LED电子时钟

目录

第一章概述 (1)

第二章模块特性简介 (2)

2.1AT89C2051单片机 (2)

2.2LED简介 (2)

2.2.1LED概述 (3)

2.2.2LED优势 (3)

2.2.3LED简述 (4)

第三章系统硬件设计 (4)

PROTEUS电路图设计 (4)

第四章系统软件设计 (5)

4.1软件的结构 (6)

4.2概述 (7)

4.2.1主程序 (8)

4.2.2中断服务程序 (9)

4.2.3调试程序 (10)

第五章仿真图 (13)

参考文献 (15)

前言

第一章概述

1.1系统功能

此次课程设计的电子钟就是由A T89C52单片机、时钟电路、报警电路，LED流水灯电路，动态数码管显示电路、音乐电路等组成。运用汇编语言来控制单片机AT89C52来实现LED流水灯、报警器、动态数码显示等功能，并在此基础上综合运用上述功能，实现电子钟的设计（包括键盘、时钟、显示等），温度测量控制系统（包括键盘、显示、控制、报警等）。且本设计中的AT89C52单片机是整个工作过程的核心，是整个设计灵魂，它控制了脉冲时序的产生，显示信号的发送控制显示LED的选择。同时也考虑到AT89C52单片机来制作电子时钟其最大的好处就是可最大的调整时钟使其准确度更高。

1.2基本参数

1.工作电压：4.5V（3节干电池）；

2.日期显示范围：2001-2100年；

3.时间采用24小时制。

1

模块特性简介

第二章模块特性简介

2.1AT89C2051单片机

图2-1 AT89C2051引脚配置

AT89C2051芯片的20个引脚功能为：

VCC 电源电压。

GND 接地。

RST 复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。

XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2 来自反向振荡放大器的输出。

P1口 8位双向I/O口。引脚P1.2～P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1口输出缓冲器能接收20mA电流，并能直接驱动LED显示器；P1口引脚写入“1”后，可用作输入。在闪速编程与编程校验期间，P1口也可接收编码数据。

P3口引脚P3.0～P3.5与P3.7为7个带内部上拉的双向I/0引脚。P3.6在内部已与片内比较器输出相连，不能作为通用I/O引脚访问。P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌电流；P3口写入“1”后，内部上拉，可用输入。P3口也可用作特殊功能口，其功能见表1。P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。

2.2LED简介

在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。

模块特性简介

2.2.1 LED优势

资料显示，LED光源比白炽灯节电87%、比荧光灯节电50%，而寿命比白炽灯长20~30倍、比荧光灯长10

倍。LED光源因具有节能、环保、长寿命、安全、响应快、体积小、色彩丰富、可控等系列独特优点，

被认为是节电降能耗的最佳实现途径。

2.2.2 LED显示屏

LED显示屏（LED panel）：LED就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

2.3系统总体方案介绍

部件组成：单片机89C2051、电源、时分显示部件。

时分显示采用动态扫描，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低系统的功耗。时分显示模块以及显示驱动都通过89C2051的I/O口控制。

电源部分：电源部分有二部分组成。一部分是由220V的市电通过变压、整流稳压来得到+5V电压，维持系统的正常工作。

3

模块特性简介

第三章硬件电路设计

Proteus 电路图设计

运行Proteus的ISIS 后出现程序主窗口界面，鼠标左键单击窗口左侧的元器件工具栏的component.按钮, 接着再点击窗口左侧的元器件选择区的Pick Divices.按钮，弹出如图1所示的Pick Devices窗口，再在Categ栏里点击MicroprocessorICs项后，在Results栏里会出现各种类型的CPU器件，找到AT89C51后双击，AT89C51就被添加到当前窗口左侧的元器件列表区了。

用同样的方法依次把 DS130、MAX7219、数码管、晶振以及多个电阻、电容也添加到器件列表区里。

然后再依次点击列表区里的器件，单击左键把他们放到绘图区，右键选中元件，并编辑其属性，合理布局后，进行连线。连线时当鼠标的指针靠近一个对象的引脚时，跟着鼠标的指针r ICs就会出现一个“×”提示符号，点击鼠标左键即可画线了，需要拐弯时点击一下即可，在终点再点击确认一下就画出了一段导线，所有导线画完后，点击工具栏的 Inter-sheeTerminal.按钮，添加上电源和接地符号，原理图的绘制就完成了。

