基于單片機LED點陣顯示電子時鐘設計

.PAGE.2015~2016學年第一學期"單片機原理及應用"課程設計報告題目：基于單片機LED點陣顯示電子時鐘設計班級：13級電子信息姓名：指導教師：電氣工程學院2015年11月"單片機原理及應用"任務書課題名稱基于單片機LED點陣顯示電子時鐘設計指導教師沙執(zhí)行時間2015~2016學年第一學期第13周學生學號承當任務評分論文撰寫及調試仿真硬件電路繪制及程序編寫Keil與ISIS.的聯(lián)調仿真實驗結果的驗證系統(tǒng)方案設計查詢文獻與辯論硬件模塊電路分析主要程序分析設計要求設計一個LED點陣顯示電子時鐘電路時鐘顯示的初始時間為12：00。3、時鐘和分鐘可以通過相應的按鍵以步進值為1進展變化。摘要LED顯示屏作為信息傳播的一種重要手段，已經成為城市信息現(xiàn)代化建立的標志,LED顯示屏隨著社會經濟的不斷進步，以及LED制造技術的完善，人們對LED顯示屏的認識將會越來越深入，其應用領域將會越來越廣；LED顯示屏經多年的開發(fā)、研制、生產，其技術目前已經成熟?，F(xiàn)在各種廣告牌不再是白底黑字了，也不再是單一的非電產品，而是用上了豐富多彩的LED電子產品，為城市增添了一道靚麗的風景。本次課程設計是基于AT89C52單片機的LED點陣電子顯示器的設計，采用的并行方式的顯示方案來實現(xiàn)。該電子時鐘由AT89C51，74LS373數(shù)碼管等構成，采用晶振電路作為驅動電路，由延時程序和循環(huán)程序產生的一秒定時，到達時分秒的計時。用keil軟件生成.hex文件，用Proteus的ISIS軟件實現(xiàn)了單片機LED點陣電子時鐘系統(tǒng)的設計與仿真。關鍵詞：單片機;LED點陣;電子顯示器目錄TOC\o"1-3"\h\u9258"單片機原理及應用"I7389課程設計報告I10482"單片機原理及應用"任務書II23067摘要III180第1章方案選擇與論證259581.1設計任務與要求 123191.2總體設計方案 1204851.2.1硬件局部的設計 1122271.2.2軟件局部設計21335第2章硬件電路的設計3159052.1晶振電路設計3254462.2復位電路設計 3205052.3時分調節(jié)電路設計431132.4驅動電路設計4190532.5總原理圖53448第3章系統(tǒng)軟件設計628863.1軟件流程圖6152923.2主要軟件程序容7288423.2.1定時器工作程序 7294743.2.2數(shù)字顯示程序727490第4章系統(tǒng)調試與仿真1164864.1開發(fā)過程 11190254.2電路仿真1418954總結192385參考文獻2027869附錄212050辯論記錄及評分表27..方案選擇與論證1.1設計任務與要求采用LED燈進展顯示〔2〕可以根據(jù)按鍵來對時間進展調整〔3〕初始時間為12：00.1.2總體設計方案1.2.1硬件局部的設計這次硬件電路局部用PROTEUS軟件，該軟件主要用來進展元器件的繪制和原理圖的繪制，PROTEUS軟件對繪制好的原理圖進展仿真和調試。根據(jù)課程設計任務書的要求，經過思考和篩選，選擇并行方式顯示，I/O口通過鎖存芯片來擴展，以此來控制LED點陣40個列線，雙緩沖存放器由5片鎖存器74LS373來組成，可以驅動LED點陣8組列線，并用3/8譯碼器74LS138對LED點陣的8行進展掃描。在送每一行的數(shù)據(jù)到LED點陣時，先把數(shù)據(jù)分別送到5個74LS373，然后再把數(shù)據(jù)一起輸出到LED點陣列中，送出去的時間數(shù)據(jù)由AT89C51來控制。電子鐘由顯示電路、行驅動電路、列驅動電路、中央控制器AT89C52、按鍵電路和復位電路組成。電源電路電源電路列驅動電路AT89C52列驅動電路AT89C52控制器復位電路復位電路行驅動電路行驅動電路顯示電路按鍵電路按鍵電路圖1.2.1系統(tǒng)框圖a)

