青奧倒計時顯示屏畢業(yè)設(shè)計

1、摘要本設(shè)計主要介紹了一種基于stc89c52單片機微處理芯片與ds1302時鐘芯片和8*8的點陣顯示屏外加ds18b20溫度傳感器組成青奧倒計時電路軟硬件，本設(shè)計的硬件主要由單片機最小系統(tǒng)，ds1302時鐘模塊，點陣顯示屏和ds18b20溫度傳感器四個組成，采用的是c語言進行編程，可以精確的顯示年，月，日，十，分，秒，倒計時時間和溫度信息關(guān)鍵詞：stc89c52 ; 點陣顯示屏；ds1302；ds18b20；abstractthis design mainly introduces the hardware and software of the youth olympic ganmes co

2、untdowm which is made up of the stc89c52 mcu ,ds1302 clock chip and 16*16 dot matrix display and ds18b20 temperature sensor . the hardware design of this system is made up mcu ,ds1302 clock module ,dot matrix display and ds18b20 temperature sensor , the program adopts c language and it can accuratel

3、y shows the information of the year ,month , day , hour ,minute , second ,countdowm time and temperature .key words: stc89c52 ; dot matrix display screen ; ds1302 ; ds18b20目 錄1引言11.1倒計時牌研究背景及意義12硬件電路設(shè)計12.1單片機最小系統(tǒng)22.1.1單片機型號stc89c52簡介22.1.2stc89c52各引腳介紹32.2復(fù)位電路設(shè)計42.3晶振電路設(shè)計42.4ds1302時鐘模塊52.574hc138譯碼器

4、62.6溫度傳感器ds18b2062.774hc595模塊簡介62.8按鍵電路設(shè)計72.9點陣顯示模塊設(shè)計和驅(qū)動73青奧倒計時牌系統(tǒng)軟件程序設(shè)計93.1主程序流程圖和主程序103.2延時程序設(shè)計103.3溫度傳感器流程圖和程序設(shè)計113.4led點陣顯示程序設(shè)計133.5利用proteus仿真結(jié)果144系統(tǒng)調(diào)試155總結(jié)176參考文獻187致謝191 引言1.1 倒計時牌研究背景及意義隨著社會科技的不斷發(fā)展，人們生活節(jié)奏不斷加快。為了提高工作效率，提醒大家注意某些重大事情的開始或者結(jié)束（例如 “高考”、“奧運會”等），以便合理的安排事情，倒計時時鐘發(fā)揮了越來越大的作用，同時人們對倒計時時鐘的要

5、求不僅計時要準(zhǔn)確，而且要求它具有成本低、功能全、可靠性好等特點。倒計時牌研究的成功代表著數(shù)字科技領(lǐng)域的入門，它的出現(xiàn)可以衍生更高端應(yīng)用的開發(fā)，例如定時自動報警器、籃球計時器、搶答器等等，因此倒計時牌的研究和擴展是單片機的重要的課題！本次設(shè)計就是利用單片機技術(shù)開發(fā)的青奧倒計時牌，本倒計時牌使用的是點陣顯示屏進行顯示工作的，該系統(tǒng)操作比較簡單、體積比較小，可以增強人們的時間觀念，對一些重要的時間能夠給予人們提醒和警覺，對隨時提醒人們注意把握時間具有重要的作用。加上溫度效果的顯示更加具有實用價值，其性能能夠滿足大部分的需要，可以使我們的開發(fā)設(shè)計更簡便，因此單片機是我們生活中不可缺少的元件，使我們各個

6、領(lǐng)域都得到了方便。2 硬件電路設(shè)計本次設(shè)計的硬件電路系統(tǒng)是由單片機最小系統(tǒng)、ds1302時鐘模塊、電源模塊、晶振模塊、復(fù)位模塊、74hc138譯碼器、16個點陣模塊、ds18b20溫度傳感器、74hc595移位寄存器等部分組成，每個部分之間互相協(xié)作，構(gòu)成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)倒計時溫度顯示功能。系統(tǒng)框圖如圖1所示：74hc138模塊點陣顯示模塊stc89c52ds18b20模塊電源模塊74hc595模塊晶振模塊ds1302模塊復(fù)位模塊。圖1：硬件系統(tǒng)框圖2.1 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)，它也叫做最小應(yīng)用系統(tǒng)，是一種用最少的元件組成的可工作的單片機系統(tǒng)，對于51系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般包

