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基于stc89c52单片机的led显示电子钟的制作 海 南 大 学毕 业 论 文(设计)题 目: 基于 STC89C52 单片机的 LED 显示电子钟的制作学 号: 姓 名: 年 级: 2012 级 学 院: 学 部: 工学部 专 业: 电子科学与技术专业 指导教师: 海南大学2完成日期: 2014 年 6 月 30 日 摘要随着人类科技文明的发展,人们对于时钟的要求在不断地提高。时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具,在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、低功耗,是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下,时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导设计方向。本文正是基于这种设计方向,以单片机为控制核心,设计制作一个符合指标要求的多功能数字时钟。 本设计基于单片机技术原理,以单片机芯片 STC89C52 作为核心控制器,通过硬件电路的制作以及软件程序的编制,设计制作出一个电子时钟系统。该时钟系统主要由电源模块、晶振电路模块、复位电路模块、LED 点阵显示模块、以及键盘控制模块组成。本设计的电子时钟能够准确显示时间(显示格式为时时:12:30:23:59:50,刚上电时为,当显示到 12:30:23:59:59,即有重新:01:01:00:00:00 开始显示) ,可随时进行时间调整。设计以硬件软件化为指导思想,充分发挥单片机功能,大部分功能通过软件编程来实现,电路简单明了,系统稳定性高。同时,该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点,具有很强的基于 STC89C52LED 显示电子时钟的设计3实用性。关键词:单片机;LED 点阵;数字时钟AbstractWith the development of human civilization, people to the requirement of clock in constant increase. The clock is not only to be seen as a kind of tool used to display the 海南大学4time, in many practical applications and it needs to be able to achieve more other functions. High accuracy, multi-function, low power consumption, it is the trend of the development of the modern clock. Under this trend, digital clock, muti_function change has become a dominant design of modern clock production research direction. This article is based on the design direction, with the single chip processor as the core, design a meet the requirements of the indicators of the multi-function digital clock. This design principle based on single chip microcomputer technology, chip STC89C52 MCU as the core controller, through the production of hardware circuit and software program compiled, design to produce an electronic clock system. The clock system mainly consists of a power supply module, crystals circuit module, reset circuit module, LED dot matrix display module, and the composition of the keyboard control module. The design of electronic clock can accurately show time (display format for all the time: 12:30:23:59:50, just when the electricity is, when the display to 12:30:23:59:59, namely has again: 01:01:00:00:00 to display), can be adjusted at any time to time. Design with hardware and software into the guiding ideology, give full play to the function of SCM, most of the functionality through software programming to implement the circuit is simple and clear, high system stability. At the same time, the clock system also has the characteristics of low consumption, low cost, strong practicability. Key words: singl LED Digital clock基于 STC89C52LED 显示电子时钟的设计51 绪论 .51.1 国内外背景 51.2 课程设计的意义 61.3 课程设计任务和要求 61.3.1 功能要求 .61.3.2 主要技术指标 .71.3.3 工艺要求 .72.