單片機(jī)課程設(shè)計(jì)基于AT89C52單片機(jī)的LED點(diǎn)陣顯示電子鐘設(shè)計(jì)

1、課程名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目： 單片機(jī)led點(diǎn)陣顯示電子鐘 院 系： 電氣工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級(jí)： 2010 級(jí) 姓 名： 指導(dǎo)教師： 趙琳 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 2013年 月 日 1緒論 1.1 led點(diǎn)陣顯示電子鐘的背景及意義在日常生活中，大家見到的都是數(shù)碼管制作的電子鐘，led點(diǎn)陣時(shí)鐘則不多見。用單片機(jī)控制的led點(diǎn)陣顯示電子鐘具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、成本低廉、價(jià)格便宜和顯示靈活等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用前景廣闊。之所以使用led點(diǎn)陣電子屏顯示，是與它本身所具有的優(yōu)點(diǎn)分不開的1。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來就是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定。在實(shí)際應(yīng)用中的顯

2、示屏由于成本和可靠性的因素常采用一種動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。本文設(shè)計(jì)的是一個(gè)室內(nèi)用16塊88點(diǎn)陣時(shí)鐘顯示屏，數(shù)字采用靜止顯示方式。電子鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示秒、分、時(shí)的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘走時(shí)更準(zhǔn)確、性能更穩(wěn)定。由于用led點(diǎn)陣顯示數(shù)據(jù)，在夜晚或黑暗的場(chǎng)合里也可以使用，具有一定的實(shí)用性。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場(chǎng)合都可以看到led點(diǎn)陣顯示電子鐘。在城市的主要營業(yè)場(chǎng)所、車站、碼頭等公共場(chǎng)所使用led數(shù)字電子鐘已經(jīng)成為一種時(shí)尚2。 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及

3、要求任務(wù)：利用at89c52單片機(jī)結(jié)合led點(diǎn)陣顯示器設(shè)計(jì)一個(gè)電子鐘。電子時(shí)鐘將在16塊88點(diǎn)陣顯示屏上分別顯示(小時(shí)十位)、(小時(shí)個(gè)位)、(：)、(分十位)、(分個(gè)位)（：）（秒十位）、（秒個(gè)位）。設(shè)計(jì)一種基于at89c52單片機(jī)的led點(diǎn)陣顯示時(shí)鐘，基本設(shè)計(jì)要求如下：(1) 電子鐘的基本功能，也就是計(jì)時(shí)的功能，要保證電子鐘的正常工作，正常計(jì)時(shí)。(2) 時(shí)鐘的顯示由led點(diǎn)陣構(gòu)成，格式為xx:xx:xx(時(shí):分:秒)，點(diǎn)陣為88點(diǎn)陣顯示屏。(3) 能正確顯示時(shí)間，上電顯示為當(dāng)前時(shí)間 。 2 總體方案設(shè)計(jì)及論證在本章節(jié)中將對(duì)總體的方案進(jìn)行闡述，同時(shí)將對(duì)可能用到的元器件進(jìn)行詳細(xì)介紹，以便接下來的

4、設(shè)計(jì)工作能順利，有效的進(jìn)行打下結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。 2.1 系統(tǒng)方案因?yàn)槭菓?yīng)用at89c52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制，所以系統(tǒng)總的方案集中在兩個(gè)部分，一個(gè)是硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一個(gè)是控制的總體思想。在本小節(jié)中將對(duì)這兩部分內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的敘述。 2.1.1 硬件結(jié)構(gòu)根據(jù)項(xiàng)目的功能和要求，可采用at89c52單片機(jī)作為核心控制器。led點(diǎn)陣電子鐘系統(tǒng)組成包括：晶振電路模塊、顯示電路模塊、顯示行驅(qū)動(dòng)電路模塊、 電源模塊。 2.1.2 控制思想led點(diǎn)陣電子鐘程序主要功能是屏幕顯示時(shí)間穩(wěn)定，精確。所以按照分塊設(shè)計(jì)的方法可以把程序分為主程序、顯示程序、計(jì)時(shí)程序。主程序主要是用來初始化系統(tǒng)和控制各個(gè)子程序之間執(zhí)行的順序。顯示程