7、括：單片機、晶振電路、復(fù)位電路。本設(shè)計使用的是stc89c52單片機。 2.1.1 單片機型號stc89c52簡介stc89c52是一款高性能的cmos 8位的單片機，低電壓，具有8k的刻反復(fù)擦寫的flash存儲器，與標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)和8052產(chǎn)品的引腳互相兼容，在單片機芯片上，擁有一個8位的中央處理器（cpu）和系統(tǒng)可編寫的flash儲存單元，由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，能夠進行1000次的寫或者擦循環(huán)，數(shù)據(jù)可以保存十年。它是一種高效微控制器，從而使得stc89c52為眾多嵌入式控制應(yīng)用提供有效的解決方案，因此stc89c52單片機在電子行業(yè)上廣泛的應(yīng)用。圖

8、2：stc89c52管腳圖2.1.2 stc89c52各引腳介紹stc89c52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：可以兼容，mcs51指令系統(tǒng)，8k flashrom可以反復(fù)的重擦寫，有三級的加密程序存儲器，具有3個16位定時/計數(shù)器，具有低功空閑和掉電模式等性能。stc89c52管腳圖如圖2。p0口：p0口作為輸出口，每位能驅(qū)動8個ttl 邏輯電平，對其寫“1”時，引腳作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序或者數(shù)據(jù)存儲器的時候，p0端口也被作為低8位地址或者數(shù)據(jù)復(fù)用，在這個情況下，p0具有內(nèi)部上拉電阻。p1口：p1口是一個雙向i/o口，p1的輸出緩沖級可驅(qū)動4個邏輯電平。對跑口寫“1”時，由于內(nèi)部上拉電阻的原因，將會

9、輸出電流。另外，p1.0和p1.1還可以分別作為定時器或者計數(shù)器。p2 口：它是具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的i/o口，對p2口寫“1”時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入端口使用，當(dāng)作為輸入端口使用的時候，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，會產(chǎn)生輸出電流ip3口：p3口作為一般的i/o接口以外，它還有更重要的第二個功能，它的p3.0： rxd（串行輸出），p3.1 ：txd (串行輸出)，p3.2 ：int0（外部中斷0 ） p3.3：int1（外部中斷1）p3.4：t0（定時器0外部輸入）p3.5：t1（定時器1外部輸入） p3.6：wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） p3.7：rd

10、（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）。ale/：地址鎖存器控制是當(dāng)訪問外部程序存儲器的時候，鎖存低8位地址的輸出秒沖。在flash編程時候，（prog）引腳也使用作編程輸入脈沖。：程序存儲允許（）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)stc89c52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次信號。/vpp：外部訪問允許，欲使cpu僅訪問外部程序存儲器，端口必須保持低電平（接地）。如果端為高電平，cpu則要執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。xtal1：振蕩器反向放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2：振蕩器反向放大器的輸出端。2.2 復(fù)位電路設(shè)計復(fù)位電路的功能是

11、讓單片機從程序起始處重新執(zhí)行的電路，在復(fù)位電路中設(shè)計中有上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種模式。復(fù)位電路如圖3所示。上電復(fù)位工作原理如下：外部電源通過電容c3充電加至rest腳一個短暫的高電平信號，此時信號隨著vcc對電容c3的充電過程逐漸回落，即rest引腳上的高電平持續(xù)時間取決于電容c3的充電時間。因此為保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位，rest引腳上的高電平必須持續(xù)足夠長的時間。手動復(fù)位工作原理是在當(dāng)按下復(fù)位按鈕，電容中的電荷被放完后，按照上電復(fù)位原理進行復(fù)位。圖3：復(fù)位電路設(shè)計圖2.3 晶振電路設(shè)計在本次設(shè)計中，單片機使用內(nèi)部時鐘振蕩方式。晶振電路的作用是產(chǎn)生單片機正常工作時所需要的時鐘信號，電路由兩個22p