图4Proteus中设计的电子时钟系统原理图

系统软件设计

第四章系统软件设计

4.1软件的结构

4.2概述

本系统的软件系统主要可分为主程序和定时器中断程序两大模块。在程序过程中，加入了抗干扰措施。下面对部分模块作介绍。

4.2.1主程序

主程序的功能是完成系统的初始化，程序流程如图4所示。

4.2.2中断服务程序

中断程序(如图6所示)完成时间计数，时间调整，误差消除等功能。中断采用AT89C2051内部T0中断实现，定时时间为125ms，当时间到达125ms×8,即1分钟时，分计数缓冲器MINBUFFER增加1，到达1小时，则时计数缓冲器HOURBUFFER 增加1，并将分、时的个位、十位放入显示缓冲器。当分计数缓冲器和时计数缓冲器分别到达60min、24h时，则对它们清零，以便从新计数。在中断设计中，还通过软件实现了累计误差消除功能，使整个系统时间的精确度得到保证。

图5 系统主程序流程图

5

模块特性简介

图6 定时中断程序

4.2.3调时程序

六位可调LED时钟，初始时间 12：34：56

按Set分别为计时、小时设置、分钟设置、秒设置

按下Up相应的位增加1

按下down相应的位减1

4.2.4 LED显示模组显示数字

由于系统要显示的内容较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。LED有共阴极和共阳极两种。如图7所示。

二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）a～g，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。

系统软件设计

7

图7 LED 数码管结构原理图 众所周知，LED 显示数码管通常由硬件7段译码集成电路，完成从数字到显示码的译码驱动。本系统采用软件译码，以减小体积，降低成本和功耗，软件译码的另一优势还在于比硬件译码有更大的灵活性。所谓软件译码，即由单片机软件完成从数字到显示码的转换。从LED 数码管结构原理可知，为了显示字符，要为LED 显示数码管提供显示段码，组成一个“8”字形字符的7段，再加上1个小数点位，共计8段，因此提供给LED 数码管的显示段码为1个字节。各段码位与显示段的对应关系如表1。

表1 各段码位的对应关系

需说明的是当用数据口连接LED 数码管a ～dp 引脚时，不同的连接方法，各段码位与显示段有不同的对应关系。通常数据口的D0位与a 段连接，D1位与b 段连接，……D7位与dp 段连接,如表1所示，表2为用于LED 数码管显示的十六进制数和空白字符与P 的显示段码。

表2 LED 显示段码

注：（1）本表所列各字符的显示段码均为小数点不亮的情况。

模块特性简介

根据AT89C2051单片机灌电流能力强，拉电流能力弱的特点，我们选用共阳数码管。将AT89C2051的P1.0～P1.7分别与共阳数码管的a～g及dp相连，高电平的位对应的LED数码管的段暗，低电平的位对应的LED数码管的段亮，这样，当P0口输出不同的段码，就可以控制数码管显示不同的字符。例如：当P0口输出的段码为1100 0000，数码管显示的字符为0。

数码管显示器有二种工作方式，即静态显示方式和动态扫描显示方式。

为节省端口及降低功耗，本系统采用动态扫描显示方式。动态扫描显示方式需解决多位LED数码管的“段控”和“位控”问题，本电路的“段控”（即要显示的段码的控制）通过P0口实现；而每一位的公共端，即LED数码管的“位控”，则由P3口控制。这种连接方式由于多位字段线连在一起，因此，要想显示不同的内容，必然要采取轮流显示的方式，即在某一瞬间，只让其中的某一位的字位线处于选通状态，其它各位的字位线处于断开状态，同时字段线上输出这一位相应要显示字符的字段码。在这一瞬时，只有这一位在显示，其他几位则暗。在本系统中,字位线的选通与否是通过PNP三极管的导通与截止来控制,即三极管处于“开关”状态。

