单片机课程设计--基于AT89C52单片机的LED点阵显示电子钟设计.doc

课 程 设 计题 目基于AT89C52单片机的LED点阵显示电子钟设计学 院物流工程学院专 业物流工程班 级姓 名指导教师2015年1月18日课程设计任务书题 目: 基于AT89C52单片机的LED点阵显示电子钟设计 初始条件：1. Protues 7 professional的ISIS 7 professional和ARES 7 professional软件2. Keil uvision4软件 3.单片机的相关资料指导书要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）涉及一种基于AT89C52单片机的LED点阵显示时钟，具体要求如下：1. 时钟的显示由LED点阵构成。2. 能正确显示时间，上电时间为12点。3. 时间能够由按键调整。4. 误差小于1s。时间安排： 2015年1月4-5日 选择题目、布置任务2015年1月6-8日 功能分析、硬件设计及修改2015年1月9-13日 软件设计与编程2015年1月14-16日 调试并修改硬件组成 2015年1月17-18日 修改软件编程并调试2015年1月19-20日 编写设计说明书2015年1月21-22日 确认提交版答辩指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别男专业、班级课程设计题目：基于AT89C52单片机的LED点阵显示电子钟设计课程设计答辩或质疑记录：1.Proteus软件的主要功能是什么？答：Proteus分两部分，一部分是绘制PCB板的；另一部分是仿真软件，用于电子的仿真，如单片机。2.LED显示屏与LCD显示屏相比有什么优势？答：LED为一种发光二极管，工作时耗电量小，节能环保。原理是把电能直接转换为光能，不产生或产生极少热量，对人体辐射较小，而且耐冲击，性能稳定。3.时间设置功能你采用了几只按键来实现，分别有什么作用？答：用了三只按键来实现，其中的两只是时间调整按键，分别用于时调整和分调整，另外一只是用作复位按键来实现复位的。成绩评定依据：1 硬件电路和软件程序的正确性；2 设计说明书的规范性和完整性；3 答辩情况；4 功能实现的难易程度。最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年 月 日目录1.项目概述 21.1设计内容和要求2 1.2设计思路22.设计原理分析 32.1设计方案论证32.2电路工作原理32.2.1复位电路模块 32.2.2晶振电路模块 32.2.3按键电路模块 42.2.4显示电路模块 53. 硬件电路设计63.1主要硬件设备介绍73.1.1 88点阵屏 73.1.2 74LS373锁存驱动器的特性及使用83.1.3 74LS138译码器的特性及使用103.1.4 AT89C52单片机 123.2 电路原理图 133.3 元件清单 144. 软件设计154.1 框图设计 154.2 程序流程图 164.3 程序清单 165. 系统仿真276课程设计总结29参考文献29摘要本文设计的是一个室内用5块88点阵时钟显示屏，数字采用静止显示方式。电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟走时更准确、性能更稳定。LED点阵电子钟程序主要功能是屏幕显示时间稳定，精确。所以按照分块设计的方法可以把程序分为主程序、显示程序、计时程序。主程序主要是用来初始化系统和控制各个子程序之间执行的顺序。显示程序用来完成数字在LED点阵上的显示，时钟的显示是使用5块88点阵显示屏。计时程序用来完成计时，数时功能。基于AT89C52单片机的LED点阵显示电子钟具有结构简单，性能好，价格低和灵活等优点，因此得到了广泛应用。关键词：LED；电子钟；AT89C52单片机1 项目概述1.1设计内容和要求利用AT89C52单片机结合LED点阵显示器设计一个点阵显示电子钟。电子时钟将在5块88点阵显示屏上分别显示(小时十位)、(小时个位)、(：)、(分十位)、(分个位)。时钟出现累积误差，可以人为手动进行修改。修改时间的功能可以通过独立式按键来完成。设计一种基于AT89C52单片机的LED点阵显示时钟，基本设计要求如下： 时钟的显示由LED点阵构成。 能正确显示时间，上电时间为12点。 时间能够由按键调整。 误差小于1s。