设计方案 .72.1 方案一 72.2 方案二 83 硬件电路设计 .93.1 各元器件介绍 93.1.1STC89C52 单片机介绍 .93.1.2 LM7805 介绍 113.1.3 74LS245 介绍 .13海南大学63.1.4 74LS373 介绍 143.1.5 74LS138 介绍 163.1.6 LED 点阵 183.2 功能模块介绍 .223.2.1 复位电路模块 233.2.2 晶振模块 .253.2.3 电源模块 263.2.5 显示模块 294 软件设计及程序分析 314.1 Keil C51 的介绍 314.2 部分程序分析 .314.2.1 主程序流程图 .314.2.2 时间计数程序流程图 324.2.3 按键开关程序流程图 335 仿真与调试 335.1 仿真 .335.1.1 Proteus 简介 335.1.2 仿真过程 345.2 实物图 .356 结束语 36致谢 37参考文献 38附件 39基于 STC89C52LED 显示电子时钟的设计71 绪论1.1 国内外背景20 世纪末,电子技术得到了极速的发展,毫无疑问,在其推动下,现代电子产品以及各种高科技产品几乎渗透到了社会的各个领域,这有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度以及综合科技水平的提高,但产品更新换代的频率也越来越快。随着科技的发展社会的进步和全球化竞争的日益激烈,人们对数字钟的要求也越来越高,传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能电子钟不管在性能还是在样式亦或是用途上都发生了重大的变化,许多电子钟都已具备电子闹钟、电子秒表、温度检测等功能。同时单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的。数字电子时钟是采用数字电路实现对时,分,秒数字显示的装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可或缺的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,数字时钟的精度远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。例如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电器的自动启用等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。因此,研究数字时钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。数字电子时钟,自从它发明的那天起,就成为人类的朋友,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。但随着时间的推移,科学技术的不断发展,生活节奏越来越快,基于 51 单片机的多功能电子钟设计竞争日益激烈,人们对时间计量的精度要求越来越高,应用越来越广。可以说时间的准确已成为各行各业安全运行的基础,如果时间出现误差而不能及时校正,会造成一系列严重的后果和经济损失。 电子时钟的设计方法有多种,可用中小规模集成电路组成电子钟,也可以海南大学8利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟,还可以利用对单片机编程来实现电子钟。其中,利用单片机实现的电子时钟具有硬件结构简单、编程灵活、便于功能扩展等特点。由单片机作为数字钟的核心控制器,可以通过它的时钟信号实现计时功能,将其时间数据经单片机输出,利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术或者数码管显示技术。本设计给出一种基于 STC89C52 单片机电子时钟的设计方案和实现过程。1.2 课程设计的意义就社会而言,随着科技的发展社会的进步和全球化竞争的日益激烈,人们对数字钟的要求也越来越高,传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能电子钟不管在性能还是在样式亦或是用途上都发生了重大的变化,许多电子钟都已具备电子闹钟、电子秒表、温度检测等功能。同时单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的,因此对于单片机在数字时钟的设计和应用的研究就具有深刻的意义。就作为学生的我们而言,本次课程实际不仅加深和巩固了我们在单片机应用的知识,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力,而且培养了针对课题需要,选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力,提高组成系统、编程、调试的动手能力。 