LED數(shù)碼管設(shè)計的可調(diào)式電子鐘說明說

1、 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（2013）課程設(shè)計說明書 用LED數(shù)碼管設(shè)計的可調(diào)式電子鐘專業(yè)學(xué)生姓名班級學(xué)號指導(dǎo)教師完成日期2013年6月28日 用LED數(shù)碼管設(shè)計的可調(diào)式電子鐘摘要： 數(shù)字電子時鐘電路設(shè)計系統(tǒng)，以AT89C51單片機為控制核心，由鍵盤顯示、定時鬧鈴、LED共陰極數(shù)碼管和LED燈顯示等功能模塊組成。基于題目基本要求，本系統(tǒng)對時間顯示和定時報警進行了重點設(shè)計。本系統(tǒng)大部分功能由軟件來實現(xiàn)，吸收了硬件軟件化的思想，大部分功能通過軟件來實現(xiàn)，使電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高。本系統(tǒng)不僅成功的實現(xiàn)了要求的基本功能，而且有一定的創(chuàng)新功能。 關(guān)鍵字：單片機；AT89C51；數(shù)字鐘 Abst

2、ract： This digial electronic clock circuit design system ,based o n c hip microcomputer AT89C51,is composed by the following functional modules : keyboard displaying , timing alarmg. common cathode LED digital tube, LED lights display,and so on. According to the basic requirements of the subject ,th

3、e system stresses on the realization of Time display and regularly report to the police.The design achieved the required basic technical indexes. Furthermore , adopting the iedao fhardware-to-software, most of those functions are realized by softwares, which makes the electrocircuit more concise and

4、 the system more stable. Key words：chip microcomputer；AT89C51：digital electronic clock 目錄1概述31.1課題研究的目的和意義32 課題方案論證32.1系統(tǒng)總體設(shè)計要求32.2系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)論證43 系統(tǒng)硬件設(shè)計43.1總體設(shè)計43.2最小單片機系統(tǒng)53.3按鍵電路63.4顯示電路74軟件設(shè)計84.1 主程序84.2 顯示子程序84.3定時器/計數(shù)器T0中斷服務(wù)程序85軟硬件聯(lián)調(diào)及調(diào)試結(jié)果105.1調(diào)試步驟105.2實際出現(xiàn)的問題及解決方法105.3實物圖正面，實物圖背面和實物運行圖11結(jié)束語12參考文獻13附

5、錄13附錄1 原理圖13附錄2 PCB圖14附錄3 proteus仿真圖15附錄4 C語言程序清單16附錄5 元器件清單191概述1.1課題研究的目的和意義此次設(shè)計是單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘的方法以及借助鍵盤直接控制整時的調(diào)整，本設(shè)計根據(jù)AT89C52單片機系統(tǒng)擴展的基本原理和方法，由單片機AT89S52芯片，LED數(shù)碼管和鍵盤為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個單片機電子時鐘。一塊單片機芯片就是一臺計算機，由于單片機以其集成度高、體積小、可靠性高、控制功能強、低電壓、低功耗等特點使它應(yīng)用于智能儀器儀表、機電一體化、實時程控、人類生活中。除此之外還廣泛應(yīng)用辦公自動化領(lǐng)域、商業(yè)營銷領(lǐng)

6、域、汽車及通信系統(tǒng)、計算機外部設(shè)備等各領(lǐng)域中，并且單片機已成為計算機發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方面。由此可見掌握單片機的使用方法和利用單片機解決實際問題具有重要的意義。而此次的設(shè)計剛好用到單片機相關(guān)的知識可以說這是這次設(shè)計的重要意義和目的所在。再者，此設(shè)計的LED電子時鐘主要是顯時間的，是時鐘用途。在此設(shè)計的基礎(chǔ)上人們還可根據(jù)不同的需求和不同的設(shè)計水平做出不同的設(shè)計項目。也可以加上日期，溫度的顯示和鬧鐘的功能。如果設(shè)計水平還更高的話還可以設(shè)計LED電子顯示屏。因此說，LED電子時鐘設(shè)計是最簡單和基礎(chǔ)的。而且電子時鐘很實用，準(zhǔn)確性也很好，也容易調(diào)節(jié)，若有毀壞更換元器件也簡單，制作原理和過程也很易懂易做

7、，成本也不高。在此設(shè)計間也包含了很多的知識，跟我所學(xué)專業(yè)又對口，所以，做這個LED電子時鐘是個很用很好很值得做的設(shè)計。2 課題方案論證2.1系統(tǒng)總體設(shè)計要求本次設(shè)計中的LED數(shù)碼管電子時鐘電路采用24小時制記時方式。本次設(shè)計采用AT89C52單片機的擴展芯片和2個74LS04做驅(qū)動，由八塊LED數(shù)碼管構(gòu)成的顯示系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的基于8/16位普通單片機的LED顯示系統(tǒng)相比較，本系統(tǒng)在不顯著地增加系統(tǒng)成本的情況下，可支持更多的LED數(shù)碼管穩(wěn)定顯示。設(shè)計采用AT89C52單片機，配備11.0592MHz晶振，復(fù)位電路為上電復(fù)位。采用軟件譯碼動態(tài)顯示，考慮直接用單片機I/O口作為位選時可能驅(qū)動功率不夠，

