CD4511與數(shù)碼管結(jié)合顯示電路

現(xiàn)代電子技術(shù)

綜合實訓實訓報告專業(yè)：年級/班級姓名：實訓時間：實訓地點：指導教師：、前言：近些年，人們對數(shù)字鐘的要求越來越高，傳統(tǒng)的時鐘已不能滿足人們的需求。多功能數(shù)字鐘不管在性能還是在樣式上都發(fā)生了質(zhì)的變化，如電子鬧鐘、數(shù)字鬧鐘等。單片機在多功能數(shù)字鐘中的應用已是非常普遍，人們對數(shù)字鐘的功能及工作順序都非常熟悉，但是卻很少知道它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理。由單片機作為數(shù)字鐘的核心控制器，可以通過它的時鐘信號進行計時，實現(xiàn)數(shù)字鐘的各種功能，將其時間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機輸出，利用顯示器顯示出來。通過鍵盤可以進行定時、校時。輸出設(shè)備顯示器可以為液晶顯示器或數(shù)碼管。本次設(shè)計以AT89S52芯片為核心，輔以必要的外圍電路，設(shè)計了一個簡易的電子時鐘，它由5V直流電源供電。在硬件方面，除了CPU外，使用CD4511驅(qū)動六個7段LED數(shù)碼管來進行顯示，LED采用的是動態(tài)掃描顯示，使用三極管9015進行驅(qū)動。通過LED能夠比較準確地顯示時間。四個簡單的按鍵實現(xiàn)對時間的調(diào)整。軟件方面采用C語言編程。整個電子時鐘系統(tǒng)計時比較準確并且方便實用。二、需求分析單片機自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(guān)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，單片機已廣泛的應用在工業(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(shè)備等各個方面，而51單片機是各單片機中最為典型的和最有代表性的一種。這次設(shè)計通過對它的學習、應用，以AT89S52芯片為核心，加以輔助電路，設(shè)計了一個簡易的電子時鐘，它由直流電源供電，通過數(shù)碼管能夠準確顯示時間。2.1設(shè)計要求：以AT89S52單片機為核心設(shè)計一個時鐘控制器。時鐘控制器由+5V直流電源供電。通過六只7段數(shù)碼管準確地顯示時間。通過CD4511驅(qū)動數(shù)碼管顯示。5.通過按鍵能夠方便的調(diào)節(jié)時間。2.2方案比較2.2.1定時方案一：硬件方法，定時采用專用的時鐘芯片如DS12887，定時較準，但增加了設(shè)計成本。方案二：軟件方法，利用單片機自身的定時計數(shù)功能，設(shè)計簡單，容易實現(xiàn)并且比較穩(wěn)定。本設(shè)計采用方案二。2.2.2顯示方案一：采用7段LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管使用LED模組作為背光源，具有耗電低、配置靈活、線路簡單、安裝方便、耐轉(zhuǎn)動、價格低廉且壽命長等優(yōu)點。方案二：采用LCD數(shù)碼管。LCD數(shù)碼管使用“CCFL（冷陰極熒光管）”作為背光源，CCFL燈管的發(fā)熱量大，耗電高，老化較快，LCD發(fā)光不穩(wěn)定均勻、功耗大，含有害化學物質(zhì)等但價格相對便宜。LED在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢。LED與LCD的功耗比大約為1:10，而且更高的刷新速率使得LED在視頻方面有更好的性能表現(xiàn)，可提供寬達160°的視角，故采用方案一。2.2.3數(shù)碼管驅(qū)動方案一：選用CD4511譯碼驅(qū)動芯片。CD4511能夠提供較大的上拉電流，可直接驅(qū)動數(shù)碼管。方案二：利用單片機本身的上拉電阻，雖然外圍電路簡單，但灌電流和數(shù)碼管驅(qū)動電流不可兼得，即流過數(shù)碼管電流滿足要求，則灌電流會超出單片機的承受極限；灌電流在單片機允許范圍內(nèi)，則流過數(shù)碼管電流過小。故該方案驅(qū)動能力較弱。為使數(shù)碼管足夠亮，選方案一。