5、序用來完成數(shù)字在led點(diǎn)陣上的顯示，時(shí)鐘的顯示是使用16塊88點(diǎn)陣顯示屏。計(jì)時(shí)程序用來完成計(jì)時(shí)，數(shù)時(shí)功能。 2.2 設(shè)計(jì)方案論證 由時(shí)鐘電路經(jīng)轉(zhuǎn)換子程序轉(zhuǎn)換成適應(yīng)led點(diǎn)陣顯示屏顯示的數(shù)據(jù)，并通過單片機(jī)的輸出功能輸入到led點(diǎn)陣顯示屏，再通過顯示掃描程序，顯示出時(shí)鐘的走時(shí)時(shí)間。用計(jì)時(shí)程序來完成計(jì)時(shí)，數(shù)時(shí)功能，再通過單片機(jī)綜合控制將數(shù)字顯示出來。由此可見，通過at89c52單片機(jī)的控制功能，完全可以實(shí)現(xiàn)led點(diǎn)陣顯示電子鐘。2.3 主要元器件選擇主要用到的硬件有：at89c52單片機(jī)，88點(diǎn)陣屏，74hc245總線收發(fā)器，ds1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 ， 74hc154譯碼器，12mhz晶振。2.3

6、.1 88點(diǎn)陣顯示屏圖2.2為88點(diǎn)陣led外觀及引腳圖，其等效電路如圖2.3所示，只要其對(duì)應(yīng)的dc、dr軸順向偏壓，即可使led發(fā)亮。例如如果想使圖2.3左上角led點(diǎn)亮，則dc8=1，dr1=0即可。應(yīng)用時(shí)限流電阻可以放在dc軸或dr軸。88點(diǎn)陣led外觀及引腳如圖2.24。dc3 dc6 dr4 dc8 dr6 dr7 dc7 dc5dc1 dr5 dr3 dc4 dr8 dc2 dr2 dr188點(diǎn)陣焊接面引腳 圖2.2圖2.3為88點(diǎn)陣led等效電路，由此可以看出點(diǎn)陣是用64個(gè)led組成的。點(diǎn)陣led掃描法介紹：從圖2.3中可以看出，88點(diǎn)陣共需要64個(gè)發(fā)光二極管組成，且每個(gè)發(fā)光二極

7、管是放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，當(dāng)對(duì)應(yīng)的某一列置1電平，某一行置0電平，則相應(yīng)的二極管就亮。頻率必須大于128赫茲，周期小于7.8毫秒即可符合視覺暫留要求。此外一次驅(qū)動(dòng)一列或一行(8盞led)時(shí)需外加驅(qū)動(dòng)電路提高電流，否則led亮度會(huì)不足。 圖2.32.3.2 74hc245總線收發(fā)器 總線收發(fā)器（bus transceiver），典型的cmos型三態(tài)緩沖門電路。由于單片機(jī)或cpu的數(shù)據(jù)/地址/控制總線端口都有一定的負(fù)載能力，如果負(fù)載超過其負(fù)載能力，一般應(yīng)加驅(qū)動(dòng)器。 第1腳dir，為輸入輸出端口轉(zhuǎn)換用，dir=“1”高電平時(shí)信號(hào)由“a”端輸入“b”端輸出，dir=“0”低電平時(shí)信號(hào)由“b”端輸

8、入“a”端輸出。第29腳“a”信號(hào)輸入輸出端，a0=b0、a7=b7，a0與b0是一組，如果dir=“1”oe=“0”則a1輸入b1輸出，其它類同。如果dir=“0”oe=“0”則b1輸入a1輸出，其它類同。第1118腳“b”信號(hào)輸入輸出端，功能與“a”端一樣，不再描述。第19腳oe，使能端，若該腳為“1”a/b端的信號(hào)將不導(dǎo)通，只有為“0”時(shí)a/b端才被啟用，該腳也就是起到開關(guān)的作用。第10腳gnd，電源地。第20腳vcc，電源正極。2.3.3 ds1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 ds1302的引腳排列,其中vcc1為后備電源，vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。ds130

9、2由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)vcc2大于vcc1+0.2v時(shí)，vcc2給ds1302供電。當(dāng)vcc2小于vcc1時(shí)，ds1302由vcc1供電。x1和x2是振蕩源，外接32.768khz晶振。rst是復(fù)位/片選線，通過把rst輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。rst輸入有兩種功能：首先，rst接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送的方法。當(dāng)rst為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)ds1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中rst置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在vcc2.0v之前，rs