8、可采用三極管作驅(qū)動共陽極數(shù)碼管顯示。8位8段LED數(shù)碼管作正常、調(diào)時顯示，時間按時分秒排列，時鐘誤差：24小時誤差35秒，并且在按鍵的作用下可以進行調(diào)時，調(diào)分，復(fù)位功能。本電路采用直流5V電源供電。同時為了限流保護電路也用了若干個阻值不等的電阻。在本文一開始做了一些概述主要說明此設(shè)計的目的和意義，并會對這類設(shè)計項目發(fā)展情況做個簡介。這是對這次設(shè)計很重要的一個認(rèn)識是前提和設(shè)計者必須明確和了解的。然后本文對此設(shè)計做了一些簡要分析，這對理清設(shè)計思想很重要。然后還對設(shè)計中用到的元器件進行比較全面的介紹。只有真正了解了元器件的特性和功能才能讓這些元器件在設(shè)計中起到作用。電子整個設(shè)計第一步是電路原理圖，它

9、直接關(guān)系著后續(xù)的工作。接著當(dāng)原理圖完成好后就要為后面的刻板做準(zhǔn)備了，這就是PCB印制電路板的制作。它影響了整個設(shè)計的布局是能不能成功的條件。緊接著就是程序了，如果只有硬件電路而沒有程序，那么這個設(shè)計將一文不值，也就是說是一堆破銅爛鐵。所以這部分也是非常重要的。最后結(jié)合整個設(shè)計總結(jié)了一些心得體會為這次的設(shè)計畫上完滿的句號。也為以后更好的設(shè)計提供經(jīng)驗。2.2系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)論證按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，確定系統(tǒng)由4個模塊組成：主控制器、掃描驅(qū)動、調(diào)節(jié)電路和顯示電路。數(shù)碼管電子鐘電路結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。 圖2-2 電路結(jié)構(gòu)圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1總體設(shè)計電子鐘的原理框圖如圖3-1所示。它由以下幾個部件

10、組成：單片機AT89C52、電源、時分秒顯示部件。時分秒顯示采用動態(tài)掃描，以降低對單片機端口數(shù)的要求，同時也降低系統(tǒng)的功耗。時分顯示模塊以及顯示驅(qū)動都通過AT89C52的I/O口控制。電源部分：整流穩(wěn)壓來得到+5V電壓，維持系統(tǒng)的正常工作。 電子鐘系統(tǒng)原理框圖如圖3-1所示： 圖3-1電子鐘系統(tǒng)原理框圖 3.2最小單片機系統(tǒng) 51單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機的復(fù)位時間，一般采用1030uF，51單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。51單片機最小系統(tǒng)晶振Y1也可以采用6 M H Z 或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機最

11、小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。 51單片機最小系統(tǒng)起振電容C2、C3一般采用1533pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好4.P0口為開漏輸出，作為輸出口時需加上拉電阻，阻值一般為10k。設(shè)置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t。設(shè)置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳入到計數(shù)器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更新的計數(shù)值在

12、下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2 ms 最小系統(tǒng)如圖3-2所示： 圖3-2最小系統(tǒng)3.3按鍵電路 按鍵電路使用的是AT89C52單片機的P1和P3管腳，可調(diào)試電子中的按鍵總共為四個，夠哦那個能分別為確定，設(shè)置，加，減。通過按鍵電路，我們可以隨意調(diào)整電子鐘的時間，使單片機發(fā)揮它的作用。 按鍵電路圖如圖3-3所示： 圖3-3：按鍵電路圖3.4顯示電路 可調(diào)試電子鐘的顯示電路采用8位數(shù)碼管，顯示出時間的時，分，秒。使用的是AT89C52單

13、片機的P0和P2管腳，顯示電路中還將用到一塊74LS245。 顯示電路圖如圖3-4所示： 圖3-4顯示電路4軟件設(shè)計4.1 主程序主程序執(zhí)行流程如圖4-1所示，主程序先對顯示單元和定時器/計數(shù)器初始化，然后重復(fù)調(diào)用數(shù)碼管顯示模塊和按鍵處理模塊，當(dāng)有鍵按下，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能程序。 圖4-1主程序流程圖4.2 顯示子程序本系統(tǒng)共用8個數(shù)碼管，從右到左依次顯示秒個位、秒十位、橫線、分個位、分十位、橫線、時個位和時十位。采用軟件譯碼動態(tài)顯示。由于采用8段共陽LED數(shù)碼管動態(tài)掃描實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示，所以顯示用十進制BCD碼數(shù)據(jù)的對應(yīng)段碼存放在ROM中。顯示時，先取內(nèi)存地址中的數(shù)據(jù)，然后查得對應(yīng)的顯示用段碼從P

