基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘6位LED數(shù)碼管顯示(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)碼管顯示電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)一.功能要求1.數(shù)字電子時(shí)鐘最主要是LED數(shù)碼管顯示功能，以24小時(shí)為一個(gè)周期，顯示時(shí)間時(shí)、分、秒。2.具有校時(shí)功能，可以對(duì)時(shí)、進(jìn)行單獨(dú)校對(duì)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。二.方案論證1.數(shù)字時(shí)鐘方案數(shù)字時(shí)鐘是本設(shè)計(jì)的最主要的部分。根據(jù)需要，可利用兩種方案實(shí)現(xiàn)。方案一：本方案采用Dallas公司的專用時(shí)鐘芯片DS12887A。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完備的時(shí)鐘鬧鐘功能，因此，可直接對(duì)其以用于顯示或設(shè)置，使得軟件編程相對(duì)簡(jiǎn)單。為保證時(shí)鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常工作，芯片內(nèi)部包含鋰電池。當(dāng)電網(wǎng)電壓不

2、足或突然掉電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。而且即使系統(tǒng)不上電，程序不執(zhí)行時(shí)，鋰電池也能保證芯片的正常運(yùn)行，以備隨時(shí)提供正確的時(shí)間。方案二：本方案完全用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘。原理為：在單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器設(shè)三個(gè)字節(jié)分別存放時(shí)鐘的時(shí)、分、秒信息。利用定時(shí)器與軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)1秒定時(shí)中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲(chǔ)器內(nèi)相應(yīng)的秒值加1；若秒值達(dá)到60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加1；若分值達(dá)到60，則清零分字節(jié)，并將時(shí)字節(jié)值加1；若時(shí)值達(dá)到24，則將十字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。但由于每次執(zhí)行程序時(shí)，定時(shí)器都要重新賦初值，所以該時(shí)鐘精度不高。而且，由于是軟件實(shí)現(xiàn)，當(dāng)單片機(jī)不上電，程序不執(zhí)行時(shí)，時(shí)

3、鐘將不工作。基于硬件電路的考慮，本設(shè)計(jì)采用方案二完成數(shù)字時(shí)鐘的功能。2.數(shù)碼管顯示方案方案一：靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。該方式每一位都需要一個(gè)8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時(shí)較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當(dāng)所顯示的位數(shù)較多時(shí)，靜態(tài)顯示所需的I/O口太多，造成了資源的浪費(fèi)。方案二：動(dòng)態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位的輪流點(diǎn)亮各個(gè)位，對(duì)于顯示器的每一位來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個(gè)顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也于點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整參數(shù)可

4、以實(shí)現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動(dòng)態(tài)顯示節(jié)省了I/O口，降低了能耗。從節(jié)省I/O口和降低能耗出發(fā)，本設(shè)計(jì)采用方案二。3 .計(jì)時(shí)方案利用AT89S51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行中斷時(shí)，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。該方案節(jié)省硬件成本，且能使讀者在定時(shí)/計(jì)數(shù)器的使用、中斷及程序設(shè)計(jì)方面得到鍛煉與提高，對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)能有更深入的了解，從而對(duì)學(xué)好單片機(jī)技術(shù)這門課程起到一定的作用。4. 控制方案AT89S51的P0口和P2口外接由八個(gè)LED數(shù)碼管(LED8LED1)構(gòu)成的顯示器，用P0口作LED的段碼輸出口，P2口作八個(gè)LED數(shù)碼管的位控輸出線，P1口外接四個(gè)按鍵A、B、C構(gòu)成鍵盤電路。AT89S51

5、 是一種低功耗，高性能的CMOS 8位微型計(jì)算機(jī)。它帶有8K Flash 可編程和擦除的只讀存儲(chǔ)器（EPROM），該器件采用ATMEL的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的80C51和80C52的指令系統(tǒng)及引腳兼容，片內(nèi)Flash 集成在一個(gè)芯片上，可用與解決復(fù)雜的問題，且成本較低。簡(jiǎn)易電子鐘的功能不復(fù)雜，采用其現(xiàn)有的I/O便可完成，所以本設(shè)計(jì)中采用此的設(shè)計(jì)方案。三.系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)根據(jù)以上的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)要求可以分為以下的幾個(gè)硬件電路模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊、數(shù)碼顯示模塊與按鍵模塊，模塊之間的關(guān)系圖如下面得方框電路圖1所示 圖1 硬件電路方框圖1. 單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)11 芯片分析AT89C5

