基于51單片機的時分秒顯示器設計與制作

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

目錄

1產(chǎn)品功能分析............................................................................................................1

2設計方案選擇............................................................................................................1

2.1設計方案說明....................................................................................................1

2.2設計方案介紹....................................................................................................1

2.3方案系統(tǒng)框圖....................................................................................................2

3產(chǎn)品硬件設計............................................................................................................2

3.1STC89C51單片機...............................................................................................3

3.2數(shù)碼管驅(qū)動模塊..................................................................................................6

3.374SC573芯片介紹..............................................................................................7

3.4按鍵調(diào)試時間模塊..............................................................................................7

3.5指示燈模塊..........................................................................................................8

4系統(tǒng)軟件設計............................................................................................................9

4.1編程軟件KeilC5...............................................................................................9

4.2仿真軟件proteus...............................................................................................9

4.3程序流程圖........................................................................................................10

4.4調(diào)試運行............................................................................................................11

附錄1元器件清單.........................................................................................................12

附錄2電路原理圖........................................................................................................13

附錄3PCB設計圖......................................................................................................14

附錄4產(chǎn)品實物圖........................................................................................................15

附錄5主程序代碼........................................................................................................15

參考資料.........................................................................................................................18

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基于51單片機的時分秒的顯示的設計與制作

1產(chǎn)品功能分析

單片機出世以來，其經(jīng)濟，操作簡單易懂，受到很多群眾的喜愛，本人通

過大學期間的學習，利用專業(yè)知識設計做了本產(chǎn)品，使用單片機以及線路的設

計焊接制作，配合電子電路，程序，使得該產(chǎn)品通電后可以通過LED數(shù)碼管來

顯示“時”，“分”，“秒”的精準顯示，其精度比傳統(tǒng)的指針機械時鐘精度

更高，操作更方便，還可以通過產(chǎn)品的按鈕調(diào)節(jié)其數(shù)值。

（1）鍵盤用于調(diào)試數(shù)碼管的時分秒。

（2）單片機輸送的信息通過顯示電路變異顯示在數(shù)碼管上

（3）設置12制與24小時制的按鍵，并設置有相應的時間制指示燈。

2設計方案選擇

進行方案的選擇要綜合考慮各軟硬件的兼容性，后期調(diào)試運行的完美運行。

控制器模塊的選擇。

方案1：采用51系列單片機有優(yōu)異的性價比。集成度高、體積小、有很高

的可靠性。控制功能強。擴展性能好，非常容易構(gòu)成各種應用系統(tǒng)。

2.1計時模塊的選擇

方案1：完全使用軟件變異實現(xiàn)時分秒的顯示，因為在單片機內(nèi)部由三個字

節(jié)分別存放時分秒的信息，使用計時器與軟件編程結(jié)合，時期能夠?qū)崿F(xiàn)時分秒

的顯示與調(diào)試工作，利用定時器與軟件相結(jié)合實現(xiàn)1秒的定時中斷，當秒數(shù)達

到60時，分鐘位增加1，當分鐘位為60時，小時位增加1。當時達到24時，

時清零。本方案無電池，當產(chǎn)品不通電時，程序?qū)⑼Ｖ埂?/p>

2.2顯示模塊的選擇

方案1：采用LED數(shù)碼管

LED數(shù)碼管雖然顯示內(nèi)容不如液晶多，畫面不如液晶，但是是本次設計并不

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復雜，led完全能夠勝任此設計，且LED價格相較于液晶，便宜許多。

2.3最終方案

使用stc89c51單片機作為主控制器。

（1）使用單片機內(nèi)部定時器計時。

（2）使用LED數(shù)碼管為顯示器

3產(chǎn)品硬件設計

本設計使用STC89C51單片機，加74Hc573驅(qū)動數(shù)碼管,系統(tǒng)框圖如圖3-1所

示。

圖3-1系統(tǒng)框圖

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3.1STC89C51單片機

STC89C51的優(yōu)點是能耗比較低，以較低的能耗依然能實現(xiàn)比較高的性能表

現(xiàn)，STC89C51是CMOS8位微控制器，可以再系統(tǒng)編程Flash儲存器。在一個單

芯上，不僅擁有系統(tǒng)可編譯Flash，還有靈活的8位CPU，嵌入式應用系統(tǒng)因為

此單片機而變得更加高效。STC89C51的功能參數(shù)有：512字節(jié)的RAM，4k字節(jié)