三、器件工作原理AT89S52主要的性能參數(shù)8K字節(jié)可擦寫1000次的在線可編程ISP閃存4.0V到5.5V的工作電源范圍全靜態(tài)工作：0Hz?24MHz3級程序存儲器加密256字節(jié)內(nèi)部RAM32條可編程I/O線3個16位定時器/計數(shù)器8個中斷源UART串行通道?低功耗空閑方式和掉電方式?通過中斷終止掉電方式?看門狗定時器?雙數(shù)據(jù)指針?靈活的在線編程（字節(jié)和頁模式）AT89S52引腳說明gpi*r(Tsgpi*r(TsEX)Pi、匸Pl.2匚:PiscPiJhcPi5匚Pie匚Pl.7CRSI匚^RxDiP3O匚(TXD^ 匚(IMTc^P3.2匚(IMTl)P3.3匚<To)P3^匚<Ti)Ps.sC小齊茍P3.ec(RDiP3.7匚JCTAL2匚XTAL1匸GND匚vccPoo(ATto)npoiPo2(AD■刃FOPo.j(AOj)F<J,&PgPo.7E^vppALEPRgPSEN：P27(貞WP2,*>(AlJ)P2.-5□戶24(Ali)P2.3(Any□尸2.仝(A1OJP2.1l：A9)F2O(A6j51系列單片機89s52采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)。上圖是它的引腳配置：40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用。3.3引腳的功能：電源引腳:Vcc40腳正電源腳，工作電壓為5VOGND20腳接地端。外接晶體引腳:XTAL218腳,XTAL119腳。復位:RST9腳。輸入輸出(I/O)引腳：39腳-32腳為P0.0-P0.7輸入輸出腳，稱為P0口，是一個8位漏極開路型雙向I/O口。內(nèi)部不帶上拉電阻，當外接上拉電阻時，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負載電路。通常在使用時外接上拉電阻，用來驅(qū)動多個數(shù)碼管。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，不需要外接上拉電阻。1腳-8腳為P1.0-P1.7輸入輸出腳，稱為P1口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口。P1口能驅(qū)動4個LSTTL負載。通常在使用時外不需要外接上拉電阻，就可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。21腳-28腳為P2.0-P2.7輸入輸出腳，稱為P2口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動4個LSTTL負載。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。10腳-17腳為P3.0-P3.7輸入輸出腳，稱為P3口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口能驅(qū)動4個LSTTL負載，這8個引腳還用于專門的第二功能。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時,接控制信息。P1-3端口在做輸入使用時，因內(nèi)部有上接電阻，被外部拉低的引腳會輸出一定的電流。除此之外P3端口還用于一些專門功能，具體請看下表。P3引腳兼用功能P3.0串行通訊輸入(RXD)P3.1串行通訊輸出(TXD)P3.2外部中斷0(INT0)P3.3外部中斷1(INT1)P3.4定時器0輸入(T0)P3.5定時器1輸入(T1)P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通WRP3.7外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通RD其它的控制或復用引腳:ALE/PROG:30腳訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號（此頻率是振蕩器頻率的1/6）。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，出現(xiàn)一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程時,這個引腳用于輸入編程脈沖PROGPSEN:29腳該引是外部程序存儲器的選通信號輸出端。當AT89C51由外部程序存儲器取指令或常數(shù)時，每個機器周期輸出2個脈沖即兩次有效。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不會有脈沖輸出。EA/Vpp:31腳外部訪問允許端。當該引腳訪問外部程序存儲器時，應輸入低電平。要使AT89S51只訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），這時該引腳必須保持低電平。