基于51单片机的时分秒显示器设计与制作

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目录

1产品功能分析............................................................................................................1

2设计方案选择............................................................................................................1

2.1设计方案说明....................................................................................................1

2.2设计方案介绍....................................................................................................1

2.3方案系统框图....................................................................................................2

3产品硬件设计............................................................................................................2

3.1STC89C51单片机...............................................................................................3

3.2数码管驱动模块..................................................................................................6

3.374SC573芯片介绍..............................................................................................7

3.4按键调试时间模块..............................................................................................7

3.5指示灯模块..........................................................................................................8

4系统软件设计............................................................................................................9

4.1编程软件KeilC5...............................................................................................9

4.2仿真软件proteus...............................................................................................9

4.3程序流程图........................................................................................................10

4.4调试运行............................................................................................................11

附录1元器件清单.........................................................................................................12

附录2电路原理图........................................................................................................13

附录3PCB设计图......................................................................................................14

附录4产品实物图........................................................................................................15

附录5主程序代码........................................................................................................15

参考资料.........................................................................................................................18

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基于51单片机的时分秒的显示的设计与制作

1产品功能分析

单片机出世以来，其经济，操作简单易懂，受到很多群众的喜爱，本人通

过大学期间的学习，利用专业知识设计做了本产品，使用单片机以及线路的设

计焊接制作，配合电子电路，程序，使得该产品通电后可以通过LED数码管来

显示“时”，“分”，“秒”的精准显示，其精度比传统的指针机械时钟精度

更高，操作更方便，还可以通过产品的按钮调节其数值。

（1）键盘用于调试数码管的时分秒。

（2）单片机输送的信息通过显示电路变异显示在数码管上

（3）设置12制与24小时制的按键，并设置有相应的时间制指示灯。

2设计方案选择

进行方案的选择要综合考虑各软硬件的兼容性，后期调试运行的完美运行。

控制器模块的选择。

方案1：采用51系列单片机有优异的性价比。集成度高、体积小、有很高

的可靠性。控制功能强。扩展性能好，非常容易构成各种应用系统。

2.1计时模块的选择

方案1：完全使用软件变异实现时分秒的显示，因为在单片机内部由三个字

节分别存放时分秒的信息，使用计时器与软件编程结合，时期能够实现时分秒

的显示与调试工作，利用定时器与软件相结合实现1秒的定时中断，当秒数达

到60时，分钟位增加1，当分钟位为60时，小时位增加1。当时达到24时，

时清零。本方案无电池，当产品不通电时，程序将停止。

2.2显示模块的选择

方案1：采用LED数码管

LED数码管虽然显示内容不如液晶多，画面不如液晶，但是是本次设计并不

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复杂，led完全能够胜任此设计，且LED价格相较于液晶，便宜许多。

