電子時鐘LED顯示設計

1、文檔供參考，可復制、編制，期待您的好評與關注！ 微機應用課程設計報告題 目:基于51單片機的電子時鐘LED顯示設計專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 姓 名： 學 號: 地 點： 時 間： 指導老師： 15 / 24摘 要 數(shù)字電子時鐘具有走時準確，一鐘多用等特點，在生活中已經(jīng)得到廣泛的應用。雖然現(xiàn)在市場上已有現(xiàn)成的電子鐘集成電路芯片，價格便宜、使用也方便，但是人們對電子產(chǎn)品的應用要求越來越高，數(shù)字鐘不但可以顯示當前的時間，而且可以顯示期、農(nóng)歷 、以及星期等，給人們的生活帶來了方便。另外數(shù)字鐘還具備秒表和鬧鐘的功能，且鬧鐘鈴聲可自選，使一款電子鐘具備了多媒體的色彩。單片機具有體積小、功能強可靠性

2、高、價格低廉等一系列優(yōu)點，不僅已成為工業(yè)測控領域普遍采用的智能化控制工具，而且已滲入到人們工作和和生活的各個角落，有力地推動了各行業(yè)的技術改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，應用前景廣闊。 本文介紹了基于51單片機的電子時鐘的設計，從硬件和軟件兩個方面給出了具體實現(xiàn)過程。該時鐘的設計采用功能分塊的思想方法，將硬件電路劃分為開關電路，顯示驅(qū)動電路和數(shù)碼管電路等若干獨立模塊，而軟件的實現(xiàn)則由鬧鐘的聲音程序、時間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等組成。文中給出了各個模塊的電路圖，并用Proteus的ISIS軟件對電子時鐘系統(tǒng)的各個功能進行了仿真，并給出了相應

3、的仿真結果圖像。關鍵字：51單片機； 電子時鐘目 錄 1 緒 論11.1 電子時鐘的簡單介紹11.2 電子時鐘的基本特點1 1.3 電子時鐘的基本原理22 硬件電路設計32.1單片機模塊32.1.1 AT89C51主要特性如下32.1.2 AT89C51主要特性如下42.2 時鐘設計模塊6 2.3輸入設計模塊7 2.4輸出設計模塊73 電子時鐘軟件設計8 3.1 初始化程序9 3.2 部分源程序代碼104系統(tǒng)測試與結果分析134.1電路安裝 134.2 電路調(diào)試13 4.3 軟件調(diào)試13 4.4 性能測試145 總結14參考文獻16附錄一171 緒 論 時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用

4、，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎。在一個單片機應用系統(tǒng)中，時鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準振蕩定時信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標準定時時鐘，即定時時間。單片機自20世紀70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關注，應用很廣、發(fā)展很快。單片機體積小、重量輕、抗干擾能力強、環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點，在我國，單片機已廣泛地應用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機電一體化設備等各個方面，而51單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。這

5、次課程設計通過對它的學習、應用，以AT89C51芯片為核心，輔以必要的電路，設計了一個簡易的電子時鐘，通過數(shù)碼管能夠準確顯示時間，調(diào)整時間，從而到達學習、設計、開發(fā)軟、硬件的能力。 本文主要介紹用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘的方法，本設計由單片機AT89C51芯片和LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構成了一個單片機電子時鐘。1.1 電子時鐘的簡單介紹1957年,Ventura發(fā)明了世界上第一個電子表，從而奠定了電子時鐘的基礎，電子時鐘開始迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)代的電子時鐘是基于單片機的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)方式進行滿六十秒分鐘進一，滿六十分

6、小時進一，滿二十四小時小時清零。從而達到計時的功能，是人民日常生活補課缺少的工具。 1.2 電子時鐘的基本特點 現(xiàn)在高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石 英表都采用了石英技術，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。1.3電子時鐘的基本原理該電子時鐘由AT89C51，BUTTON，六段數(shù)碼管等構成，采用晶振電路作為驅(qū)動電路，由延時程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒定時，達到時分秒的

7、計時，六十秒為一分鐘，六十分鐘為一小時，滿二十四小時為一天。而電路中唯一的一個控制鍵卻擁有多種不同的功能，按下又松開，可以實現(xiàn)屏蔽數(shù)碼管顯示的功能，達到省電的目的；直接按下不松開，則可以通過按鍵實現(xiàn)分鐘的累加，每按一次分鐘加一；而連續(xù)兩次按下按鍵不放松，則可實現(xiàn)小時的調(diào)節(jié)，同樣每按一次小時加一。2 硬件電路設計 此次設計主要是應用單片機來設計電子時鐘，硬件部分主要分以下電路模塊：顯示電路用8個共陰數(shù)碼管分別顯示，小時、分鐘和秒，通過動態(tài)掃描進行顯示，從而避免了譯碼器的使用，同時節(jié)約了I/0端口，使電路更加簡單。單片機采用AT89C51系列，這種單片機應用簡單，適合電子鐘設計。圖1 系統(tǒng)結構示意