12、f的瓷片電容和一個12mhz的晶振組成，并接入到單片機的xtal1和xtal2引腳處，使單片機工作于內(nèi)部振蕩模式。電路中的兩個電容c1和c10的作用使電路快速起振，提高電路的運行速度。電路晶振電路如圖4所示。圖4：晶振電路設(shè)計圖2.4 ds1302時鐘模塊 ds1302時鐘模塊與單片機能進行簡單的使用同步串行的方式進行通信，支持雙電源供電，可以使用外部電源和備用電源，備用電源能夠使時鐘芯片繼續(xù)工作，占用引腳少，僅需要用三個接口: 復(fù)位，i/o數(shù)據(jù)線，sclk串行時鐘。stc89c52的p2.2與ds1302的i/o數(shù)據(jù)線接口相連，p2.1用來輸入ds1302 sclk串行時鐘，p2.3控制ds

13、1302 的復(fù)位輸入端,ds1302電路設(shè) 計圖如圖5所示。圖5：ds1302電路設(shè)計圖ds1302實時時鐘電路可以提供年、月、日、時、分、秒等信息，當(dāng)某個月小于30天的時候可以自動的調(diào)整，并且還具有閏年補償功能；用于高速數(shù)據(jù)暫存的31x8ram ;2.5v時耗電小于300na;它還具有寬范圍的工作電壓2.05.5v;工業(yè)溫度范圍是可以選的，再者它的連線比較簡單，占用的io接口也比較的少，由于這些原因，此次畢業(yè)設(shè)計所使用的時鐘芯片是ds1302，它能夠更準(zhǔn)確的計時。 2.5 74hc138譯碼器74hc138譯碼器也稱做解碼器，譯碼過程實際上是一種翻譯過程，即編碼的逆過程，74hc138引腳兼

14、容低功耗肖特基ttl系列。74hc138譯碼器可接受3位二進制加權(quán)地址輸入，并當(dāng)使能時，能提供8個互斥的低有效輸出，74hc138特有3個使能輸入端：兩個低有效和一個高有效。除非e1和e2置低且e3置高，如果不是，那么74hc138將保持所有輸出為高，利用這種復(fù)合使能特性。2.6 溫度傳感器ds18b20ds18b20是一種改進版的智能溫度傳感器，它與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，ds18b20他可以直接讀出被測的溫度，根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9到12位的數(shù)字值讀數(shù)方式并且ds18b20的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加的簡單，可靠性也很高，只需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，它在測溫度，傳輸距離和分辨率等方面上比上一代的

15、ds1820有了很大的改進，讓用戶使用更加的方便，效果令人滿意！ds18b20電路設(shè)計圖如圖6所示。圖6：ds18b20電路設(shè)計圖2.7 74hc595模塊簡介74hc595 是一種漏極開路輸出的移位寄存器，它是可控的三態(tài)輸出端，也可以串行輸出控制下一個級聯(lián)芯片，它是74系列芯片的一種，它主要的特點是功耗小、速度快、操作簡單，可以很方便的用于對單片機接口進行驅(qū)動led的操作。本次設(shè)計中，使用74hc595來進行對led的串行驅(qū)動，所有的led分為2個一組，直接與74hc595輸出端連接，通過串行控制輸出信號對led進行顯示驅(qū)動，最后通過74hc595的級聯(lián)操作，這樣的驅(qū)動方式比較簡單，電路設(shè)計

16、完成之后只要級聯(lián)就可以完成。74hc595是帶鎖存功能的三態(tài)輸出的8位串行輸入和并行輸出的移位寄存器。由于它自帶鎖存器，所以其數(shù)據(jù)在移位寄存器中的移位與鎖存器的輸出是獨立的，當(dāng)數(shù)據(jù)移位時，可以保持鎖存器輸出的數(shù)據(jù)不改變，等所有8位數(shù)據(jù)全部串行輸入完成移位操作后，一次性將數(shù)據(jù)打入鎖存器中，從而實現(xiàn)并行輸出的同步改變。2.8 按鍵電路設(shè)計按鍵電路是用來對系統(tǒng)顯示的時鐘進行復(fù)位，模式的選擇，時間的加和減。模式選擇中可以對時間進行設(shè)置，倒計時時間進行設(shè)置，可以選著手動模式和自動模式。按鍵電路如圖7所示。按鍵電路工作原理如下：當(dāng)按鍵沒有按下去時，與按鍵連接的單片機接口均為高電平；當(dāng)按鍵按下去時，單片機該