的Flash，看門狗定時器，還配置有內(nèi)置4kbEEPROM,MAX810電路復位等一些實

用配置?？梢栽谏舷逓?5Mhz的頻率工作。

U1單片機模塊

140

P10/TVcc

239

P11/TP00

338

P12P01

437

P13P02

536

P14P03

635

P15P04

734

P16P05

833

P17P06

932

RESETP07

1031

RXDEA/VP

1130

TXDALE/P

1229

INT0PSEN

1328

INT1P27

1427

T0P26

1526

T1P25

1625

WRP24

1724

RDP23

1823

X2P22

1922

X1P21

2021

GNDP20

圖3-2STC89C51單片機引腳圖

單片機是一種新型51內(nèi)核單片機，由美國的STC公司出品的，內(nèi)部

含有SRAM,SPI,Flash程序存儲器等。

STC89C51的基本數(shù)據(jù)，基本功能：

該單片機的機器周期有兩種，一種是一般型12時，第二種是加強型

6時，內(nèi)部安裝有51內(nèi)核；

STC89C51RC擁有對應的4KB空間的flash；

(RAM)內(nèi)部儲存器大?。?12B；

有3個16位的計數(shù)器/定時器；

1個（UART）通用異步通信口；

配置有8個中斷源；

正常工作電壓為3.8·5.5V；

擁有32\36個通用I\O口；

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關于STC89C51的引腳注釋：

GND:接入地面；

VCC提供電壓；

P0口：P0口是漏級開路雙向I/P口，每一根腳可以吸入8TTL門電

流。如果P1口腳的寫入值為1的時候，則會被視為高阻寫入。P0可以當

做外部數(shù)據(jù)的存儲器，地址/數(shù)據(jù)的第八位也可以定義P0，在編程FLASH

的時候，P0口用于原碼寫入口，當FLASH效驗時，P0會輸出原碼，這個

時候P0的外部會被相應的拉高起來。

P1口：此接口是一個8位雙向I/O口的上拉點阻，P2口的緩沖器可

以接受并輸出4個TTL門電流，如P2口寫入1時，管腳就會被拉高，用

作輸入。

P1口被外部下拉成低電平的時候，這時會有電流輸出，這是因為內(nèi)部

上拉電阻的原因。FLASH在編程和效驗的時候，P1口會用作第八位接收地

址。

P2口：P2口8位雙向I/O口的一個內(nèi)部上拉電阻，P2口的緩沖器可

以接受并輸出4個TTL門電流，當P2口被輸入數(shù)值1的時候，它的管腳

會被內(nèi)部上拉電阻拉高，并且用作寫入。因為用詞作為寫入的時候，P2口

的管腳會被外部拉低，并有相應的輸出電流。因為這是內(nèi)部上拉導致的。

P2口用于16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取或者外部程序存儲器存取的

時候，P2口輸出的地址的高把位。在輸出地址為1的時候，就可以利用內(nèi)

部的上拉優(yōu)勢，當讀取外部八位地址數(shù)據(jù)儲存器讀取的時候，P2口就會輸

出特別寄存器的內(nèi)容。P2口在效驗和FLASH編程接收的高八位資質(zhì)信號與

控制信號。

P3口：P3口是內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，一共有8個，可以用來

接收并輸出4個TTL門電流。若此接口輸入數(shù)值1的時候，內(nèi)部會把他上

拉為高電平，并且用來輸入。由于外部下拉成低電平，會導致P3口輸出

電流，因為上拉的原因。

RXDP3.0（串行輸入口）

TXDP3.1（串行輸出口）

INT0/P3.2（外部中斷0）

INT1/P3.3（外部中斷1）

T0P3.4(記時器0外部寫入）

T1P3.5（記時器1外部寫入）

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WR/P3.6（外部內(nèi)容儲存器寫選通）

RD/P3.7（外部內(nèi)容儲存器讀選通）

P3口為編程效驗和閃爍編程同事接收控制信號。

I/O口工作的方法有兩種，就是讀引腳跟讀端口。端口讀取的時候其

實不是從外部讀取數(shù)據(jù)，而是端口的鎖存器的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)部總線，經(jīng)過處