顯示模塊的選擇

顯示模塊采用8*8的點陣LED數(shù)碼管，這種模塊由64個發(fā)光LED芯片以8*8的形式構成一個正方形模塊，然后用兩列12針引腳將部電路接口引出，供驅動電路使用。這種構造是市面上最通用，也是現(xiàn)在應用最為廣泛采用的形式。

b)

時鐘信號的選擇

秒信號由單片機提供，使用程序由時、分、秒計數(shù)。采用這種方案的優(yōu)點在于，它可以有效減少電路的復雜程度，減少多余芯片的使用，節(jié)約本錢。并可以減少時間誤差，以到達設計要求。

c)

總體設計方案

根據(jù)以上方案所述本次畢業(yè)設計采取的總體方案如下：用鎖存芯片來擴展I/O口，控制LED點陣40個列線；5片鎖存器74LS373組成雙緩沖存放器，驅動LED點陣8組列線；采用8*8的點陣LED數(shù)碼管組成顯示模塊，顯示出運行調試結果；主控系統(tǒng)由AT89C51組成，通過它的串行輸出動態(tài)掃描來實現(xiàn)時和分的顯示。1.2.2軟件局部設計將需要實現(xiàn)的功能用Keil

軟件寫好程序，并對寫入單片機的代碼進展編譯和調試。硬件電路的設計2.1晶振電路設計晶振電路局部由兩個值為30uf的電容C1、C2和一個6MHz的晶振X1串聯(lián)組成。由它產生的振蕩信號可以保證精度高而且穩(wěn)定并且頻率穩(wěn)定在6MHz，次方波信號提供應單片機作為一個時鐘信號，當定時器需要定時的時候使用。圖2-1晶振電路局部2.2復位電路設計復位電路由一個數(shù)值為10uf的電容和一個按鍵串聯(lián)組成，電路中的復位設定為上電與按鍵均有效的模式，當電路上電時，RST引腳獲得一個高電頻，隨著C3電容不斷的在運行過程中充電，所以導致RST引腳的高電頻不斷地下降。因為RST引腳上的高電頻只能維持兩個機器周期的時間，所以單片機就可以通過這個復位電路進展復位操作。在電路運行期間，當按下按鍵開關的瞬間，RST上的電頻立即變?yōu)楦唠婎l，以此來實現(xiàn)電路復位圖2-2復位電路局部2.3時分調節(jié)電路設計由AT89C51的P3.2端口接入按鍵S1，P3.3端口接入按鍵S2，再將二者并聯(lián)，分別接入74LS138的E2和E3端口，以此來實現(xiàn)按鍵調節(jié)時分的設計。當電路運行時，LED顯示器初始值為12:00。每按一次S1按鍵，分針數(shù)字就會加1，當分針數(shù)字滿60再次按下按鍵S1，就會回歸為0；每按下按鍵S2時，時針數(shù)字就會依次加1，當時針為12時再次按下按鍵S2，時針為就會顯示為0。圖2-3時分電路局部2.4驅動電路設計驅動局部采用5個74LS373并行的方式，該芯片是常用的三態(tài)門8D鎖存器。只有當同時滿足以下兩個條件時，D端的數(shù)據(jù)才會被鎖存到鎖存器的輸出端，即有正脈沖輸入到門控端G，有效的高電頻輸出控制OE。其它情況下，當G為低電頻，輸出Q保持不變；當OE為低電頻，輸出Q為高阻態(tài)。圖2-4驅動電路局部2.5總原理圖圖2-5總原理圖系統(tǒng)軟件設計3.1軟件流程圖設計中，計時采用定時器T0中斷完成，其余狀態(tài)循環(huán)調用顯示子程序，當端口開關按下時，轉入相應功能程序。