17、接口端為低電平。在系統(tǒng)工作時，單片機不斷掃描按鍵電路，當(dāng)檢測到相應(yīng)端口輸入為低電平時，進行時間按鍵功能的選擇加、減、時鐘的復(fù)位和模式選擇。圖7：按鍵電路設(shè)計圖2.9 點陣顯示模塊設(shè)計和驅(qū)動在本次設(shè)計中使用了16個8*8 led陣列，從結(jié)構(gòu)上可以知道，每個led模塊它每一列共用一根列線，每一行也是共用一根行線，當(dāng)相應(yīng)的行接高電平，列接低電平時，對應(yīng)的發(fā)光二極管被點亮，在顯示過程中，多采用掃描方式，利用人的視覺暫停效應(yīng)，只要刷新速率不小于25幀每秒，就不會有閃爍的感覺。 圖8：led點陣模塊內(nèi)部顯示圖我們把行列全部直接在單片機的io口，然后通過分析到的掃描代碼送到總線，我們就可以得顯示的數(shù)據(jù)，但是

18、我們直接將led點陣的行列端口全部接到89c51單片機上，每個led點陣需要16個io口，本設(shè)計使用了16個led點陣顯示的，那就需要16*16個io口，這樣就會照成io口資源的耗盡，系統(tǒng)就會無法擴充，因此，我們在實際應(yīng)用只是將led點陣的列線接到74hc595移位寄存器上，列驅(qū)動圖如圖9.1，至于行掃描信號則是由譯碼器74hc138來選擇控制，行驅(qū)動如圖9.2，這樣行和列的控制只使用了單片機上的6個io口，節(jié)約了很多io資源。圖9.1列驅(qū)動設(shè)計圖：9.2行驅(qū)動設(shè)計圖：3 青奧倒計時牌系統(tǒng)軟件程序設(shè)計青奧倒計時牌系統(tǒng)程序由單片機、按鍵程序、顯示程序、左移程序等部分組成。通過c語言編程，軟硬件結(jié)

19、合，構(gòu)成一個青奧倒計時牌系統(tǒng)的整體。系統(tǒng)工作時，首先系統(tǒng)初始化，點陣屏初始化，串口的初始化，然后顯示左移的滾動字幕驗證系統(tǒng)顯示正常，同時時鐘、溫度、倒計時初始化開始計算，接著通過按鈕設(shè)置設(shè)置時間和模式，模式中可以選著手動或自動模式顯示，自動模式下，顯示時間（年，月，日，時，分、秒），溫度，剩余天數(shù)，重復(fù)的循環(huán)。led點陣顯示程序流程圖如圖10所示。圖10：led點陣顯示程序流程圖3.1 主程序流程圖和主程序本設(shè)計的程序部分比較多，主要是通過時鐘芯片對時間的計算和溫度傳感器對溫度的轉(zhuǎn)換，然后通過595串行輸出，通過led點陣顯示。在主函數(shù)中完成這些操作。/*主函數(shù)*/void main() wh

20、ile(1) /重復(fù)（無限）循環(huán)顯示 du1302(); /讀取 秒 分 時 日 月 星期 年read_temp();/讀取溫度 show_word(); /待機顯示按三秒間隔分別顯示年、月日、星期、時分秒。 3.2 延時程序設(shè)計延時程序在led電子顯示屏中的主要功能有：延時存在的目的是等一段時間，讓這列顯示的內(nèi)容在人的眼內(nèi)產(chǎn)生“視覺暫留”現(xiàn)象。void delayms(void)uchar tempcyc;for(tempcyc=110;tempcyc1;tempcyc-);3.3 溫度傳感器流程圖和程序設(shè)計開始 初始化讀取數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出結(jié)束void delay_18b20(unsi