對Flash存儲器編程時，用于施加Vpp編程電壓。四、硬件設(shè)計時鐘控制電路由四部分:復位電路、顯示電路、晶振電路和控制電路組成如下圖所示。4.1總電路圖：正5V電源直接接到AT89S52的40腳（VCC）,20腳（GND）接地。電路圖如下所示。4B 0□Li- C3H-4B 0□Li- C3H-1 rw<i4.2復位電路K5C■■1||IRQ4-C315130331.if1IriO—該電路采用上電自動復位與手動復位結(jié)合接到89S52的9腳(RST)。由一個30uF的電容、一個按鍵、一個10K的電阻和一個220歐電阻構(gòu)成。手動按K5,無論電路處于何種狀態(tài)，電路都會恢復到初始狀態(tài)的顯示。4.3顯示電路顯示電路部分通過CD4511驅(qū)動七段數(shù)碼管。CD4511譯碼驅(qū)動芯片能夠提供較高的上拉電流，可以直接驅(qū)動七段數(shù)碼管。三極管可以較為方便的控制七段數(shù)碼管。電路圖如下圖所示。?=LZDJ—■D-■LED?=LZDJ—■D-■LED；-2LZE5_4.3.1CD4511（引腳圖如下所示）VccfSac1.ii丨)6U14JjH)09) CE^SIL1Z3 <1 5G7 8111n1IIaiasrrnlb朋人“冊BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0時，譯碼輸出全為1,不管輸入DCBA狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。D、C、B、A為8421BCD碼輸入端。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。8421BCD碼對應的顯示見下圖:

4.3.2數(shù)碼管1)?數(shù)碼管引腳圖1I|1￡g □om豈bedC.dm.2?2)?數(shù)碼管使用方法LED數(shù)碼管分共陽型和共陰型兩種，這里我們選擇七段共陰型數(shù)碼管。數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f引腳分別接到CD4511譯碼驅(qū)動芯片對應的引腳。公共端com分別與連接在P2口的NPN的集電極相連接。NPN的發(fā)射極并聯(lián)接地。CD4511對應的引腳ABCD分別連在AT89S52的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3引腳。當數(shù)碼管選通時，通過控制P0口來實現(xiàn)七段數(shù)碼管動態(tài)顯示數(shù)據(jù)。4.3.3三極管1)?三極管引腳圖

2）?三極管使用方法單片機灌電流不易過大。對于數(shù)碼管每個位選的灌電流約為10mA左右，六個位選為60mA，達到了單片機端口極限?？刹捎萌龢O管，作為開關(guān)管，基極接單片機P2口，集電極接數(shù)碼管，發(fā)射極并聯(lián)接地，三極管高電平時導通。導通后集電極電壓為0.3v。滿足數(shù)碼管共陰極接地的要求。4.4晶振電路18腳（XTAL1）和19腳（XTAL2）外接12MHZ的晶振和兩個3OPF的電容，震蕩頻率就是晶體的固有頻率。31、 f ■18?XTAL2XTAL1AIS9S5JOpFY120Gold2!212MHZ1■9sF4.5控制電路本電子鐘設(shè)計有四個輕觸式按鍵，分別命名為：K1（設(shè)置按鈕），K2（分鐘加1），K3（小時加1），K4（確定按鈕）。2..6?3.L2..6?3.L五、軟件設(shè)計1.軟件設(shè)計總框圖1）總框圖（如圖5.1）2）程序代碼詳見附錄1。5.1主程序流程圖2.數(shù)碼管控制：1）流程圖（如圖5.2）。2）程序代碼詳見附錄1。5.2數(shù)碼管控制流程圖3?定時器中斷的使用：1） 流程圖（如圖5.3）。2） 程序代碼詳見附錄1。定時器入I初始化T〕丁2開中斷允訐中斷溢出』I7開定時器"I等待中斷"I廠轉(zhuǎn)向中斷服箝程序」5.3定時器中斷流程圖六、實習心得（設(shè)計實物照片）經(jīng)過幾周的努力，感觸頗深。從開始的搜索整理資料到程序在電路板上邊良好的運行，期間并非是一帆風順的。但我們克服了重重障礙。終于完成了時鐘控制器的制作，看著數(shù)碼管上的時間一分一秒的跳動，那一刻激動地心情無法用語言來表達，只是感覺身上的每一個細胞都充滿了活力。對于電子信息工程專業(yè)即將畢業(yè)的我們，本次實訓是我們走入職場之前比較有意義的一次實訓。實訓開始時候漫無目的，不知道從何著手，但是隨著資料的整理，之間不斷地學習，漸漸地完成了電路板的焊接。