系统的时分显示部件由4只7段共阳LED数码管构成，前两只用于时的显示，后两只用于分的显示。值得一提的是，在设计中需要实现时与分之间的两个闪烁点，为此，将第三只LED数码管倒置摆放，这样就形成了两个很自然的闪烁点。与此同时，为了能使两点显示能够形象的表示时钟“秒”的变化，设计时，将两个点由P1.7单独控制，每隔一秒使P1.7发送一个正脉冲，从而实现了两个点的闪烁显示，闪烁周期为一秒。

4.25 程序预览

#include

unsigned char code SEG7[12]={

0xC0,/*0*/

0xF9,/*1*/

0xA4,/*2*/

0xB0,/*3*/

0x99,/*4*/

0x92,/*5*/

0x82,/*6*/

0xF8,/*7*/

0x80,/*8*/

0x90,/*9*/

0xbf,/*-*/

0xff,//空

};

//P1.0设置P1.1 增加P1.2 减小

unsigned short int tcount;

sbit set=P1^0;

sbit up=P1^1;

sbit down=P1^2;

//结构体变量

struct time

{

unsigned char second;

unsigned char minute;

unsigned char hour;

}time1;

系统软件设计

//延时子程序

void delay(k)

unsigned int k;

{

unsigned char j;

while((k--)!=0)

for(j=0;j<125;j++);

}

//时钟调整子程序

TimeUpDown(n,x,y)

unsigned char n,x,y;

{

if(up==0)

{

delay(50); //消除抖动

if(up==0)

{

n++;

if(n==x)//上限越界显示为0

n=0;

while(up==0);

}

}

if(down==0)

{

delay(50);

if(down==0)

{

if(n==0)//下限越界显示为最大可显示

n=y;

else

n--;

while(down==0);

}

}

return n;//返回调整后的值

}

void display(DisSecondL,DisSecondH,DisMinutL,DisMinutH,DisHourL,DisHourH)

unsigned char DisSecondL,DisSecondH,DisMinutL,DisMinutH,DisHourL,DisHourH; //显示子程序

{

// 日日日日日日

// 1 2 3 4 5 6

// hH hL mH mL sH sL

// 01 02 04 08 10 20

P2=0x00;

P0=SEG7[DisSecondL]; //显示秒钟的个位

P2=0x20;

delay(3);

P2=0x10;

9

模块特性简介

P0=SEG7[DisSecondH]; //显示秒钟的十位

P2=0x10;

delay(3);

P2=0x00;

P0=SEG7[DisMinutL]; //显示分钟的个位

P2=0x08;

delay(3);

P2=0x00;

P0=SEG7[DisMinutH]; //显示分钟的十位

P2=0x04;

delay(3);

P2=0x00;

P0=SEG7[DisHourL]; //显示小时的个位

P2=0x02;

delay(3);

P2=0x00;

if(DisHourH==0)

{;}

else{

P0=SEG7[DisHourH]; //显示小时的十位

P2=0x01;

delay(3);

}

}

main()

{

unsigned char Flag;

time1.second=56;

time1.minute=34;

time1.hour=12;

TMOD = 0x01;

TH0 = (65536-50000)/256;

TL0 = (65536-50000)%256;

ET0 = 1;

EA = 1;

while(1)

{

if(set == 0) //设置标志位Flag

{

delay(50);

if(set == 0)

{

TR0 = 0;

Flag++;

if(Flag > 3) //0:显示时间,1:小时调整，2:分钟调整，3:秒调整

Flag = 0;

}

while(set == 0);

系统软件设计

}

switch(Flag)

{

case 0:

TR0=1;

display(time1.second%10,time1.second/10,time1.minute%10,time1.minute/10,time1.hour%10 ,time1.hour/10);

break;

case 1: //时钟小时调整

TR0=0;

time1.hour=TimeUpDown(time1.hour,24,23);

display(10,10,10,10,time1.hour%10,time1.hour/10);

break;

case 2: //时钟分钟调整

time1.minute=TimeUpDown(time1.minute,60,59);

display(10,10,time1.minute%10,time1.minute/10,10,10);

break;

case 3: //时钟秒调整

time1.second=TimeUpDown(time1.second,60,59);

display(time1.second%10,time1.second/10,10,10,10,10);

break;

default:

break;