通过对课题设计方案的分析、选择、比较,熟悉了单片机的工作过程,软硬件设计的方法、内容及步骤。同时也加深了同学彼此间的情谊。1.3 课程设计任务和要求1.3.1 功能要求:采用 STC89C52 单片机和 LED 点阵显示能显示当前的月、日、时、分、秒,24 小时制;基于 STC89C52LED 显示电子时钟的设计9月、日、时、分、秒均可以单独设置,设置时该项目闪烁;外接 3 个按键,一个用于选择需要设置的项目,一个增加、一个减少;单片机和 LED 点阵独立供电;1.3.2 主要技术指标:计时精度误差:≤1 秒/日LED 显示清晰,不能有明显的残影、乱码;电源:DC5V、2A;1.3.3 工艺要求印刷电路板布局合理、走线清晰整洁;IC 装在插座上,发热元、器件应考虑散热的方法;在印制板上应留出定位孔及固定支架所占用的位置;焊点大小适中、呈锥状、美观、结实、光亮、无虚焊;跳线整齐美观;程序采用 C51 语言 编写,适当注释,具备良好的编程风格;在 PCB 版上应明显标识作者姓名。海南大学102.设计方案2.1 方案一本方案采用 STC89C52 单片机、74LS138 译码器、743LS373 锁存器以及 LED点阵等硬件设施和 C51 编程语言,利用扫描的方法来实现电子时钟的显示。时钟的数据部分通过单片机的 P0 口送出,通过 74LS373 锁存器传送给 LED点阵。373 锁存器在此用作开关。当数据送过来时,是 373 的 OE 管脚置低电平,数据送入 LED 点阵;然后 OE 脚置高电平关闭锁存器,这样数据就送不进来,实现数字的单个显示。同时也实现了对 LED 点阵的片选过程。时钟的扫描数据通过单片机的 P2 口来送出,经 74LS138 译码器、74LS245 送到 LED 点阵。数据经过 138 译码器使其每次仅扫描一行或者一列。复位电路模块采用按键复位,当程序跑飞或者单片机死机是可以利用按键来重启单片机,使其正常工作。2.2 方案二本方案是利用 LCD 来显示时间,通过单片机对 LCD 的控制来达到显示时间的目的。LCD,即液晶显示器,具有省电、抗干扰能力强等优点,被广泛应用在智能仪器仪表和单片机测控系统中。液晶是在 1888 年,由奥地利植物学家莱尼茨尔(Reinitzer)发现的,是一种介于固体与液体之间,具有规则性分子排列的有机化合物。一般最常用的液晶型态为向列型液晶,分子形状为细长棒形,长宽约 1nm~10nm,在不同电流电场作用下,液晶分子会做规则旋转 90 度排列,产生透光度的差别,如此在电源 ON/OFF 下产生明暗的区别,依此原理控制每个像素,便可构成所需图像。(1)特点低压微功耗基于 STC89C52LED 显示电子时钟的设计11外观小巧精致,厚度只有 6.5~8mm被动显示型(无眩光,不刺激人眼,不会引起眼睛疲劳)显示信息量大(因为像素可以做得很小)易于彩色化(在色谱上可以非常准确的复现)无电磁辐射(对人体安全,利于信息保密)长寿命(这种器件几乎没有什么劣化问题,因此寿命极长,但是液晶背光寿命有限,不过背光部分可以更换)(2)1602 介绍602 液晶也叫 1602 字符型液晶,它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符,每位之间有一个点距的间隔,每行之间也有间隔,起到了字符间距和行间距的作用,正因为如此所以它不能很好地显示图形(用自定义 CGRAM,显示效果也不好) 。1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行,每行 16 个字符液晶模块(显示字符和数字)通过以上的对比,虽然 LCD 的有点众多,但是不符合这一次设计的要求,故舍弃,选用 LED 来作为显示主要工具。海南大学123 硬件电路设计3.1 各元器件介绍3.1.1STC89C52 单片机介绍STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核,但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上,拥有灵巧的8 位 CPU 和在系统可编程 Flash,使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。本单片机对于用于电子时钟的的显示已经够用,所以就选用 STC89C52 单片机。3.1.1.1 单片机主要功能特性1. 增强型 8051 单片机,6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意 选择,指令代码完全兼容传统 8051.2. 工作电压:5.5V~3.3V(5V 单片机)/3.8V~2.0V(3V 单片机)3. 工作频率范围:0~40MHz,相当于普通 8051 的 0~80MHz,实际工作 频率可达 48MHz4. 用户应用程序空间为 8K 字节5. 片上集成 512 字节 RAM6. 通用 I/O 口(32 个) ,复位后为:P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉, P0 口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为 I/O 口用时,需加上拉电阻。7. ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程) ,无需专用编程器,无 需基于 STC89C52LED 显示电子时钟的设计13专用仿真器,可通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户程 序,数秒即可完成一片8. 