6、1單片機(jī)引腳圖如下：圖2 AT89C51引腳圖MCS-51單片機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，其各引腳功能如下：VCC：+5V電源。VSS：接地。RST：復(fù)位信號(hào)。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效，用完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開路雙向I/O口，當(dāng)作輸出口使用時(shí)，必須接上拉電阻才能有高電平輸出；當(dāng)作輸入口使用時(shí)，必須先向電路中的鎖存器寫入“1”，使FET截止，以避免鎖存器為“0”狀態(tài)時(shí)對(duì)引腳讀入

7、的干擾。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，它不再需要多路轉(zhuǎn)接電路MUX；因此它作為輸出口使用時(shí)，無需再外接上拉電阻，當(dāng)作為輸入口使用時(shí)，同樣也需先向其鎖存器寫“1”，使輸出驅(qū)動(dòng)電路的FET截止。P2口：P2口電路比P1口電路多了一個(gè)多路轉(zhuǎn)接電路MUX，這又正好與P0口一樣。P2口可以作為通用的I/O口使用，這時(shí)多路轉(zhuǎn)接電路開關(guān)倒向鎖豐存器Q端。P3口：P3口特點(diǎn)在于，為適應(yīng)引腳信號(hào)第二功能的需要，增加了第二功能控制邏輯。當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，第二功能信號(hào)引線應(yīng)保持高電平，與非門開通，以維持從鎖存器到輸出端數(shù)據(jù)輸出通路的暢通。當(dāng)輸出第二功能信號(hào)時(shí)，該位應(yīng)應(yīng)置“1”，使與非門

8、對(duì)第二功能信號(hào)的輸出是暢通的，從而實(shí)現(xiàn)第二功能信號(hào)的輸出。MCS-51單片機(jī)共有4個(gè)雙向的8位并行I/O端口（Port），分別記作P0-P3，共有32根口線，各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器所組成。實(shí)際上P0-P3已被歸入特殊功能寄存器之列。這四個(gè)口除了按字節(jié)尋址以外，還可以按位尋址。由于它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上有一些差異，故各口的性質(zhì)和功能有一些差異。P0口是雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。P1口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS 型負(fù)載。P2口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P3

9、口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P1口、P2口、P3口各I/O口線片內(nèi)均有固定的上拉電阻，當(dāng)這3個(gè)準(zhǔn)雙向I/O口做輸入口使用時(shí)，要向該口先寫“1”，另外準(zhǔn)雙向I/O口無高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)I/O 口。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。MCS-51單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，MCS-51單片機(jī)應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行進(jìn)行工作，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各個(gè)信號(hào)的關(guān)系。在執(zhí)行指令時(shí)，CPU首先要到程序存儲(chǔ)器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時(shí)序電路產(chǎn)生一系列控制信

10、號(hào)去完成指令所規(guī)定的操作。CPU發(fā)出的時(shí)序信號(hào)有兩類，一類用于片內(nèi)對(duì)各個(gè)功能部件的控制，這列信號(hào)很多。另一類用于片外存儲(chǔ)器或I/O端口的控制，這部分時(shí)序?qū)τ诜治?、設(shè)計(jì)硬件接口電路至關(guān)重要。這也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)者普遍關(guān)心的問題。1.2 數(shù)碼顯示模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示方式，用P0口來控制LED數(shù)碼管的段控線，而用P2口來控制其位控線。動(dòng)態(tài)顯示通常都是采用動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，即循環(huán)點(diǎn)亮每一個(gè)數(shù)碼管，這樣雖然在任何時(shí)刻都只有一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮，但由于人眼存在視覺殘留效應(yīng)，只要每位數(shù)碼管間隔時(shí)間足夠短，就可以給人以同時(shí)顯示的感覺。圖3 數(shù)碼顯示電路1.3 按鍵模塊下圖為按鍵模塊電路原理圖，A為復(fù)

11、位鍵，B為時(shí)鐘調(diào)控鍵，C為分鐘調(diào)控鍵。 圖 4 按鍵模塊電路原理圖四系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)分析顯示的效果為動(dòng)態(tài)顯示，利用CPU控制數(shù)碼管顯示的選通和停止，通過定時(shí)器中斷不斷掃描，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。在編程上，首先進(jìn)行了初始化，定義程序的的入口地址以及中斷的入口地址，在主程序開始定義了一組固定單元用來儲(chǔ)存計(jì)數(shù)的時(shí).分.秒，在顯示初值之后，進(jìn)入主循環(huán)。在主程序中，對(duì)不同的按鍵進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)秒表，時(shí)間調(diào)整，復(fù)位清零等功能，系統(tǒng)總流程圖如下圖5：圖 5 系統(tǒng)總體流程圖五.調(diào)試及性能分析電子時(shí)鐘主要的設(shè)計(jì)要求是能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)鐘的一般功能，以及包括時(shí)間的調(diào)整功能，這個(gè)基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘基本上實(shí)現(xiàn)了上述功