10、t必須保持低電平。只有在sclk為低電平時(shí)，才能將rst置為高電平。i/o為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說明。sclk為時(shí)鐘輸入端。 下圖為ds1302的引腳功能 ： 小時(shí)寄存器d7位為12小時(shí)/24小時(shí)制的選擇位，當(dāng)為1時(shí)選12小時(shí)制，當(dāng)為0時(shí)選24小時(shí)制。當(dāng)為1時(shí)鐘暫停，為0時(shí)鐘開啟。寫保護(hù)寄存器的wp為寫保護(hù)位，當(dāng)wp=1，寫保護(hù)，當(dāng)wp=0未寫保護(hù)，當(dāng)對(duì)日歷、時(shí)鐘寄存器或片內(nèi)ram進(jìn)行寫時(shí)wp應(yīng)清零，當(dāng)對(duì)日歷、時(shí)鐘寄存器或片內(nèi)ram進(jìn)行讀時(shí)wp一般置1. 2.3.4 74hc154譯碼器74hc154是一款高速cmos器件，74hc154引腳兼容低功耗肖特基ttl（lsttl

11、）系列。74hc154譯碼器可接受4位高有效二進(jìn)制地址輸入，并提供16個(gè)互斥的低有效輸出。74hc154的兩個(gè)輸入使能門電路可用于譯碼器選通，以消除輸出端上的通常譯碼“假信號(hào)”，也可用于譯碼器擴(kuò)展。該使能門電路包含兩個(gè)“邏輯與”輸入，必須置為低以便使能輸出端。任選一個(gè)使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，74hc154可充當(dāng)一個(gè)1-16的多路分配器。當(dāng)其余的使能輸入端置低時(shí)，地址輸出將會(huì)跟隨應(yīng)用的狀態(tài)。引腳說明1-11 13-17 ：輸出端。（outputs (active low)）12：gnd電源地 （ground (0 v)）18-19：使能輸入端、低電平有效 (enable inputs (acti

12、ve low)20-23:地址輸入端 (address inputs)24：vcc電源正 (positive supply voltage)2.3.5 at89c52單片機(jī)微處理器采用at89c52系列單片機(jī)，at89c52單片機(jī)是這幾年在我國非常流行的單片機(jī)，是一種帶8k字節(jié)閃存器的高性能單片機(jī)，可擦除存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次，具有低功耗，高性能的特點(diǎn)，并且可與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的msc-51指令集和輸出管腳相兼容，對(duì)于本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的功能，完全可勝任73 硬件電路設(shè)計(jì) 元器件表 元件名稱 型號(hào) 個(gè)數(shù) 用途 單片機(jī) at89c52 1 控制核心led點(diǎn)陣 88 16 顯示電路總線收發(fā)器 74hc24

13、5 4 信號(hào)功率放大實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 ds1302 1 記時(shí)集成塊 74hc154 4 行掃描 排阻 10k*8 1 上拉電阻 4 軟件部分設(shè)計(jì)#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define set_out(x) x = 1#define clr_out(x) x = 0sbit e0=p30;sbit e1=p31;sbit e2=p32;sbit e3=p33;sbit ds1302_rst=p35;sbit ds1302_io=p37; /定義ds1302引腳sbit ds1302_sclk=p36;sb

14、it acc0=acc0;sbit acc7=acc7;char done,count,temp,flag,up_flag,down_flag,count;idata uint m,z,l,d;idata uint c0,c1,c2,c3,c4,c5,c6,c7;uchar read_byte();uchar read_data_ds1302(uchar taddr);void write_byte(uchar tdata);void write_data_ds1302(uchar taddr,uchar tdata);void set_ds1302(uchar *p1302);void ge

15、t_ds1302() ;void init_ds1302();uchar initial_time=0x30,0x57,0x17,0x18,0x05,0x01,0x11 / 秒 分 時(shí) 日 月 周 年uchar data now_time7;/*字模0-9*/uchar code led1116= /*0 char_30 */0x00,0x00,0xe0,0x0f,0xf0,0x1f,0x18,0x30,0x08,0x20,0x18,0x30,0xf0,0x1f,0xe0,0x0f,/*1 char_31 */0x00,0x00,0x10,0x20,0x10,0x20,0xf8,0x3f,0x

16、f8,0x3f,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x00,/*2 char_32 */0x00,0x00,0x70,0x30,0x78,0x38,0x08,0x2c,0x08,0x26,0x88,0x23,0xf8,0x31,0x70,0x30,/*3 char_33 */0x00,0x00,0x30,0x18,0x38,0x38,0x88,0x20,0x88,0x20,0xc8,0x31,0x78,0x1f,0x30,0x0e,/*4 char_34 */0x00,0x00,0x00,0x07,0xc0,0x07,0xe0,0x24,0x30,0x24,0xf8,0x3f,