理運算后重新寫到端口鎖存器。要把外部數(shù)據(jù)寫入到內(nèi)部總線，就只有讀

取端口置才可以。圖中的三角形示意就是輸入緩沖器CPU將根據(jù)指令的不

同分別發(fā)出讀取引腳或者讀取端口來完成操作。該操作是硬件自主完成

的。I/O口被叫做準雙向口。P0/P1/P2口都是89C51用作輸入的時候都是

準雙向口。

RST：就是復位寫入，當振蕩器復位期間的時候，就要保持RST的高

電平

的運行時間。

PROG/ALE:外部存儲器被訪問時，輸出電平可以用來鎖存地址的地位

字節(jié)。

FLASH編譯期間，這個引腳還可以寫入編程的脈沖。一般情況下，ALE

端以固定的頻率去輸出正的脈沖信號，這個頻率大致是振蕩器的六分之

一。所以它可以用來定時或者對外部輸出的脈沖。有些要注意的地方，如

果用作外部數(shù)據(jù)存儲的時候，就會跳過一個脈沖。當SFR8EH地址為0的

時候，ALE就會被禁止輸出。在這個期間，ALE只有在執(zhí)行MOVX的時候

MOVX的指令為ALE才能發(fā)揮效能。這個引腳被動輕微拉高。當外部執(zhí)行狀

態(tài)ALE禁止的時候，則置位不起作用。

/PSEN:外部儲存器的選通信號。在取數(shù)值的時候，機器的周期有效兩

次，如果在訪問外部儲存器的時候，PSEN信號就不會出現(xiàn)。

/VPP/EA：EA持續(xù)低電平的時候，在這期間的外部存儲器不論有沒有

內(nèi)部程序儲存器。但加密的方法是1的時候RESET就會被/EA鎖定，/EA

端持續(xù)高電平的時候，此件內(nèi)部程序儲存器。這個引腳會在FALSH編程期

間用作12v的電源。

XTAL1:內(nèi)部時鐘運行電路的輸入以及反向振蕩放大器的輸入。

XTAL2:來源于方向振蕩器的輸出。

STC89C51的最小單片機系統(tǒng)：

該單片機的最小系統(tǒng)有時鐘，電源，復位等等部件，單片機能運行的

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必要條件是電源和時鐘，最小系統(tǒng)可用作系統(tǒng)核心成分，通過對其進行處

理加工，讓單片機可以勝任較為復雜的功能。

STC89C51內(nèi)含EPROM/ROM的單片機，所以此芯片的簡便性，可靠性

強，用STC89C52單片機組成的最小應用系統(tǒng)是時，就只要把復位電路跟

時鐘電路接上就可以了。

時鐘的電路

STC89C51的時鐘信號由外部時鐘或者內(nèi)部時鐘產(chǎn)生在該單片機的里面

有振蕩電路，在單片機的XTAL2與XTAL1使用石英晶體外接在引腳外，就

能組成自激振蕩器而且在單片機里面生成時鐘的脈沖信號。

復位電路

單片機內(nèi)部執(zhí)行復位的操作需要單片機的RST引腳引入高電平且持續(xù)