8、圖2.1 單片機模塊 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。外形及引腳排列如下圖：圖2 單片機模塊電路圖2.1.1 AT89C51主要特性： AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工

9、作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。主要特性如下： ·與MCS-51 兼容·4K字節(jié)可編程FLASH存儲器·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz·三級程序存儲器鎖定·128×8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式

10、2.1.2 AT89C51單片機引腳說明 圖3 AT89C51引腳分布圖 VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的

11、緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O

12、口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示:口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（計時器0外部輸入）P3.5 T1（計時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件

13、時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取

14、指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.2 時鐘設計模塊單片機利用外部12MHZ晶振構成振蕩電路作為時鐘源，時鐘電路的原理如下圖。 圖4 時鐘電路圖 2.3 輸入設計模塊

15、 輸入信號主要是各種模式選擇和調(diào)整信號，由按鍵開關提供。以下為輸入部分樣例： 圖5 輸入模塊電路圖 在本實驗中主要用用P3口輸入按鍵信號，還用到了特殊的P0口。對于P0口，由于其存在高阻狀態(tài)，為了實現(xiàn)開關功能，給其添加上拉電阻，具體如下圖所示： 圖6 開關功能示意圖2.4輸出模塊設計 本實驗的數(shù)碼本電路的輸出信號為7段數(shù)碼管的位選和段選信號，鬧鈴脈沖信號，提示燈管是共陰的，為了防止段選信號不能驅(qū)動數(shù)碼管，故在P1口連接上拉電阻后，再送段選信號，以提高驅(qū)動，位選信號直接從P2口接入，如下圖： 圖7 輸出模塊電路圖 3電子時鐘系統(tǒng)軟件設計 基本的程序流程應該是：在主程序中檢測各個時間按鈕是否有動作

16、若有，就儲存并修改相關的的時間寄存器的值，若沒有，就繼續(xù)檢測。在計時子程序中將各時間寄存器的值逐個加1，每加一次就要檢查是否已超過顯示的上限值，這樣在后面就便于處理，在掃描顯示子程序中，將掃描位數(shù)指針與20H相加，從而得到相應的顯示數(shù)據(jù)；然后按照顯示的位數(shù)加顯示數(shù)就的格式，將數(shù)據(jù)從P1口輸出到數(shù)碼管上去顯示，當然還有定時中斷子程序，在這里，它實現(xiàn)計時1S的時間延時。 3.1 初始化程序 圖8 初始化流程圖 3.2 部分源程序代碼：ORG 00H；主程序起始地址JMP START；主程序STARTORG 0BH；定時器T0中斷起始地址JMP TIM0；定時器T0中斷子程序TIM0START: M

17、OV SP；#70H；設置堆棧指針MOV 28H,#00；設置顯示位數(shù)掃描指針初值為0MOV 2AH,#12H；設置時鐘顯示寄存器初值為12HMOV 2BH,#00；設置分鐘顯示寄存器初值為00HMOV 2CH,#00；設置秒鐘顯示寄存器初值為00HMOV TMOD,#01H；設置定時器T0工作在方式1MOV TH0,#0F0H；定時4ms的初值，即0F060HMOV TL0,#60H；初值的低位MOV IE,#82H；定時器T0中斷允許MOV R4,#250；保證后面實現(xiàn)中斷250次，即1s的延時SETB TR0；啟動定時器T0LOOP: JB P0.0,N2；若秒沒有按鍵，就轉(zhuǎn)去下一步檢查

18、分CALL DELAY；延時5ms消除抖動MOV A,2CH；將秒寄存器的值載入累加器A ADD A,#01H；A的內(nèi)容加1DA A；十進制調(diào)整MOV 2CH,A；A 的值存入秒寄存器CJNE A,#60H,N1；看是否已經(jīng)是60秒，若不是就繼續(xù)檢查MOV 2CH,#00；已經(jīng)是60秒，就清空秒寄存器的值N1: JNB P0.0,$；秒按鍵還沒有放開就循環(huán)等待CALL DELAY；延時5ms，消除抖動N2: JB P0.1,N4；若分沒有按鍵，就轉(zhuǎn)去下一步檢查時鐘CALL DELAY；延時5ms，消除抖動MOV A,2BH；將分寄存器的值載入累加器AADD A,#01H；A的內(nèi)容加1DA A；