1.2 设计思路LED点阵电子钟程序主要功能是屏幕显示时间稳定，精确。所以按照分块设计的方法可以把程序分为主程序、显示程序、计时程序。主程序主要是用来初始化系统和控制各个子程序之间执行的顺序。显示程序用来完成数字在LED点阵上的显示，时钟的显示是使用5块88点阵显示屏。计时程序用来完成计时，数时功能。2设计原理分析2.1 设计方案论证由中断产生的秒、分、小时数据，经转换子程序转换成适应LED点阵显示屏显示的数据，并通过单片机的输出功能输入到LED点阵显示屏，再通过显示扫描程序，显示出时钟的走时时间。用计时程序来完成计时，数时功能，再通过单片机综合控制将数字显示出来。由此可见，通过AT89C52单片机的控制功能，完全可以实现LED点阵显示电子钟。2.2 电路工作原理2.2.1 复位电路模块本设计采用RC上电加按钮复位。如图2.1中所示，将一个手动按钮与电阻串联后再和复位电容并联起来，当系统上电后，由于开关没有导通，还是一个基本的阻容复位电路，系统会可靠地复位。如果在调试过程中需要对系统进行复位，这时不需要断电再接通电源，只需按一下复位开关即可。当复位开关按下后，电容被短路，在RET脚上由于电阻分压会得到一个复位的高电平，达到复位效果。图2.1 复位电路2.2.2 晶振电路模块AT89C52单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输出端和输入端，时钟可由内部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。晶振电路中，采用高精度的12MHz的石英晶振和电容值为30皮法拉的电容组成并联谐振回路。以获得较高的刷新频率及较准确的时钟频率使显示稳定，计时准确。系统时钟由定时器T0中断方式产生，较为精确。电路图如图2.2。图2.2 晶振电路综合以上两个电路模块可设计出由复位电路和晶振电路加上AT89C52单片机所组成的单片机最小系统，如图2.3所示。图2.3 单片机最小系统电路2.2.3 按键电路模块按键电路由两个个独立式按键组成，如图2.4。采用定时查询方式，一般情况下，单片机应用系统的用户按一次键(从按下到释放)或释放一次键(从释放到再次按下)最快也需要50毫秒以上，在此期间CPU只要有一次查询键盘，则该次的按键和释放就不会丢失。因此，可以编制这样的按键程序，即每隔不大于50毫秒的时间(典型值为20毫秒)单片机就去查询一次按键，查询各键按下与释放的状态，就能正确地识别用户对键盘的操作。独立按键，按键电路由两个独立式按键组成，分别接单片机的P3.2、P3.3低电平驱动。这两个按键分别用作时调整，分调整。图2.4 独立按键电路2.2.4 显示电路模块显示电路由五片88点阵LED组成，用以显示(时分)。根据设计要求，采用并行方式显示，通过锁存器芯片来扩展I/O口，达到控制LED点阵的40个列线的目的。本方案运用5片锁存器74LS373来组成5组双缓存寄存器，驱动LED点阵的8组列线，用3/8译码器74LS138对LED点阵的8行进行扫描。在送每一行的数据到LED点阵时，每次把数据分别送到5个74LS373，然后再把数据一起输出到LED点阵列中，送出去的时间数据由AT89C52来控制。单片机的串口与行驱动器相连，用来发送显示数据信息。P0口与LED的行引脚相连，送出数据，地址以及系统的控制信号。输出低态时，最大可吸取0.5安培，即500毫安，若每个LED取30毫安，8个LED同时点亮，需要240毫安，完全满足LED点亮的基本条件。显示电路如图2.5。图2.5 显示电路模块3硬件电路设计3.1 主要硬件设备介绍3.1.1 88点阵屏图3.1为88点阵LED外观及引脚图，其等效电路如图3.2所示，只要其对应的DC、DR轴顺向偏压，即可使LED发亮。例如如果想使图3.2左上角LED点亮，则DC8=1，DR1=0即可。应用时限流电阻可以放在DC轴或DR轴。88点阵LED外观及引脚如图3.1。DC3 DC6 DR4 DC8 DR6 DR7 DC7 DC5DC1 DR5 DR3 DC4 DR8 DC2 DR2 DR188点阵焊接面引脚图3.1 88LED点阵引脚图图3.2为88点阵LED等效电路，由此可以看出点阵是用64个LED组成的。点阵LED扫描法介绍：从图3.2中可以看出，88点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮。频率必须大于128赫兹，周期小于7.8毫秒即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行(8盏LED)时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。图3.2 88点阵LED等效电路3.1.2 74LS373锁存驱动器的特性及使用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。本小节将介绍74LS373的工作原理，引脚图(管脚图)，内结构图，主要参数及在单片机系统中的典型应用电路。74LS373工作原理简述:1脚是输出使能(OE)，是低电平有效，当1脚是高电平时，不管输入3、4、7、8、13、14、17、18如何，也不管11脚(锁存控制端，G)如何，输出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部呈现高阻状态(或者叫浮空状态)。当1脚是低电平时，只要11脚(锁存控制端，G)上出现一个下降沿，输出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)立即呈现输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的状态。锁存端LE由高变低时，输出端8位信息被锁存，直到LE端再次有效。当三态门使能信号OE为低电平时，三态门导通，允许Q0到Q7输出，OE为高电平时，输出悬空。74LS373内部逻辑结构如图3.3所示。图3.3 74LS373内部逻辑结构表3.1中：L表示低电平。H表示高电平。X表示不定态。Q0表示建立稳态前Q的电平，G输入端，与8031ALE连高电平，畅通无阻,低电平，关门锁存。表3.1 74LS373的真值表(功能表)OUTPUT CONTROLENABLE GDOUTPUTLLLHHHLXHLXXHLQ0Z图中OE表示使能端，接地。当G=“1”时，74LS373输出端1Q到8Q与输入端1D到8D相同，当G为下降沿时，将输入数据锁存。G，E功能如表3.2所示。表3.2 G，E功能表EG功能00101X直通QI = DI 保持(QI保持不变)输出高阻74LS373引脚(管脚)排列如图3.4。可见输出和输入是相邻排列的，所以在连接时应注意连接的引脚是否正确，避免错误。图3.4 74LS373引脚(管脚)排列3.1.3 74LS138译码器的特性及使用74LS138为3线8线译码器，74LS138的工作原理如下：当一个选通端(G1)为高电平，另两个选通端(/(G2A)和/(G2B) )为低电平时，可将地址端(A、B、C)的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。74LS138功能是利用 S1、/S2和/S3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。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。74LS138引脚图如图3.5所示。图3.6所示的是用与非门组成的3线8线译码器74LS138的内部结构图。详细功能表如表3.3所示。图3.5 74LS138引脚图图3.6 74LS138内部电路表3.3 3线-8线译码器74LS138的功能表输 入输 出S12+3A2 A1 A0Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y700X11111111XX100000000X X XX X XX X X 0 0 00 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 1 1 0无论从逻辑图还是功能表(表3.3)我们都可以看到74LS138的八个输出管脚，任何时刻全为高电平则芯片处于不工作状态，只有一个为低电平，其余7个输出管脚全为高电平。如果出现两个输出管脚在同一个时间为0的情况，说明该芯片已经损坏。74LS138有三个附加的控制端S1、/S2和/S3。当S1、/S2接低电平时，输出为高电平(S=1)，译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表2.3所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多片连接起来以扩展译码器的功能。