兩個機械周期。（如果引腳一直處于高電平狀態(tài)，單片機就會一直處于復

位循環(huán)狀態(tài)）。

按鈕自動復位與上電自動復位是復位電路最常采用的兩種方法。

上電自動復位只要電壓的上升時間不大于1毫秒，就可以自動上電復

位。

有時候除了上電自動復位，還需要手動按鍵去復位，這個設計本來就

是設計的按鍵手動復位。可以通過電平方式和脈沖方式這兩種方式復位。

STC89C51中斷技術簡介

數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與控制需要用到中斷技術，單片機的快速響應并作出

相應的指令是由中斷系統(tǒng)來進行的。如果處罰的中斷請求被允許，則單片

機會終止當前程序，進行中斷服務處理中斷服務請求后，才會再次回到之

前被中止的程序繼續(xù)執(zhí)行該程序。

3.2數(shù)碼管驅(qū)動模塊

把很多個LED顯示段集成在一塊的顯示設備叫叫做數(shù)碼管。分別有共陽極

與共陰極兩種。把很多個LED燈的顯示段陽極連接一起又叫公共端這就是共陽

極。把多個LED燈的顯示段陰極接在一塊也就是公共商即為共陰極。陽極就是

二極管的正級，陰極就是二極管的負極。數(shù)碼管還可以分成動態(tài)顯示與靜態(tài)顯

示。

本設計采用顯示方式為動態(tài)顯示，共陰極數(shù)碼管，利用數(shù)碼管的dp點將

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小時分鐘與秒?yún)^(qū)分開來。

3.374HC573芯片介紹

74HC873包括八路D型透明鎖存器，鎖存器每個都可以用于面向總線

的應用的三種形態(tài)的輸出以及獨立的D型輸入。

74HC873具有如下特征：

（1）可以用作控制器與微型計算機的輸出輸入口

（2）共同使用三種形態(tài)輸出使能端。

（3）三臺正向輸出，用來面向總線的應用。

此設計僅用74HC873的驅(qū)動功能，是的顯示效果更加明亮，單片機可

以直接操控數(shù)碼管的位來實現(xiàn)數(shù)碼管的顯示功能。74HC573及顯示電路如

圖3-3所示。

U2VCC

6542

120WAFWWBWBCED

OEVCC

P00219A

D0Q0

P01318B

D1Q1

P02417C4LED2LED

FF

BB

D2Q2HAHHAHH

P03516D12312

D3Q3

P04615E

D4Q4

P05714F

D5Q5

P06813GpHp

D6Q6EDdCG4CdEDG

P07912DP

D7Q7

1011

GNDLE

31

p

74LS573EDdCGWGAFW

圖3-374HC573及顯示電路

3.4按鍵調(diào)試時間模塊

在單片機中鍵盤分別由兩種，一個是獨立鍵盤，一個是矩陣鍵盤。矩陣鍵

盤雖然比較復雜，但是這種方法僅僅少量占用I/O口，獨立鍵盤比較簡單方便

穩(wěn)定，所以這里我選擇獨立鍵盤。獨立鍵盤利用了I/O口的高低電平來判斷是

否有按鈕被按下。將經(jīng)常開的按鈕一端接入地面，當程序啟動的時候I/O位于

高電平，按下按鍵的時候，此時相應的I/O口接收到相應的指令變?yōu)榈碗娖健?/p>

松開按鍵時，由于上拉電阻使I/O口又恢復到高電平狀態(tài)。根據(jù)電平的高低我

們可以知道是否有按下按鍵，電平的高低可以在程序中找到。

在單片機實際應用的時候，鍵盤總是會有一些干擾因素，比如一些短時間

的抖動，而這些抖動會導致系統(tǒng)誤認為鍵盤被按下從而做出相應的響應，所以

我們要設置一些防抖動的功能，抖動的時間大致是10~200ms，去抖動可以用硬

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件法與軟件法，這里我們使用軟件法去抖動，當當有按鍵被按下時，系統(tǒng)自動

延遲10~200ms，過后再次檢測按鍵是否持續(xù)按下，就可以基本判定是否是認為

按下，K0若判定為認為，則系統(tǒng)就會

12

做出響按鍵034應。按鍵電路如圖3-4所

示。K1

12

按鍵134

K2

12

按鍵234

K3

12

按鍵334

圖3-4按鍵電路圖

此設計的按鍵對應的空能分別是：按鍵0可以控制12小時制與24小時制

的來回切換，K1可以使數(shù)碼管的小時位加1小時，K2可以使數(shù)碼管的分鐘位加

1分鐘，K3可以使數(shù)碼管的秒數(shù)值清零。

3.5指示燈的模塊

指示燈模塊由LED燈與電阻組成。是一種將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導體材料，

LED的有很多優(yōu)點，比如高亮度，使用期限長，能耗低，還可用于再回收無毒無

害等等優(yōu)點。隨著是道德發(fā)展，LED燈的技術愈發(fā)成熟，性能愈發(fā)安全穩(wěn)定可靠，

已經(jīng)成為了多領域應用的器件。本次設計是紅燈亮起表示當前時間制是12小時

制，熄滅表示為24小時制。黃燈熄滅起表示當前時間段為24:00-12：00，亮起

表示時間段為12：00-24:00。

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4.系統(tǒng)軟件的設計

4.1編程軟件KeilC51

該軟件是美國的一家公司出品的一個c語言的軟件開發(fā)系統(tǒng)，與其他相比，

他有比較明顯的優(yōu)勢，在結(jié)構(gòu)，可讀性，維護性等。簡單方便快捷，對于使用

過匯編編程的人來說，此軟件更加得心應手，KeilC51開發(fā)的效率非常高，代

碼查詢方便快捷，容易讀懂。KeilC51軟件截圖如圖4-1所示。

圖4-1KeilC51軟件截圖

4.2仿真軟件proteus

此軟件由英國的一家名為Labcenterelectronics公司出品的仿真軟件，該

軟件的問世，極大方便了人們，對于難以進行實驗的線路，電路，可以通過該

軟件進行模擬實驗，來論證該方案是否可行，此軟件的元器件與實物高度吻合，

參數(shù)等基本與實驗室相對應。形象化的表達了線路的運行過程，運行方式。

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4.3程序流程圖

開始

定時器初始化

且打開定時器

秒數(shù)清零

分鐘加一鍵小時加1鍵

是否按下

是否按下是否按下

秒數(shù)清零

分鐘加1小時加1

將各時間段的

數(shù)據(jù)記錄并顯

示

完成

圖4-2程序流程圖

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4.4調(diào)試運行

調(diào)試與運行有兩大類，一個是軟件的運行調(diào)試，一個是硬件的運行調(diào)試，

檢查線路是否焊接完整，是否有漏焊，電路連接是否短路，各個元器件時候正

常，然后再檢查軟件的設計圖以及程序代碼。然后再通電試運行，按下按鍵看

產(chǎn)品是否能正常做出相應的響應，以及指示燈是否能做出對應的響應，如有異

常，一定要再次檢查問題的所在，反復檢查試運行，直到能完美運行。

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附錄1元器件清單