2.3最终方案

使用stc89c51单片机作为主控制器。

（1）使用单片机内部定时器计时。

（2）使用LED数码管为显示器

3产品硬件设计

本设计使用STC89C51单片机，加74Hc573驱动数码管,系统框图如图3-1所

示。

图3-1系统框图

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3.1STC89C51单片机

STC89C51的优点是能耗比较低，以较低的能耗依然能实现比较高的性能表

现，STC89C51是CMOS8位微控制器，可以再系统编程Flash储存器。在一个单

芯上，不仅拥有系统可编译Flash，还有灵活的8位CPU，嵌入式应用系统因为

此单片机而变得更加高效。STC89C51的功能参数有：512字节的RAM，4k字节

的Flash，看门狗定时器，还配置有内置4kbEEPROM,MAX810电路复位等一些实

用配置。可以在上限为35Mhz的频率工作。

U1单片机模块

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

图3-2STC89C51单片机引脚图

单片机是一种新型51内核单片机，由美国的STC公司出品的，内部

含有SRAM,SPI,Flash程序存储器等。

STC89C51的基本数据，基本功能：

该单片机的机器周期有两种，一种是一般型12时，第二种是加强型

6时，内部安装有51内核；

STC89C51RC拥有对应的4KB空间的flash；

(RAM)内部储存器大小：512B；

有3个16位的计数器/定时器；

1个（UART）通用异步通信口；

配置有8个中断源；

正常工作电压为3.8·5.5V；

拥有32\36个通用I\O口；

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关于STC89C51的引脚注释：

GND:接入地面；

VCC提供电压；

P0口：P0口是漏级开路双向I/P口，每一根脚可以吸入8TTL门电

流。如果P1口脚的写入值为1的时候，则会被视为高阻写入。P0可以当

做外部数据的存储器，地址/数据的第八位也可以定义P0，在编程FLASH

的时候，P0口用于原码写入口，当FLASH效验时，P0会输出原码，这个

时候P0的外部会被相应的拉高起来。

P1口：此接口是一个8位双向I/O口的上拉点阻，P2口的缓冲器可

以接受并输出4个TTL门电流，如P2口写入1时，管脚就会被拉高，用

作输入。

P1口被外部下拉成低电平的时候，这时会有电流输出，这是因为内部

上拉电阻的原因。FLASH在编程和效验的时候，P1口会用作第八位接收地

址。

P2口：P2口8位双向I/O口的一个内部上拉电阻，P2口的缓冲器可

以接受并输出4个TTL门电流，当P2口被输入数值1的时候，它的管脚

会被内部上拉电阻拉高，并且用作写入。因为用词作为写入的时候，P2口

的管脚会被外部拉低，并有相应的输出电流。因为这是内部上拉导致的。

P2口用于16位地址外部数据存储器进行存取或者外部程序存储器存取的

时候，P2口输出的地址的高把位。在输出地址为1的时候，就可以利用内

部的上拉优势，当读取外部八位地址数据储存器读取的时候，P2口就会输

出特别寄存器的内容。P2口在效验和FLASH编程接收的高八位资质信号与

控制信号。

P3口：P3口是内部上拉电阻的双向I/O口，一共有8个，可以用来

接收并输出4个TTL门电流。若此接口输入数值1的时候，内部会把他上

拉为高电平，并且用来输入。由于外部下拉成低电平，会导致P3口输出

电流，因为上拉的原因。

RXDP3.0（串行输入口）

TXDP3.1（串行输出口）

INT0/P3.2（外部中断0）

INT1/P3.3（外部中断1）

T0P3.4(记时器0外部写入）

T1P3.5（记时器1外部写入）

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WR/P3.6（外部内容储存器写选通）

RD/P3.7（外部内容储存器读选通）

P3口为编程效验和闪烁编程同事接收控制信号。

I/O口工作的方法有两种，就是读引脚跟读端口。端口读取的时候其

实不是从外部读取数据，而是端口的锁存器的数据读入内部总线，经过处

理运算后重新写到端口锁存器。要把外部数据写入到内部总线，就只有读

取端口置才可以。图中的三角形示意就是输入缓冲器CPU将根据指令的不

同分别发出读取引脚或者读取端口来完成操作。该操作是硬件自主完成

的。I/O口被叫做准双向口。P0/P1/P2口都是89C51用作输入的时候都是

准双向口。

RST：就是复位写入，当振荡器复位期间的时候，就要保持RST的高

电平

的运行时间。

PROG/ALE:外部存储器被访问时，输出电平可以用来锁存地址的地位

字节。

FLASH编译期间，这个引脚还可以写入编程的脉冲。一般情况下，ALE

端以固定的频率去输出正的脉冲信号，这个频率大致是振荡器的六分之

一。所以它可以用来定时或者对外部输出的脉冲。有些要注意的地方，如

果用作外部数据存储的时候，就会跳过一个脉冲。当SFR8EH地址为0的

时候，ALE就会被禁止输出。在这个期间，ALE只有在执行MOVX的时候

MOVX的指令为ALE才能发挥效能。这个引脚被动轻微拉高。当外部执行状

态ALE禁止的时候，则置位不起作用。

/PSEN:外部储存器的选通信号。在取数值的时候，机器的周期有效两

次，如果在访问外部储存器的时候，PSEN信号就不会出现。

/VPP/EA：EA持续低电平的时候，在这期间的外部存储器不论有没有

内部程序储存器。但加密的方法是1的时候RESET就会被/EA锁定，/EA

端持续高电平的时候，此件内部程序储存器。这个引脚会在FALSH编程期

间用作12v的电源。

XTAL1:内部时钟运行电路的输入以及反向振荡放大器的输入。

XTAL2:来源于方向振荡器的输出。

STC89C51的最小单片机系统：

该单片机的最小系统有时钟，电源，复位等等部件，单片机能运行的

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必要条件是电源和时钟，最小系统可用作系统核心成分，通过对其进行处