具有 EEPROM 功能9. 具有看门狗功能10. 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T211. 外部中断 4 路,下降沿中断或低电平触发电路,Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒12. 通用异步串行口(UART) ,还可用定时器软件实现多个 UART13. 工作温度范围:-40~+85℃(工业级)/0~75℃(商业级)3.1.1.2STC89C52 的引脚功能STC89C52 是 40 管脚的双列直插式封装,其引脚图如图 3-1海南大学14图 3-1 STC89C52 管脚排列STC89C52 各管脚功能介绍:⑴VCC(40 脚):供电电压 ⑵GND(20 脚):接地⑶P0 口(P0.0~P0.7,39~32 脚):P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O口,每个管脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚写“1”时,被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FLASH 编程时,P0 口作为原码输入口,当 FLASH 进行校验时,P0 输出原码,此时 P0 外部电位必须被拉高。⑷ P1 口(P1.0~P1.7,1~8 脚):P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入“1”后,电位被内部上拉为高,可用作输入,P1 口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时,P1 口作为第八位地址接收。⑸P2 口(P2.0~P2.7,21~28 脚):P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向I/O 口,P2 口缓冲器可接收,输出 4 个 TTL 门电流,当 P2 口被写“1”时,其管脚电位被内部上拉电阻拉高,且作为输入。当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时,P2 口输出地址的高八位。P2 口在 FLASH 编程和基于 STC89C52LED 显示电子时钟的设计15校验时接收高八位地址信号和控制信号。⑹P3 口(P3.0~P3.7,10~17 脚):P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口,可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。它的每个引脚都还有第二功能。⑺ALE/PROG(30 脚) :地址锁存允许信号端。当访问外部存储器时,用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的 1/6。⑻PSEN(29 脚):外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间,每个机器周期两次 PSEN 有效,即输出两个脉冲。在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次 PSEN 信号。⑼EA/VPP(31 脚):当 EA 保持低电平时,访问外部 ROM;当 EA 端保持高电平时,访问内部 ROM。在 FLASH 编程期间,此引脚也用于施加 12V 编程电源(VPP)。⑽RST/VPD(9 脚):RST 是复位信号输入端,高电平有效。 RST 引脚的第二功能是 VPD,即接入 RST 端,为 RAM 提供备用电源,以保证存储在 RAM 中的信息不丢失,从而合复位后能继续正常运行。3.1.2 LM7805 介绍7805 是我们最常用到的稳压芯片了,使用方便,用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出电压恰好为 5v,刚好是 51 系列单片机运行所需的电压7805 系列为 3 端正稳压电路,TO-220 封装,能提供多种固定的输出电压,应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时,输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电路,但使用外接元件,可获得不同的电压和电流。海南大学163.1.2.1LM7085 主要特点输出电流可达 1A 输出电压有:5V 过热保护 短路保护 输出晶体管 SOA 保护3.1.2.2LM7805 极限值 VI——输入电压(VO=5~18V) 35V 图 3-2 LM7805 封装图RθJC——热阻(结到壳) 5℃/W RθJA——热阻(结到空气) 65℃/W TOPR——工作结温范围 0~125℃ TSTG——贮存温度范围 -65~150℃3.1.2.3LM7805 引脚功能从正面看,从左到右依次是 1、2、3 引脚 1 引脚——电源输入端2 引脚——接地3 引脚——电源输出端基于 STC89C52LED 显示电子时钟的设计17图 3-3 LM7805 实物图3.1.3 74LS245 介绍74LS245 是我们常用的芯片,用来驱动 led 或者其他的设备,它是 8 路同相三态双向总线收发器,可双向传输数据。