本來以為將寫好的程序燒到芯片里邊，時鐘就可以正常的運行了，但是當我在寫程序的時候，才發(fā)現(xiàn)這部分對于電路的調(diào)試卻是整個設(shè)計環(huán)節(jié)的重中之重。這里邊不但涉及到硬件的調(diào)試，還有軟件的調(diào)試。下面有我的調(diào)試記錄：硬件電路按鍵部分不起作用由于按鍵一端接地，另一端接AT89S52。按鍵電路接上拉電阻，接+5V。但是用萬用表檢查后發(fā)現(xiàn)按鍵的引腳接錯了。當更改了按鍵的引腳連接后，問題解決。第四個數(shù)碼管始終選通因為六只數(shù)碼管中只有一只時鐘選通，所以懷疑是位選環(huán)節(jié)的錯誤，經(jīng)過檢驗，是三極管的問題。更換了一個三極管，問題得到解決。放在定時器T1中的按鍵程序沒有運行。放在定時器T1中的中斷程序沒有運行，通過檢查，發(fā)現(xiàn)沒有對定時器T1重新賦初值。對定時器T1賦初值2ms之后，按鍵程序得以運行。隨著這次實訓的結(jié)束，我們真正理解了理論聯(lián)系實踐的重要性。如果空有理論而沒有實踐，就像一件物品，知道了它的功能，但是不知道如何運用，這樣便失去了它實用的價值。如果空有實踐沒有理論的支持，就像一輛汽車一直在行駛，卻沒有前進的方向，繼續(xù)這樣前進，那么前方將會是萬丈深淵。21世紀，是一個飛速發(fā)展的年代，需要的是復合型人才。這就要求我們既要掌握豐富的理論基礎(chǔ)，還要懂得如何將它們靈活的運用。實訓雖然結(jié)束了，但是要想在本專業(yè)有更高更遠的發(fā)展，那么對于我們的考驗才剛剛開始。我們會不斷擴展自己的知識面，努力的進取，踏踏實實的走好今后的每一步。參考文獻：劉建清.51單片機C語言非常入門與視頻演練.北京:電子工業(yè)出版社,2010(5).李朝青.單片機原理及接口技術(shù).北京:北京航空航天大學出版社,2010(5).張瑾，張偉，張立寶.Protel99SE入門與提高?北京：人民郵電出版社,2008(2).孫江宏，李良玉.Protel99電路設(shè)計與應用?北京:機械工業(yè)出版社,2001(2).附件：附件1：程序代碼///Filename：基于單片機控制的時鐘電路/maindepartment：數(shù)碼管顯示模塊，按鍵模塊，定時器中斷模塊/Descriptions:定時器T0每10ms刷新一次用于產(chǎn)生系統(tǒng)的時基信號外部中斷0,外部中斷1和定時器1用于控制按鍵K1,K2,K3,K4。K1鍵按下，時鐘走停。當時鐘走停時，按K2鍵一次分加1,按K3鍵一次秒加1,按K4鍵時鐘恢復走時復位按鍵對時鐘進行初始化/CreatedBy

/Createddate:2011-10-30*1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1*//#include"reg52.h"#include"intrins.h"#defineucharunsignedcharucharhour=0,minute=0,second=0;ucharsecond_h=0,second_l=0;ucharminute_h=0,minute_l=0;ucharhour_h=0,hour_l=0;ucharcodeled7[]={0x00,0x08,0x01#defineucharunsignedcharucharhour=0,minute=0,second=0;ucharsecond_h=0,second_l=0;ucharminute_h=0,minute_l=0;ucharhour_h=0,hour_l=0;ucharcodeled7[]={0x00,0x08,0x01//uchar為無符號字符型數(shù)據(jù)//時鐘初始化//秒的十位、個位//分的十位、個位//時的十位、個位0x09,0x02,0x0a,0x03,0x0b,0x04,0x0c};////1~9的字形碼ucharth=0;ucharkey=0;sbitK1=P3"2;sbitK2=P3"3;sbitK3=P3"4;sbitK4二P3"5;bitflag = 0;bitK_flag= 1;voiddelay();//對定時器0計數(shù)//定義K1按鍵//定義K2按鍵//定義K3按鍵//定義K4按鍵//當時間為1秒時flag置1//按鍵標志位//聲明延時函數(shù)/*X**X**X**X**X**X**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1*/>>外部中斷0〉〉如果K1鍵按下時鐘走停*i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i*//voidint_w0()interrupt0{EX0=0;if(K_flag==1){TR0=0;K_flag=0;}else{TR0=1;K_flag=1;}EX0=1;}/*X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i*/〉〉外部中斷1〉〉當時鐘走停時有K2鍵按下分鐘加1*i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i*//voidint_w1()interrupt2 //外部中斷1{EX1=0;if(K_flag==0&&K2==0){delay();delay();if(K_flag==0&&K2==0){while(!K2);minute++;

if(minute==60){minute=0;}}}EX1=1;}/*X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X*/〉〉定時器1定時2ms〉〉當時鐘走停時有K3鍵按下小時加1〉〉當時鐘走停時有K4鍵按下時鐘恢復走時*X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**X**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i*////定時器初始化//定時器初始化//定時器0賦初值10ms//定時器1賦初值2msvoidint1()interrupt3{TR1=0;TH1=0xf8;TL1=0x30;if(K_flag==0&&K3==0){delay();delay();if(K_flag==0&&K3==0){while(!K3);if(hour<23)hour++;elsehour=0;}}elseif(K_flag==0&&K4==0){delay();if(K_flag==0&&K4==0){K_flag=0;TR0=1;}}TR1=1;}/********主函數(shù)********/voidmain(){TOC\o"1-5"\h\zTMOD = 0x11;TH0 = 0xd8;TL0 = 0xf0;TH1 = 0xf8;TL1 = 0x30;//關(guān)閉定時器1//對定時器1重新賦值定時2ms//當時鐘走停時若K3按下//去除按鍵抖動//確定K3已經(jīng)按下//等待K3鍵釋放//當時鐘走停時若K4鍵按下//去除按鍵抖動//確定K4已經(jīng)按下//時鐘恢復走時//時鐘恢復走時EA=1;//打開總中斷ETO=1;//定時器0開中斷TRO=1;//啟動定時器0EXO=1;//允許外部中斷0開中斷ITO=1;//脈沖觸發(fā)方式EX1=1;//允許外部中斷1開中斷IT1=1;//脈沖觸發(fā)方式ET1=1;//定時器1開中斷TR1=1;//啟動定時器1/*X**X**X**X*/>>以下是顯示部分*i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i**i*//while(1){while(flag==1)//當時間為1秒時{if(second<59)second=second+1;elseif(minute<59){second=0;minute=minute+1;}elseif(hour<23){second=0;minute=0;hour=hour+1;}else//判斷時間是否為1秒//如果到了1秒則秒加1//判斷時間是否為1分//如果到了1分則秒歸0//分鐘加1//判斷時間是否為1小時//如果到了則秒歸0//分歸0//小時加1{second=0;minute=0;hour=0;}flag=0;}//小時到24后重新計時P2=0x00;hour_h=hour/10;hour_l=hour%10;P0=led7[hour_h];P2=0x01;delay();//把數(shù)據(jù)送PO口顯示//送P2控制被選取的數(shù)碼管點亮P2=OxOO;P0=led7[hour_l];P2=0x02;delay();P2=0x00;minute_h =minute/10;minute_l =minute%10;P0=led7[minute_h];P2=0x04;delay();P2=0x00;P0=led7[minute_l];P2=0x08;delay();P2=0x00;second_h =second/10;second_l =second%10;P0=led7[second_h];P2=0x10;delay();P2=0x00;P0=led7[second_l];P2=0x20;delay();P2=0x00;}}/*x**x**x**x**x**x**x**x**x**x**x**x**