14、0口輸出，P1口將對應(yīng)的數(shù)碼管選中供電，就能顯示該地址單元的數(shù)據(jù)值。4.3定時器/計數(shù)器T0中斷服務(wù)程序定時器/計數(shù)器T0用于時間計時。選擇方式1，重復(fù)定時，定時時間設(shè)為50ms，定時時間到則中斷，在中斷服務(wù)程序中用一個計數(shù)器對50ms計數(shù)，計20次則對秒單元加1，秒單元加到60則對分單元加1，同時秒單元清0；分單元加到60則對時單元加1，同時分單元清0；時單元加到24則對時單元清0，標(biāo)志一天時間計滿。在對各單元計數(shù)的同時，把它們的值放到存儲單元的指定位置。定時器/計數(shù)器T0中斷服務(wù)程序流程圖如圖4-3所示。 圖4-3中斷服務(wù)程序5軟硬件聯(lián)調(diào)及調(diào)試結(jié)果5.1調(diào)試步驟（1）在KEIL軟件中編寫程

15、序，完成后，單擊“項目”下的“編譯”，產(chǎn)生“.hex”文件。（2）打開proteus軟件，畫上硬件電路圖，保存。（3）雙擊AT89C52芯片，在program file中加入“.hex”文件，按確定。（4）調(diào)試運行。5.2實際出現(xiàn)的問題及解決方法在proteus仿真軟件調(diào)試成功后，實際卻出現(xiàn)了一些問題，市場上沒有買到排阻，所以用8個10K的電阻代替。由于數(shù)碼管無法直接點亮，需要驅(qū)動，所以用了非門74LS04作為驅(qū)動，可是代碼不能再用共陽極的了，所以把代碼改成共陰的，實際電路板上就能成功運行了。 仿真圖如圖5-2所示 圖5-2proteus仿真圖5.3實物圖正面，實物圖背面和實物運行圖 圖5-3

16、-1實物圖正面 圖5-3-2實物圖反面 圖5-3-3實物運行圖結(jié)束語由于電路設(shè)計合理，功能電路基本能實現(xiàn)設(shè)計要求。從硬件焊接反方面來說，覺得比較棘手的就是在焊數(shù)碼管時，和整體器件的布局。布局不好會影響后面工序的焊接，在這點上我自己覺得做的很不錯，布線焊接模塊功能區(qū)分明確。在編程中遇到的最大困難就是延時的計算和數(shù)碼管的顯示程序段，在整體程序來看，我采用程序的結(jié)構(gòu)化，使程序明朗，各功能程序段都以子程序的方式調(diào)用，所以在主程序中是相當(dāng)?shù)暮唵蚊骼实摹Ｔ谟布蛙浖慕Y(jié)合過程中也遇到比較大的問題，就是一開始數(shù)碼管不是顯示8，就是亂碼之類的，進過調(diào)試，現(xiàn)在沒有出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象了。這也是我的一大攻關(guān)吧。但是，對

17、于程序我還是很不好以后在這方面要多多加強。在整個設(shè)計過程中我學(xué)會了很多，不僅鞏固了我的專業(yè)知識，提升了我的學(xué)習(xí)能力和知識能力，也使我學(xué)習(xí)到很多書上沒有的，更加強了我的動手能力。從這次的設(shè)計中我確實受益匪淺，我想也不枉陸老師對我的一路輔導(dǎo)與幫助。我相信，以后有機會一定會做更多這樣的設(shè)計。大學(xué)三年，一晃就過去了，我很想靠自己的專業(yè)做個東西給自己留念。再也就想考驗一下自己三年的學(xué)習(xí)成果，不負(fù)老師三年來的教誨和付出的心血。在做設(shè)計的同時使自己再學(xué)習(xí)、再提高。是展示自己學(xué)習(xí)成果的時機，是對自己的一種肯定。參考文獻1實驗指導(dǎo)書（陸廣平編） 實驗122李光飛，樓然苗. 單片機課程設(shè)計指導(dǎo)書 R. 北京：北京

18、航空航天大學(xué)出版社，20073李廣弟. 單片機基礎(chǔ) M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994附錄附錄1 原理圖附錄-1原理圖附錄2 PCB圖附錄3 proteus仿真圖附錄-3 proteus仿真圖附錄4 C語言程序清單#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar temp1,temp2,temp3,aa,miaoshi,miaoge,fenshi,fenge,shishi,shige;uchar code table=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x4

19、9,0x41,0x1f,0x01,0x09,0xfd;void display(uchar shishi,uchar shige,uchar fenshi,uchar fenge,uchar miaoshi,uchar miaoge);sbit S1=P10;sbit S2=P11;sbit S3=P12;void delay(uint z);void init();void main() init(); while(1) if(S1=0) temp3+;while(S1=0); if(S2=0) temp2+;while(S2=0); if(S3=0) temp1+;while(S3=0);

20、 if(aa=20) aa=0; temp1+; if(temp1=60) temp1=0; temp2+; if(temp2=60) temp2=0; temp3+; if(temp3=24) temp3=0; miaoshi=temp1/10; miaoge=temp1%10; fenshi=temp2/10; fenge=temp2%10; shishi=temp3/10; shige=temp3%10; display(shishi,shige,fenshi,fenge,miaoshi,miaoge); void delay(uint z) uchar x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y