17、0xf8,0x3f,0x00,0x24,/*5 char_35 */0x00,0x00,0xf8,0x19,0xf8,0x39,0x88,0x21,0x88,0x20,0x88,0x31,0x08,0x1f,0x08,0x0e,/*6 char_36 */0x00,0x00,0xe0,0x0f,0xf0,0x1f,0x98,0x31,0x88,0x20,0x98,0x31,0x18,0x1f,0x00,0x0e,/*7 char_37 */0x00,0x00,0x38,0x00,0x38,0x00,0x08,0x3f,0xc8,0x3f,0xf8,0x00,0x38,0x00,0x08,0x0

18、0,/*8 char_38 */0x00,0x00,0x70,0x1c,0xf8,0x3e,0x88,0x23,0x08,0x21,0x88,0x23,0xf8,0x3e,0x70,0x1c,/*9 char_39 */0x00,0x00,0xe0,0x00,0xf0,0x31,0x18,0x33,0x08,0x22,0x18,0x33,0xf0,0x1f,0xe0,0x0f,/*: char_3a */0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xc0,0x30,0xc0,0x30,0xc0,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00;/*ds1302模塊部分*/uc

19、har read_byte()/從1302中讀出一字節(jié)數(shù)據(jù) uchar i; for(i=8;i0;i-) acc=acc1; acc7=ds1302_io;/由于ds1302讀數(shù)據(jù)的時(shí)候，第一個(gè)數(shù)據(jù)讀取在發(fā)一個(gè)byte命令后，在第八位的下降沿 ds1302_sclk=1; ds1302_sclk=0;/產(chǎn)生下降沿輸出一位數(shù)據(jù) return(acc);void write_byte(uchar tdata)/向1302中寫入一字節(jié)數(shù)據(jù) uchar i; acc=tdata; for(i=8;i0;i-) ds1302_io=acc0; ds1302_sclk=1; ds1302_sclk=0;

20、/產(chǎn)生上升沿輸入數(shù)據(jù) acc=acc1; void write_data_ds1302(uchar taddr,uchar tdata)/向1302中寫入 地址為taddr的空間 寫入數(shù)據(jù)tdata ds1302_rst=0; ds1302_sclk=0; ds1302_rst=1; write_byte(taddr); write_byte(tdata); ds1302_rst=0; ds1302_sclk=1;uchar read_data_ds1302(uchar taddr)/從1302中讀出地址為taddr的空間數(shù)據(jù) uchar tdata; ds1302_rst=0; ds1302

21、_sclk=0; ds1302_rst=1; write_byte(taddr); tdata=read_byte(); ds1302_rst=0; ds1302_sclk=1; return(tdata);void set_ds1302(uchar *p1302)/ uchar i; uchar taddr = 0x80; write_data_ds1302(0x8e,0x00); /* 控制命令,wp=0,寫操作*/ for(i =7; i0; i-) write_data_ds1302(taddr,*p1302); /* 秒 分 時(shí) 日 月 星期 年 */ p1302+; taddr+=

22、2; write_data_ds1302(0x8e,0x80); /* 控制命令,wp=1,寫保護(hù)*/void get_ds1302() uchar k; uchar taddr = 0x81; for (k=0; k0;z-)for(y=20;y0;y-); voiddisplay() c0=now_time2/16; /顯示時(shí)十c1=now_time2%16;c2=10;c3=now_time1/16; /顯示分十c4=now_time1%16; /顯示分c5=10;c6=now_time0/16; /顯示秒十c7=now_time0%16; /顯示秒 e0=0;e1=1; e2=1;e3

23、=1;for(m=0;m8;m+) p0=p2=0x00;p1=0xff;p1=m; p0=ledc02*m;p2=ledc02*m+1;delay(1);for(m=8;m16;m+) p0=p2=0x00;p1=0xff;p1=m; p0=ledc12*(m-8);p2=ledc12*(m-8)+1;delay(1); e0=1; e1=0; e2=1; e3=1; for(z=0;z8;z+) p0=p2=0x00;p1=0xff;p1=z; p0=ledc22*z;p2=ledc22*z+1;delay(1); for(z=8;z16;z+) p0=p2=0x00;p1=0xff;p1=z; p0=ledc32*(z-8);p2=ledc32*(z-8)+1;delay(1); e0=1; e1=1; e2=0; e3=1;for(l=0;l8;l+) p0=p2=0x00;p1=0xff;p1=l; p0=ledc42*l;p2=ledc42*l+1;delay(1); for(l=8;l16;l+) p0=p2=0x00;p1=0xff;p1=l; p0=ledc52*(l-8);p2=ledc52*(l-8)+1;delay(1); e0=1; e1=1; e2=1; e3=0;for(d=0;d8;d+) p0=p2=0x00;p1=0xff;