當計時中斷開場時，LED顯示器開場承受信號，承受到一個信號時秒數(shù)增加1，當秒數(shù)累計加到60時，那么分數(shù)為主動進1，分數(shù)位累計加到60時，時數(shù)位主動增加1。秒針、分針、時針只要有一位未承受到信號，那么系統(tǒng)就會自動完畢。其程序執(zhí)行流程見下列圖計時終端開場計時終端開場1s到？1s到？N Y秒加1秒加11min？到1min？到NY分加1分加11h到？1h到？NY時加1時加1完畢完畢圖3-1程序執(zhí)行流程圖3.2主要軟件程序容3.2.1定時器工作程序MOVSP,#60HMOVTMOD,#01HMOVTL0,#0e0HMOVTH0,#0b1HMOVIE,#87HMOV30H,#01H;//時十位MOV31H,#02H;//時個位MOV32H,#0AH;//光標點位MOV33H,#00H;//分十位MOV34H,#00H;//分個位MOV35H,#00H;//秒十位MOV36H,#00H;//秒個位SETBIT0//IT0變成1〔IT0為外部中斷0，1為下降沿觸發(fā)，是按鍵功能〕SETBIT1//同理SETBPT0SETBTR0//TR0為定時器開關，開定時器03.2.2數(shù)字顯示程序LOOP00:MOVA,3BHMOVDPTR,#TABEMOVCA,A+DPTRMOVP2,R4MOVP0,AMOVP1,#0FEHINC3BHINCR4LCALLDELAYDJNZR5,LOOP00MOVA,31H;顯示要顯檔的數(shù)字MOVB,#08HMULABMOV3BH,AMOVR4,#00HMOVR5,#08HLOOP11:MOVA,3BHMOVDPTR,#TABEMOVCA,A+DPTRMOVP2,R4MOVP0,AMOVP1,#0FDHINC3BHINCR4LCALLDELAYDJNZR5,LOOP11MOVA,32H;顯示要顯檔的數(shù)字MOVB,#08HMULABMOV3BH,AMOVR4,#00HMOVR5,#08HLOOP22:MOVA,3BHMOVDPTR,#TABEMOVCA,A+DPTRMOVP2,R4MOVP0,AMOVP1,#0FBHINC3BHINCR4LCALLDELAYDJNZR5,LOOP22MOVA,33H;顯示要顯檔的數(shù)字MOVB,#08HMULABMOV3BH,AMOVR4,#00HMOVR5,#08HLOOP33:MOVA,3BHMOVDPTR,#TABE，MOVCA,A+DPTRMOVP2,R4MOVP0,AMOVP1,#0F7HINC3BHINCR4LCALLDELAYDJNZR5,LOOP33MOVA,34H;顯示要顯檔的數(shù)字MOVB,#08HMULABMOV3BH,AMOVR4,#00HMOVR5,#08HLOOP44:MOVA,3BHMOVDPTR,#TABEMOVCA,A+DPTRMOVP2,R4MOVP0,AMOVP1,#0EFHINC3BHINCR4LCALLDELAYDJNZR5,LOOP44POPPSWPOPACCRET系統(tǒng)調試與仿真Keil是德國KeilSoftware公司出品的單片機集成開發(fā)軟件，該軟件支持51單片機的所有變種〔目前共有400多種型號〕。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理及一個功能強大的仿真調試在的完整開發(fā)方案，并通過一個集成開發(fā)環(huán)境〔μVision2〕將這些局部組合在一起。Keil單片機集成開發(fā)軟件可以運行在Windows98/NT/2000及XP等操作系統(tǒng)下。4.1開發(fā)過程建立工程圖4-1〔a-1〕建立新工程圖4-1〔a-2〕保存新工程圖4-1〔a-3〕選擇CPUb〕新建文件,將文件保存并改成abc.c文件，再將程序輸入到文件中并進展編譯。圖4-1〔b-1〕創(chuàng)立程序文件圖4-1〔b-2〕保存程序文件c〕生成hex文件并進展編譯圖4-1〔c〕生成hex文件4.2下載、調試a〕翻開Proteus，雙擊單片機并將hex文件加進去，點擊"OK〞即可。圖4-2〔a〕b〕按下仿真鍵，即出現(xiàn)如下列圖初始仿真結果。初始時間顯示為12：00，所有元器件未報錯，結果正確。圖4-2〔b〕初始仿真結果圖c〕電路仿真過程中，按下按鍵S1時LED顯示器的分鐘顯示將以步進為1進展進位變化。當按下按鍵S2時LED顯示器的時鐘顯示也以步進為1進展進位變化，調試結果如下列圖所示：LED分別顯示為12:03和13：02，說明元器件連接正確，程序編寫沒有出現(xiàn)錯誤。圖4-2〔c〕分鐘局部仿真結果圖圖4-2〔c〕時鐘局部仿真結果圖總結經過一個星期的奮戰(zhàn)我們的課程設計終于完成了。在沒有做課程設計以前覺得課程設計只是對這本學期來所學知識的單純總結，但是通過這次做課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。