21、gned int i)/延時1微秒 while(i-);void ds1820rst()/*ds1820復(fù)位*/unsigned char x=0;dq = 1; /dq復(fù)位delay_18b20(4); /延時dq = 0; /dq拉低delay_18b20(100); /精確延時大于480usdq = 1; /拉高delay_18b20(40); uchar ds1820rd()/*讀數(shù)據(jù)*/ unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i0;i-) dq = 0; /給脈沖信號dat=1;dq = 1; /給脈沖信號if(dq)dat

22、|=0x80;delay_18b20(10);return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/*寫數(shù)據(jù)*/unsigned char i=0;for (i=8; i0; i-) dq = 0;dq = wdata&0x01;delay_18b20(10);dq = 1;wdata=1;read_temp()/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/uchar a,b; ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過讀序列號*/ds1820wr(0x44);/*啟動溫度轉(zhuǎn)換*/ ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過讀序列號*/ ds182

23、0wr(0xbe);/*讀取溫度*/ a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b*16+a/16;return(tvalue);3.4 led點陣顯示程序設(shè)計led點陣顯示主要通過595驅(qū)動其顯示，通過三秒轉(zhuǎn)換，分別顯示年、月日、星期、時分秒、溫度、距離青奧漢字、剩余天數(shù)、if(id=0)&(f=0)|(id=1)/f為三秒轉(zhuǎn)換顯示 send_data(&timer00); /不顯示if(flicker=1)&(id=1) /閃爍標(biāo)志為1時不亮，為零時亮 show_pass(); /不顯示一個字show_pass();elsesend_data(&timer2h);

24、/20年 send_data(&timer0h);send_data(&timeryear/16h); /年值 send_data(&timeryear%16h);send_data(&hanzih*2+641); /年字符 send_data(&hanzih*2+640);send_data(&timer0); /不顯示3.5 利用proteus仿真結(jié)果利用proteus仿真結(jié)果如圖10，led點陣輪流顯示設(shè)定的年，月，日，時，分，秒，距離青奧天數(shù)，溫度。圖10：proteus仿真圖4 系統(tǒng)調(diào)試（一） 靜態(tài)調(diào)試在系統(tǒng)進行加電之前，首先用萬用表依據(jù)硬件電路原理圖仔細檢查連線的正確性，尤其電源的

25、走線、防止電源間的短路或極性錯誤及開路，并重要檢查系統(tǒng)總線是否存在相互之間的短路或與其他信號線的短路。（二） 通電調(diào)試接通電源，查看顯示單元的內(nèi)容是否正常，再按下有關(guān)按鍵，是否能夠達到預(yù)期目標(biāo)。如果不能，通過仿真單步運行，查看每一步的運行結(jié)果，并對預(yù)期現(xiàn)象對程序進行調(diào)整。（三） 實物效果圖 通過整個調(diào)試，實物效果跟所預(yù)期的效果是一樣的。本次設(shè)計完成預(yù)期的目標(biāo)。如圖11.1 11.2 和11.3圖11.1圖11.2如圖11.35 總結(jié)本次設(shè)計的青奧倒計時牌分為硬件電路設(shè)計和軟件程序設(shè)計兩大模塊。硬件電路設(shè)計包括控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計和顯示系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計以stc89c52為控

26、制核心，外圍電路包括電源模塊、程序下載模塊、按鍵模塊、晶振電路、溫度模塊、點陣電路模塊等組成部分；顯示系統(tǒng)硬件電路又分為接口電路、列驅(qū)動電路、行驅(qū)動電路、點陣屏電路等組成部分。軟件程序設(shè)計包括按鍵程序、led指示燈程序、靜止顯示程序、左移程序等組成部分?？刂葡到y(tǒng)通過排線控制顯示系統(tǒng)顯示漢字等信息，并能使顯示系統(tǒng)上的漢字等信息靜態(tài)顯示、左移顯示。本次設(shè)計的青奧倒計時按照上述設(shè)計思路，能夠?qū)崿F(xiàn)實時時間，實時溫度，距離青奧開幕的時間的交替顯示。6 參考文獻1 侯向榮,馬永森. 利用單片機串口實現(xiàn)多個led的顯示j. 儀器儀表用戶. 2006(03) 2 眭碧霞. 用單片機串行口實現(xiàn)動態(tài)掃描led顯示j. 電子工程師. 2006