74LS245 还具有双向三态功能,既可以输出,也可以输入数据。当 8051 单片机的 P0 口总线负载达到或超过 P0 最大负载能力时,必须接入 74LS245 等总线驱动器。3.1.3.1 接收模式当片选端/CE 低电平有效时,DIR=“0”,信号由 B 向 A 传输(接收) ;DIR=“1” ,信号由 A 向 B 传输(发送) ;当 CE 为高电平时,A、B 均为高阻态。由于 P2 口始终输出地址的高8 位,接口时 74LS245 的三态控制端 1G 和 2G 接地,P2 口与驱动器输入线对应相连。P0 口与 74LS245 输入端相连,E 端接地,保证数据线畅通。8051 的/RD 和/PSEN 相与后接 DIR,使得 RD 和 PSEN 有效时,74LS245 输入(P0.1←D1) ,其它时间处于输出(P0.1→D1) 。海南大学18图 3-4 74LS245 引脚图及其功能基于 STC89C52LED 显示电子时钟的设计19图 3-5 74LS245 实物图3.1.4 74LS373 介绍74LS373 是常用的地址锁存器芯片,它实质是一个是带三态缓冲输出的 8D触发器,在单片机系统中为了扩展外部存储器,通常需要一块 74ls373 芯片.3.1.4.1 74LS373 引脚说明海南大学20图 3-6 74LS373 内部结构图图 3-7 74LS373 外部引脚图D0~D7——8 位数据输入端Q0~Q7——8 位数据输出端OE ——三态允许控制端(低电平有效) 。当该信号为低电平时,三态门打开,锁存器中的数据输出到数据输出线。当该信号为高电平时,输出线为高组态。LE——数据输入锁存选通信号。当加到该引脚的信号为高电平时,外部数基于 STC89C52LED 显示电子时钟的设计21据选通到内部锁存器,负跳变时,数据锁存到锁存器中。3.1.4.2 74LS373 功能表海南大学22图 3-8 74LS373 实物图3.1.5 74LS138 介绍74ls138 是一种 3-8 线译码器,有 3 个数据输入端,经译码产生 8 种状态。当译码器的输入为某一固定编码时,其输出仅有 1 个固定的引脚输出为低电平,其余的为高电平。而输出为低电平的引脚恰好作为某一存储器芯片的片选控制信号。3.1.5.1 工作原理①当一个选通端(E1)为高电平,另两个选通端((/E2))和/(E3))为低电平时,可将地址端(A0、A1、A2)的二进制编码在 Y0 至 Y7 对应的输出端以低电平译出。比如:A2A1A0=110 时,则 Y6 输出端输出低电平信号。②利用 E1、 E2 和 E3 可级联扩展成 24 线译码器;若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。③若将选通端中的一个作为数据输入端时,74LS138 还可作数据分配器。④可用在 8086 的译码电路中,扩展内存。基于 STC89C52LED 显示电子时钟的设计233.1.5.2 74LS138 引脚功能A0~A2:地址数据输入端STA(E1):选通端/STB(/E2) 、/STC(/E3):选通端(低电平有效)/Y0~/Y7:数据输出端(低电平有效)VCC:电源正GND:地A0~A2 对应 Y0——Y7;A0,A1,A2 以二进制形式输入,然后转换成十进制,对应相应 Y 的序号输出低电平,其他均为高电平;图 3-9 74LS138 引脚图3.1.5.3 74LS138 功能表海南大学24基于 STC89C52LED 显示电子时钟的设计25图 3-10 74LS138 实物图3.1.6 LED 点阵3.1.6.1 LED 点阵的显示原理LED ,发光二极管( light emitting diode 缩写) 。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,由镓(Ga)与砷(As) 、磷(P) 、氮(N) 、铟(In)的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐
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STC15系列库函数与例程测试版V2.0/ISP-Demo-使用Y-Modem协议/用户实际代码范例/asm/ap.plg
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STC15系列库函数与例程测试版V2.0/ISP-Demo-使用Y-Modem协议/用户实际代码范例/c/ap
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STC15系列库函数与例程测试版V2.0/ISP-Demo-使用Y-Modem协议/用户实际代码范例/c/ap.lnp
STC15系列库函数与例程测试版V2.0/ISP-Demo-使用Y-Modem协议/用户实际代码范例/c/ap.Opt
STC15系列库函数与例程测试版V2.0/ISP-Demo-使用Y-Modem协议/用户实际代码范例/c/ap.plg
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STC15系列库函数与例程测试版V2.0/例程/01-IO-跑马灯/GPIO.h
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Keil/E2PROM 》》》AT24C02与单片机的通讯实例/E2PROM》》》AT24C02与单片机通讯.bak
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