在課程設計中我們設計了基于AT89C52單片機的LED點陣電子鐘，采用的并行方式的顯示方案來實現(xiàn)。該電子時鐘由AT89C52，74LS373數(shù)碼管等構成，采用晶振電路作為驅動電路，由延時程序和循環(huán)程序產生的一秒定時，到達時分秒的計時。單片機具有體積小，本錢低，抗干擾能力強，面向控制，可以實現(xiàn)分機各分布式控制等優(yōu)點。電子顯示器就是利用單片機的上述優(yōu)點，采用目前市場上性能價格比擬高的AT89C52單片機設計而成的最小系統(tǒng)。它在實際生活中具有廣泛的應用。

電子鐘由顯示電路，行驅動電路，列驅動電路，中央控制器，按鍵電路和復位電路組成。

在這次課設中，LED點陣作為電子時鐘的顯示屏，最大的優(yōu)點在于其顯示容的多樣性，為用戶提供了靈活的人機交互界面。同時由于在這里采用帶晶振的單片機，使得電子時鐘不僅走準確，而且可以利用單片機的高度靈活性，為電子時鐘擴大許多顯來諸如定時自動報警、按時自動打鈴、定時播送、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟動等。課程設計前前后后一共進展了一個星期，這一周的時間里，從電路的繪制到調試仿真，再到到論文的完成，遇到了許多的挫折和失敗。在遇到困難時我不斷尋找出路解決難題，在教師和同學的幫助下最終完成了這篇課程設計。我深深地認識到在書本上學知識是完全不夠的，只有將理論與實際相結合，將知識運用到現(xiàn)實中，才能發(fā)揮最大力量。

