽然可以通过外接纽扣电池来达到断电走时继续的目的，但会带来复杂。使用数码管显示，虽然价格也便宜，显示效果好，但多位的数码管在动态扫描的时候会出现闪烁。如果少用几位，用切换的方法查看日期，时间等信息又显得麻烦。

方案二：DS12C887+1602LCD液晶屏

DS12C887时钟芯片功能丰富价格适中，能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒以及时间模式转换等时间信息，芯片内部增加了世纪存储器，从而利用硬件电路解决了“千年”的问题。DS12C887时钟芯片中还自带有锂电池，单片机掉电后时钟芯片内部的时间信息可以保持十年之久。1602LCD液晶屏可以输出2行，每行显示16个字符。虽然 1602LCD液晶屏较昂贵，但是该液晶屏显示清晰且不会闪烁，由于液晶屏是数字式的，因此和单片机系统的接口简单，操作方便。1602LCD液晶屏的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多，功耗较低。以上两种元件的程序编写简单，适用于多方面的应用。

因此由以上方案进行比较，文章选择方案二来设计电子时钟。以STC89C51为主控芯片，DS12C887为时钟芯片，1602LCD液晶屏作为显示器。程序控制DS12C887时钟芯片实现小时、分、秒和年、月、日的计时，并在1602LCD液晶屏上显示出来。通过按键对12h/24h显示模式切换。当时间走到程序所设定的时间时，蜂鸣器响起，起到闹铃功能。当要显示秒表计时时，可以通过按键切换来实现。

2 系统硬件设计

（1）单片机最小系统设计。以STC89C51单片机为核心，选用12MHZ的晶振，由于晶振的频率越高，单片机的运行速度就越快，但考虑到单片机的运行速度快会对存储器的要求就会变高，因此12MHZ晶振为最佳选择。外接电容的值虽然没有严格的要求，但是外接电容的大小会影响振荡器的频率高低、振荡器的稳定性和起振的快速性，因此笔者选用 30pF的电容作为起振电容。复位电路为按键高电平复位，当按键按下，RES端为高电平，当高电平持续4us的时间就可以使单片机复位。

（2）电源供电电路设计。如图1所示，采用外接USB端口的方式为单片机供电，LPOW1为电源显示灯，当按键S5按下，显示灯亮，表示给单片机供+5V电压。

图1 电源供电

（3）串口通信电路设计。通过MAX232进行TTL电平和232电平转换，从而单片机和上位机之间通信提供通道。通信电路的目的就是让通信双发的电平匹配，单片机用的是 TTL电平，上位机的串口用的是232电平。TTL电平的逻辑1的电压范围是+3.3V～+5V，逻辑0的电压范围是0～+3.3V；232电平的逻辑1的电压范围是-15V～-5V，逻辑0的电压范 围是+5V～+15V。因此设计串口通信电路就是让这两种电平统一。

图2 1602LCD液晶屏显示电路

（4）LCD显示电路设计。1602LCD液晶屏显示电路如图2所示：1602LCD液晶屏为5V电压驱动，带背光，可显示两行，每行16个字符，不能显示汉字。液晶1，2端为电源；15，16为背光电源；为防止直接加5V而烧坏背光灯，在15脚串联一个1k电阻用于限流。液晶3端为液晶对比度调节端，通过一个10k的变位器来调节液晶显示对比度。液晶4端为向液晶控制器写数据/写命令选择端，接单片机的P3.5口。液晶5端为读/写选择端，因为不从液晶中读取数据，只向其写入命令和显示数据，因此此端始终选择为写状态，即低电平接地。液晶6端为使能信号，是操作时必须的信号，接单片机的P3.4口。

（5）报警电路设计。蜂鸣器闹铃电路如图3所示，蜂鸣器电路接在单片机的P2.3引脚上，当给该引脚一个低电平，三极管导通，蜂鸣器发出声音作为闹铃。

图3 蜂鸣器闹铃电路图

图4 按键调整电路如图

（6）键控电路设计。按键调整电路如图4所示：四个独立键盘均采用查询方式，将按键的一端接地，另一端各接一根输入线直接与STC89C51的I/O口相连，当按键闭合时，相当于该I/O口通过按键与地相连，变成低电平，单片机通过检测I/O口的电平状态，即可以识别出按下的键。通过四个按键实现各方式的切换，S2用于12h/24h的模式切换，S3用于秒表功能与时钟功能间的切换，S4用于实现参数设置和调节功能。