19、十進制調(diào)整MOV 2BH,A；A的值存入分寄存器CJNE A,#60H,N3；看是否已經(jīng)是60分MOV 2BH,#00；已經(jīng)是60分，就清空秒寄存器的值N3: JNB P0.1,$；分按鍵還沒有放開就循環(huán)等待CALL DELAY；延時5ms，消除抖動N4: JB P0.2,LOOP；若時沒有按鍵，就轉(zhuǎn)回去繼續(xù)檢查看是否秒有按鍵CALL DELAY；延時5ms，消除抖動MOV A,2AH；將時寄存器的值載入累加器AADD A,#01H；A的內(nèi)容加1DA A；十進制調(diào)整MOV 2AH,A；A的值存入時寄存器CJNE A,#24H,N5；看是否已經(jīng)是24時，若不是就繼續(xù)檢查MOV 2AH,#00；已

20、經(jīng)是24時，就清空寄存器的值N5: JNB P0.2,$；時鐘按鍵還沒有放開就循環(huán)等待CALL DELAY；延時5ms，消除抖動JMP LOOP；返回重新檢查看是否有按鍵;*定時器T0中斷子程序*TIM0: MOV TH0,#0F0H；定時初值重設MOV TL0,#60HPUSH ACC；將累加器A的值暫存于堆棧PUSH PSW；將PSW的值暫存于堆棧DJNZ R4,X2；計時中斷不滿1s就退出繼續(xù)中斷MOV R4,#250；計時1sCALL CLOCK；調(diào)用計時子程序CLOCKCALL DISP；調(diào)用顯示子程序DISPX2: CALL SCAN；調(diào)用掃描子程序SCADPOP PSW；到堆棧取

21、回PSW的值POP ACC；到堆棧取回累加器ACC的值4 系統(tǒng)測試與結果分析 4.1電路安裝安照電路原理圖把元器件安裝到已打好的銅板對應的位置，把個元器件固定在銅板后，用導線把對應的元器件的引腳相連接，再用焊錫焊接好即可。注意事項： （1）元器件的布局應盡量集中，且各個元器件間引腳的連線應盡量短、不彎 曲，跳線盡量少。 （2）各個元器件引腳的焊接不要虛焊。4.2電路調(diào)試把相應編譯好的目標程序代碼加載到單片機芯片AT89C51，可接上5V電壓源即開始進行硬件電路的調(diào)試工作。如果顯示結果不符合設計要求，即檢查電路各連接點是否正確連接，再次進行硬件電路的調(diào)試工作，或是檢查代碼程序是否符合硬件電路的設

22、計，若有錯即進行相應的修改，編譯后，再進行硬件電路的調(diào)試工作。如此反復操作，直到調(diào)試出正確結果。4.3 軟件調(diào)試（1） 在計算機上運行程序調(diào)試軟件Keil C，進行程序調(diào)試。（2）利用Proteus 軟件進行仿真模擬。（3）加載程序代碼到單片機芯片AT89C51中，進行模擬仿真。若出現(xiàn)錯誤，查看錯誤后進行相應修改再進行調(diào)試與模擬仿真，直到調(diào)試出正確結果。4.4 性能測試系統(tǒng)上電后進行功能的測試，通過測試觀察到，系統(tǒng)上電后數(shù)碼管上顯示時間：11-11-11。通過測試，本作品設計實現(xiàn)了數(shù)字電子鐘的基本功能，且系統(tǒng)工作穩(wěn)定。經(jīng)過全組組員一起調(diào)試及驗證，計時誤差為1.0秒。 5 總結本次課程設計的題目

23、是LED數(shù)字顯示電子時鐘。經(jīng)過一個星期的努力，終于調(diào)試成功，并經(jīng)過測試數(shù)據(jù)顯示, 系統(tǒng)的可靠性已經(jīng)基本能夠達到實際電子鐘的設計要求，同時本單片機數(shù)字電子鐘系統(tǒng)具有擴展性。本設計從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，采用51單片機的AT89C51芯片作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲器單元，結合外圍的鍵盤輸入、顯示、電源輸入等電路并用匯編語言編寫主控芯片的控制程序，研制了一款可以調(diào)時并帶有秒表功能的電子時鐘。使用單片機制作的電子時鐘具有軟硬件設計簡單，易于開發(fā)，成本較低，安全可靠，操作方便等特點，可應用于體育賽事和車站、辦公室及家庭等場所，有一定的實用性。此電子時鐘嚴格按照要求設計，基本達到了預期效果，能夠正確的顯示時分秒的計時，算上是一次比較成功的設計了。實驗中遇到了不少問題，但我們一起改進和綜合了如下。 1.按鍵問題。此設計中，很多功能選擇是通過按鍵開關實現(xiàn)的。在仿真中發(fā)現(xiàn)，調(diào)整數(shù)值時，有時按鍵反應太快，按一次，跳了幾下，使設置時間很不方便。于是用軟件延時將按鍵進行兩級防抖，從而大大提高了按鈕的可操作性。 2.添加功