理加工，让单片机可以胜任较为复杂的功能。

STC89C51内含EPROM/ROM的单片机，所以此芯片的简便性，可靠性

强，用STC89C52单片机组成的最小应用系统是时，就只要把复位电路跟

时钟电路接上就可以了。

时钟的电路

STC89C51的时钟信号由外部时钟或者内部时钟产生在该单片机的里面

有振荡电路，在单片机的XTAL2与XTAL1使用石英晶体外接在引脚外，就

能组成自激振荡器而且在单片机里面生成时钟的脉冲信号。

复位电路

单片机内部执行复位的操作需要单片机的RST引脚引入高电平且持续

两个机械周期。（如果引脚一直处于高电平状态，单片机就会一直处于复

位循环状态）。

按钮自动复位与上电自动复位是复位电路最常采用的两种方法。

上电自动复位只要电压的上升时间不大于1毫秒，就可以自动上电复

位。

有时候除了上电自动复位，还需要手动按键去复位，这个设计本来就

是设计的按键手动复位。可以通过电平方式和脉冲方式这两种方式复位。

STC89C51中断技术简介

数据的实时监测与控制需要用到中断技术，单片机的快速响应并作出

相应的指令是由中断系统来进行的。如果处罚的中断请求被允许，则单片

机会终止当前程序，进行中断服务处理中断服务请求后，才会再次回到之

前被中止的程序继续执行该程序。

3.2数码管驱动模块

把很多个LED显示段集成在一块的显示设备叫叫做数码管。分别有共阳极

与共阴极两种。把很多个LED灯的显示段阳极连接一起又叫公共端这就是共阳

极。把多个LED灯的显示段阴极接在一块也就是公共商即为共阴极。阳极就是

二极管的正级，阴极就是二极管的负极。数码管还可以分成动态显示与静态显

示。

本设计采用显示方式为动态显示，共阴极数码管，利用数码管的dp点将

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小时分钟与秒区分开来。

3.374HC573芯片介绍

74HC873包括八路D型透明锁存器，锁存器每个都可以用于面向总线

的应用的三种形态的输出以及独立的D型输入。

74HC873具有如下特征：

（1）可以用作控制器与微型计算机的输出输入口

（2）共同使用三种形态输出使能端。

（3）三台正向输出，用来面向总线的应用。

此设计仅用74HC873的驱动功能，是的显示效果更加明亮，单片机可

以直接操控数码管的位来实现数码管的显示功能。74HC573及显示电路如

图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

图3-374HC573及显示电路

3.4按键调试时间模块

在单片机中键盘分别由两种，一个是独立键盘，一个是矩阵键盘。矩阵键

盘虽然比较复杂，但是这种方法仅仅少量占用I/O口，独立键盘比较简单方便

稳定，所以这里我选择独立键盘。独立键盘利用了I/O口的高低电平来判断是

否有按钮被按下。将经常开的按钮一端接入地面，当程序启动的时候I/O位于

高电平，按下按键的时候，此时相应的I/O口接收到相应的指令变为低电平。

松开按键时，由于上拉电阻使I/O口又恢复到高电平状态。根据电平的高低我

们可以知道是否有按下按键，电平的高低可以在程序中找到。

在单片机实际应用的时候，键盘总是会有一些干扰因素，比如一些短时间

的抖动，而这些抖动会导致系统误认为键盘被按下从而做出相应的响应，所以

我们要设置一些防抖动的功能，抖动的时间大致是10~200ms，去抖动可以用硬

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件法与软件法，这里我们使用软件法去抖动，当当有按键被按下时，系统自动

延迟10~200ms，过后再次检测按键是否持续按下，就可以基本判定是否是认为

按下，K0若判定为认为，则系统就会

12

做出响按键034应。按键电路如图3-4所

示。K1

12

按键134

K2

12

按键234

K3

12

按键334

图3-4按键电路图

此设计的按键对应的空能分别是：按键0可以控制12小时制与24小时制

的来回切换，K1可以使数码管的小时位加1小时，K2可以使数码管的分钟位加

1分钟，K3可以使数码管的秒数值清零。

3.5指示灯的模块

指示灯模块由LED灯与电阻组成。是一种将电能转化为光能的半导体材料，

LED的有很多优点，比如高亮度，使用期限长，能耗低，还可用于再回收无毒无

害等等优点。随着是道德发展，LED灯的技术愈发成熟，性能愈发安全稳定可靠，

已经成为了多领域应用的器件。本次设计是红灯亮起表示当前时间制是12小时

制，熄灭表示为24小时制。黄灯熄灭起表示当前时间段为24:00-12：00，亮起

表示时间段为12：00-24:00。

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4.系统软件的设计

4.1编程软件KeilC51

该软件是美国的一家公司出品的一个c语言的软件开发系统，与其他相比，

他有比较明显的优势，在结构，可读性，维护性等。简单方便快捷，对于使用

过汇编编程的人来说，此软件更加得心应手，KeilC51开发的效率非常高，代

码查询方便快捷，容易读懂。KeilC51软件截图如图4-1所示。

图4-1KeilC51软件截图

4.2仿真软件proteus

此软件由英国的一家名为Labcenterelectronics公司出品的仿真软件，该

软件的问世，极大方便了人们，对于难以进行实验的线路，电路，可以通过该

软件进行模拟实验，来论证该方案是否可行，此软件的元器件与实物高度吻合，

参数等基本与实验室相对应。形象化的表达了线路的运行过程，运行方式。

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4.3程序流程图

开始

定时器初始化

且打开定时器

秒数清零

分钟加一键小时加1键

是否按下

是否按下是否按下

秒数清零

分钟加1小时加1

将各时间段的

数据记录并显

示

完成

图4-2程序流程图

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4.4调试运行

调试与运行有两大类，一个是软件的运行调试，一个是硬件的运行调试，

检查线路是否焊接完整，是否有漏焊，电路连接是否短路，各个元器件时候正

常，然后再检查软件的设计图以及程序代码。然后再通电试运行，按下按键看

产品是否能正常做出相应的响应，以及指示灯是否能做出对应的响应，如有异

常，一定要再次检查问题的所在，反复检查试运行，直到能完美运行。

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附录1元器件清单