在今后的工作中將面臨更大的挑戰(zhàn)，通過這次的畢設我懂得了只要將知識轉化為力量，一切難題都可以迎刃而解。參考文獻[1]皮大能，黨楠，齊家敏.單片機原理及應用.西北工業(yè)大學,2015.1[2]周景潤.PROTEUS入門實用教程[M].機械工業(yè),2007[3]樓然苗，光飛.51系列單片機設計實例[M]：航空航天大學，2003[4]徐愛鈞，秀華.單片機高級語言匯編與μVision2應用實踐[M]：電子工業(yè)，2008.附錄ORG=0000HLJMPMAIN ORG0003H LJMPPINT0 ORG000BHLJMPINTT0 ORG0013H LJMPPINT1ORG0030HMAIN:MOVSP,#60HMOVTMOD,#01HMOVTL0,#0e0HMOVTH0,#0b1HMOVIE,#87HMOV30H,#01H;時十位MOV31H,#02H;時個位MOV32H,#0AH;光標點位MOV33H,#00H;分十位MOV34H,#00H;分個位MOV35H,#00H;秒十位MOV36H,#00H;秒個位 SETBIT0 SETBIT1 SETBPT0SETBTR0LOOP0:LCALLDISPLJMPLOOP0INTT0:MOVTL0,#0e0HMOVTH0,#0b1HPUSHACCPUSHPSWINC36HMOVA,36HCJNEA,#25,PLLMOV32H,#0BHPLL:CJNEA,#50,ENDD;1SMOV32H,#0AHMOV36H,#00HINC35HMOVA,35HCJNEA,#60,ENDd;分個位MOV35H,#00HINC34HMOVA,34HCJNEA,#0AH,ENDd;分個位MOV34H,#00HINC33HMOVA,33HCJNEA,#06H,ENDd;分十位MOV33H,#00HINC31HMOVA,30HCJNEA,#02H,END1MOVA,31HCJNEA,#04H,END1;時個位MOV31H,#00HMOV30H,#00HEND1:MOVA,31HCJNEA,#0AH,ENDd;時個位MOV31H,#00HINC30HENDd:POPPSWPOPACCRETIDISP:PUSHACCPUSHPSWMOVA,30H;顯示要顯示的數(shù)字MOVB,#08HMULABMOV3BH,AMOVR4,#00HMOVR5,#08HLOOP00:MOVA,3BHMOVDPTR,#TABEMOVCA,A+DPTRMOVP2,R4MOVP0,AMOVP1,#0FEHINC3BHINCR4LCALLDELAYDJNZR5,LOOP00MOVA,31H;顯示要顯檔的數(shù)字MOVB,#08HMULABMOV3BH,AMOVR4,#00HMOVR5,#08HLOOP11:MOVA,3BHMOVDPTR,#TABEMOVCA,A+DPTRMOVP2,R4MOVP0,AMOVP1,#0FDHINC3BHINCR4LCALLDELAYDJNZR5,LOOP11MOVA,32H;顯示要顯檔的數(shù)字MOVB,#08HMULABMOV3BH,AMOVR4,#00HMOVR5,#08HLOOP22:MOVA,3BHMOVDPTR,#TABEMOVCA,A+DPTRMOVP2,R4MOVP0,AMOVP1,#0FBHINC3BHINCR4LCALLDELAYDJNZR5,LOOP22MOVA,33H;顯示要顯檔的數(shù)字MOVB,#08HMULABMOV3BH,AMOVR4,#00HMOVR5,#08HLOOP33:MOVA,3BHMOVDPTR,#TABEMOVCA,A+DPTRMOVP2,R4MOVP0,AMOVP1,#0F7HINC3BHINCR4LCALLDELAYDJNZR5,LOOP33MOVA,34H;顯示要顯檔的數(shù)字MOVB,#08HMULABMOV3BH,AMOVR4,#00HMOVR5,#08HLOOP44:MOVA,3BHMOVDPTR,#TABEMOVCA,A+DPTRMOVP2,R4MOVP0,AMOVP1,#0EFHINC3BHINCR4LCALLDELAYDJNZR5,LOOP44POPPSWPOPACCRETDELAY:MOV37H,#50DEL:MOV38H,#4DJNZ38H,$DJNZ37H,DELRETTABE:;0DB00H,18H,24H,24H,24H,24H,18H,00H;1DB00H,10H,30H,10H,10H,10H,38H,00H;2DB00H,18H,24H,04H,18H,20H,3CH,00H;3DB00H,18H,24H,18H,04H,24H,18H,00H;4DB00H,08H,18H,28H,7CH,08H,08H,00H;5DB00H,1CH,10H,18H,04H,24H,18H,00H;6DB00H,18H,24H,38H,24H,24H,18H,00H;7DB00H,3CH,28H,08H,10H,10H,10H,00H