12、能，能夠通過時(shí)間調(diào)整電路對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整以及復(fù)位。下述為18：30：30的仿真圖：首先確保各器件的完好性，其次檢測(cè)各芯片的電源線和地線是否接觸良好，然后焊接器件，接好電源用萬用表檢測(cè)各電源端、地端的狀態(tài)是否正常。檢查無誤后插上AT89S51并燒寫一簡(jiǎn)易的程序，觀察電路是否能協(xié)同工作。最后燒寫工作程序，根據(jù)顯示現(xiàn)象調(diào)試程序直至成功。上電運(yùn)行時(shí)，數(shù)碼管開始顯示00：00：00，時(shí)鐘開始走時(shí)。程序的編寫和調(diào)試是一個(gè)比較復(fù)雜的過程。由于對(duì)C語言知識(shí)的薄弱，所以在編譯過程中總是有很多語法上的錯(cuò)誤，但是在和同學(xué)一起討論研究后，程序是編寫出來了，但結(jié)合到硬件調(diào)試中又出現(xiàn)各種問題。在調(diào)試過程中出現(xiàn)了很多問題，在

13、第一次把程序燒到單片機(jī)里，通電運(yùn)行時(shí)，雖然控制時(shí)、分、秒的按鈕能夠?qū)?shù)碼管顯示進(jìn)行調(diào)整，但是數(shù)碼管全亮，不能通過按鍵變化顯示，更改程序中的問題，但是調(diào)時(shí)設(shè)置又沒有用了。經(jīng)過檢查及修改，終于完成了所做的設(shè)計(jì)，不容易啊。六控制源程序清單#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*七段共陰管顯示定義*/uchar code dispcode =0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F, 0xBF,0x86,0xCB,0xCF,0xEF,0xED,0

14、xFD,0x87,0xFF,0xDF;/*定義并初始化變量*/uchar seconde=0;uchar minite=0;uchar hour=12;uchar mstcnt=0;sbit P1_0=P10; / second 調(diào)整定義sbit P1_1=P11; /minite調(diào)整定義sbit P1_2=P12; /hour調(diào)整定義/*函數(shù)聲明*/void delay(uchar k ); /延時(shí)子程序void time_pro( ); /時(shí)間處理子程序void display( ); /顯示子程序void keyscan( ); /鍵盤掃描子程序/*/*延時(shí)子程序*/*/void del

15、ay (uchar k)uchar j;while(k-)!=0) for(j=0;j125;j+) ; /*/*時(shí)間處理子程序*/*/void time_pro( void) if(seconde=60) /秒鐘設(shè)為60進(jìn)制 seconde=0; minite+; if( minite=60) /分鐘設(shè)為60進(jìn)制 minite=0; hour+; if(hour=24) /時(shí)鐘設(shè)為24進(jìn)制 hour=0; /*/* 顯示子程序*/*/void display(void) P2=0xfe; P0=dispcodehour/10; /顯示小時(shí)的十位 delay(4); P2=0xfd; P0=(

16、dispcode(hour%10)|0X80; /顯示小時(shí)的個(gè)位 delay(4); P2=0xfb; P0=dispcodeminite/10; /顯示分的十位 delay(4); P2=0xf7; P0=(dispcodeminite%10)|0X80; /顯示分的個(gè)位 delay(4); P2=0xef; P0=dispcodeseconde/10; /顯示秒的十位 delay(4); P2=0xdf; P0=dispcodeseconde%10; /顯示秒的個(gè)位 delay(4);/*/*鍵盤掃描子程序*/*/void keyscan (void) if(P1_0=0) /按鍵1秒的調(diào)

17、整 delay(30); if(P1_0=0) seconde+; if(seconde=60) seconde=0; if(P1_1=0) /按鍵2分的調(diào)整 delay(30); if(P1_1=0) minite+; if(minite=60) minite=0; if(P1_2=0) /按鍵3小時(shí)的調(diào)整 delay(30); if(P1_2=0) hour+; if(hour=24) hour=0; void timer0(void) interrupt 1 using 0 /定時(shí)器0方式1，50ms中斷一次 TH0=0x3c;TMOD = 0x11; mstcnt+; if(mstcnt=20) seconde+; mstcnt=0; /注意點(diǎn)。對(duì)計(jì)數(shù)單元的清零十分的重要，本次調(diào)試中就是 /因?yàn)楹雎粤诉@一點(diǎn)，給我早成了很大的被動(dòng)。/*/*主函數(shù)*/*/voi