带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器。在图3.6中如果把作为“数据”输入端(在同一个时间)，而将作为“地址”输入端，那么从送来的数据只能通过所指定的一根输出线送出去。这就不难理解为什么把叫做地址输入了。例如当S1=1、S2=0和S3=1时，门的输入端除了接至输出端的一个以外全是高电平，因此的数据以反码的形式从输出，而不会被送到其他任何一个输出端上。3.1.4 AT89C52单片机微处理器采用AT89C52系列单片机，AT89C52单片机是这几年在我国非常流行的单片机，是一种带8K字节闪存器的高性能单片机，可擦除存储器可以反复擦除100次，具有低功耗，高性能的特点，并且可与工业标准的MSC-51指令集和输出管脚相兼容，对于本设计需要实现的功能，完全可胜任。LED点阵电子钟的设计主要是用AT89C52单片机进行控制，用12MHz的晶振来保证计时的精准性，用具有一定驱动能力的74LS373锁存器和74LS138译码器进行I/O口扩展，并在5块88点阵上显示。3.2 电路原理图图3.7 LED点阵显示电子钟电路原理图3.3 元件清单表3.4 LED点阵显示电子钟元件清单元件名称型号数量/个用途单片机AT89C521控制核心晶振12MHZ1晶振电路电容33pF2晶振电路电解电容10uF/10V1复位电路电阻10K1复位电路驱动器74LS071LED驱动LED点阵885显示电路集成块74LS3735驱动锁存集成块74LS1381行扫描排阻10K81上拉电阻按键1分调节按键1时调节电源+5V/0.5A1提供+5V按键1复位电路4软件设计4.1 框图设计LED点阵电子钟程序主要功能是屏幕显示时间稳定，精确。所以按照分块设计的方法可以把程序设计为主程序、显示程序、计时程序。主程序主要是用来初始化系统和控制各个子程序之间执行的顺序。显示程序用来完成数字在LED点阵上的显示，时钟的显示是使用5块88点阵显示屏，其软件设计原理是：由中断产生的秒、分、小时数据，经转换子程序转换成适应LED点阵显示屏显示的数据，并通过单片机的输出功能输入到LED点阵显示屏，再通过显示扫描程序，显示出时钟的走时时间。计时程序用来完成计时，数时功能。图4.1为主程序框图,图4.2为系统框图设计。开始初始化调显示程序结束图4.1 主程序流程图复位电路按键电路控 制 器 行驱动电路显示电路列驱动电路电源电路AT89C52图4.2 LED点阵显示电子钟系统框图4.2 程序流程图计时中断开始秒加1分加1小时加1中断返回YYYYYNNN1小时到？1分到？1秒到？图4.3程序流程图4.3 程序清单 ORG 0000H LJMP MAINORG 0003H LJMP PINT0 ORG 000BH LJMP INTT0ORG 0013HLJMP PINT1 ORG 0030H MAIN: MOV SP, #60H MOV TMOD, #01H MOV TL0, #0e0H MOV TH0, #0b1H MOV IE,#87H MOV 30H,#01H ;时十位 MOV 31H,#02H ;时个位 MOV 32H,#0AH ;光标点位 MOV 33H,#00H ;分十位 MOV 34H,#00H ;分个位 MOV 35H,#00H ;秒十位 MOV 36H,#00H ;秒个位SETB IT0SETB IT1SETB PT0 SETB TR0LOOP0: LCALL DISP LJMP LOOP0 INTT0: MOV TL0, #0e0H MOV TH0, #0b1H PUSH ACC PUSH PSW INC 36H MOV A, 36H CJNE A, #25, PLL MOV 32H, #0BHPLL: CJNE A, #50,ENDD ;1S MOV 32H, #0AH MOV 36H, #00H INC 35H MOV A, 35H CJNE A,#60,ENDd ;分个位 MOV 35H, #00H INC 34H MOV A, 34H CJNE A,#0AH,ENDd ;分个位 MOV 34H, #00H INC 33H MOV A, 33H CJNE A,#06H,ENDd ;分十位 MOV 33H, #00H INC 31H MOV A, 30H CJNE A, #02H, END1 MOV A, 31H CJNE A,#04H,END1 ;时个位 MOV 31H, #00H MOV 30H, #00HEND1: MOV A, 31H CJNE A,#0AH,ENDd ;时个位 MOV 31H, #00H INC 30HENDd: POP PSW POP ACC RETI DISP: PUSH ACC PUSH PSW MOV A,30H ;显示要显示的数字 MOV B, #08H MUL AB MOV 3BH, A MOV R4, #00H MOV R5, #08HLOOP00: MOV A, 3BH MOV DPTR, #TABE MOVC A,A+DPTR MOV P2, R4 MOV P0, A MOV P1, #0FEH INC 3BH INC R4 LCALL DELAY DJNZ R5, LOOP00 MOV A,31H ;显示要显档的数字 MOV B, #08H MUL AB MOV 3BH, A MOV R4, #00H MOV R5, #08HLOOP11: MOV A, 3BH MOV DPTR,#TABE MOVC A,A+DPTR MOV P2, R4 MOV P0, A MOV P1, #0FDH INC 3BH INC R4 LCALL DELAY DJNZ R5, LOOP11 MOV A,32H ;显示要显档的数字 MOV B, #08H MUL AB MOV 3BH, A MOV R4, #00H MOV R5, #08HLOOP22: MOV A, 3BH MOV DPTR, #TABE MOVC A,A+DPTR MOV P2, R4 MOV P0, A MOV P1, #0FBH INC 3BH INC R4 LCALL DELAY DJNZ R5, LOOP22 MOV A,33H ;显示要显档的数字 MOV B, #08H MUL AB MOV 3BH, A MOV R4, #00H MOV R5, #08HLOOP33: MOV A, 3BH MOV DPTR, #TABE MOVC A,A+DPTR MOV P2, R4 MOV P0, A MOV P1, #0F7H INC 3BH INC R4 LCALL DELAY DJNZ R5, LOOP33 MOV A,34H ;显示要显档的数字 MOV B, #08H MUL AB MOV 3BH, A MOV R4, #00H MOV R5, #08HLOOP44: MOV A, 3BH MOV DPTR, #TABE MOVC A,A+DPTR MOV P2, R4 MOV P0, A MOV P1, #0EFH INC 3BH INC R4 LCALL DELAY DJNZ R5, LOOP44 POP PSW POP ACC RET DELAY: MOV 37H, #50DEL: MOV 38H, #4 DJNZ 38H, $ DJNZ 37H, DEL RETTABE: ;0 DB 00H,18H,24H,24H,24H,24H,18H,00H ;1 DB 00H,10H,30H,10H,10H,10H,38H,00H ;2 DB 00H,18H,24H,04H,18H,20H,3CH,00H ;3 DB 00H,18H,24H,18H,04H,24H,18H,00H ;4 DB 00H,08H,18H,28H,7CH,08H,08H,00H ;5 DB 00H,1CH,10H,18H,04H,24H,18H,00H ;6 DB 00H,18H,24H,38H,24H,24H,18H,00H ;7 DB 00H,3CH,28H,08H,10H,10H,10H,00H ;8 DB 00H,18H,24H,18H,24H,24H,18H,00H ;9 DB 00H,18H,24H,24H,1CH,24H,18H,00H ;: DB 00H,00H,18H,18H,00H,18H,18H,00H ; DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H RET PINT0: MOV4AH, #20 DJNZ4AH, $ JB P3.2, END_DD MOV 36H, #00H INC 34H MOV A, 34H CJNE A,#0AH,END_DD ;分个位 MOV 34H, #00H INC 33H MOV A, 33H CJNE A,#06H,END_DD ;分十位 MOV 33H, #00HEND_DD: RETIPINT1: MOV4AH, #20 DJNZ4