}

}

}

void t0(void) interrupt 1 using 0

{

tcount++;

if(tcount==20)

{

tcount=0;

time1.second++;

}

if (time1.second>=60)

{

time1.second=0;

time1.minute++;

11

模块特性简介

}

if (time1.minute>=60)

{

time1.minute=0;

time1.hour++;

}

if(time1.hour>=24)

time1.hour=0;

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

}

第五章仿真效果

按下Up相应的位增加1 按下down相应的位减

13

模块特性简介

结论

此实验利用protues仿真软件实现，基本实现了要求的功能。为了校准时钟增加了按键，便于调节。在本次实验中对单片机内部结构有一定了解，熟悉了各个引脚的功能，同时熟知了LED数码管的使用及各种电路的功能。

通过此次课程设计，无论是从软件方面还是硬件方面，都进一步学习和巩固了程序的总体设计。在软件方面，进一步熟悉了各条指令的功能及用法，定时、中断的用法，更深一步学习了用汇编语言编写实现数字时钟功能。在硬件方面，了解并学习使用keil软件和proteus软件，在keil中编程，调试，运行，在Proteus 中进行硬件设计、仿真。在整一个设计过程中，从设计到实现，从编程到调试，每一步都是自己亲力亲为，虽然从中遇到各种问题，有时叫人很烦，但在发现问题后去解决，并成功了，此时会有一种快乐和成就感。只有自己亲自去操作，才能将学习的知识变成自己的。

程序不要光看不写，一定要自己写一次。最开始的时候，啥都不懂，可以抄人家的程序过来，看看每一句是干什么用的，达到什么目的，运行后有什么后果，看明白了之后，就要自己写一次，你会发现，原来看明白别人的程序很容易，但到自己写的时候却一句也写不出来，这就是差距。

单片机提高重在实践，想要学好单片机，软件编程必不可少。但是熟悉硬件对于学好单片机的也是非常重要的。如何学习好硬件，动手实践是必不可少的。我们可以通过自己动手做一个自己的电子制作，通过完成它，以提高我的对一些芯片的了解和熟练运用它。这样我们就可以多一些了解芯片的结构。

我对程序设计课程的学习的目标是在若干年以后能够独立设计一个复杂的系统，包括硬件电路和软件部分。所以，这次课程设计我付出了比别人跟多的努力，同样也学习到了更多的知识。在我能够独立设计更复杂的实用系统的时候，回想现在我连设计一个简单的数字钟系统都没有很好的把握时，我一定会为自己的成长感到喜悦。

参考文献

参考文献

[1] 张迎新单片微型计算机原理、应用接口技术. 北京：国防工业出版社，2004.1

[2] 何利民单片机高级教程. 北京：航空航天大学出版社，2000.8

[3] 谢维成单片机原理及应用与51程序设计. 北京：清华大学出版社，2006.8

[4] 余永权单片机在控制系统中的应用. 北京：电子工业出版社，2003.10

[5] 李朝青单片机原理及接口技术. 北京：航空航天大学出版社，1999.3

[6] 夏继强单片机实验与实践教程. 北京：航空航天大学出版社，2001.11

[7] 曹洪奎;马莹莹基于Proteus单片机系统设计与仿真辽宁工学院学报07年04期

[8] 侯玉宝基于Proteus的51系列单片机设计与仿真[M]电子工业出版社，2008.270～288

[9] 蔡希彪,曹洪奎; 单片机电子时钟系统的设计与仿真 [J];中国科技信息; 2007年04期

[10] 方怡冰.单片机课程的教学与实验改革[J].电气电子教学学报.2006，第3期.

[11] 刘文秀.单片机应用系统仿真的研究[J].现代电子技术.2005, 第286 期

[12] 张友德.单片微型机原理、应用与实验[M].上海：复旦大学出版社，2003.225～256.

15

附录1

致谢

在论文完成之际，我首先向关心帮助和指导我的指导老师朱静表示衷心的感谢并致以崇高的敬意

在我即将完成学业之际，我深深地感谢我的家人给予我的全力支持！

最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授!