单片机新颖60秒LED旋转电子钟_精品文档.doc
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数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——新颖60秒LED旋转电子钟
数理与信息工程学院
《单片机原理及应用》期末课程设计
题目：
新颖60秒LED旋转电子钟
专业：
班级：
计算机091班
姓名：
学号：
指导老师：
成绩：
（2010.6）
目录
第1节引言 3
1.1LED旋转电子钟概述 3
1.2本次设计的要求 3
1.3系统主要功能 3
第2节系统硬件设计 5
2.1系统设计框架及实现 5
2.11系统原理图 5
2.1.2系统设计框图 6
2.2系统硬件组成 6
2.2.1AT89C2051单片机及其引脚说明 6
2.2.260秒旋转译码驱动原理 7
2.2.3时分显示部件 9
第3节系统的软件设计 11
3.1系统主程序设计 11
3.2中断程序设计 12
3.3程序清单 13
结束语 28
参考文献 29
新颖60秒LED旋转电子钟
第1节引言
近年来，随着我国科技的不断发展，我国经济发展的支柱产业——电子产业获得长足发展，近年来各种电子产品琳琅满目，随处可见，随着电子产品的更新速度的加快，各种功能强大，款式新颖的电子产品不断问世。
电子时钟便是这一发展趋势中的代表，各种功能的电子时钟应有尽有，且功能不断更新。
目前市场上出现的电子钟，一般都以LED数码管显示时分秒，与传统的以指针显示秒的方式不同，违背了人们传统的习惯，而且这类电子钟一般时采用大型的显示器，且外观设计欠美观，很少能进去百姓家庭。
此外，无论时机械钟、石英钟、还是电子钟，都存在着时间误差的问题。
本实验设计的LED显示器件显示的电子时钟，可以有效的克服时钟存在误差的问题，在夜间不必照明就可以看到时间，且以60只发光管实现秒显示，接进传统的秒针显示秒的形式，用户更容易接受，而且美观大方。
1.1LED旋转电子钟概述
随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的LED旋转电子钟。
本设计以单片机89C2051为控制核心，由实时时钟模块、电源模块、人机接口模块、60秒旋转译码驱动模块等部分组成。
其中实时时钟采用DS12887可实现年月日时分秒等时间信息的采集和闹钟功能。
温度检测模块由DS18B20集成温度传感器对现场环境温度进行实时检测。
人机接口模块由3个键盘和4个LED数码管组成，可实现时间显示、闹钟设置、时间校对等功能。
60秒旋转译码驱动模块是由60个发光二级管组成，模拟“秒针”的行走。
1.2本次设计的要求
（1）用4只LED数码管输出显示时和分。
（2）可通过按键设置闹钟的功能，且停闹无须手工操作。
（3）可同过按键设置分校时。
（4）月计时误差小于45秒
（5）用60只LED发光管旋转显示，模拟“秒针”行走。
1.3系统主要功能
本设计完成了以下功能：
（1）4只LED数码管显示当前时分
（2）每隔一秒周边的60只LED发光管旋转一格。
（3）当发生停电的时候，由后备电池供电，系统进入低功耗状态，所有显示部件停止显示，当恢复供电后，系统自动恢复工作状态，不影响计时。
第2节系统硬件设计
2.1系统设计框架及实现
2.11系统原理图
图2-1电子钟系统原理图
2.1.2系统设计框图
电子钟的原理框图如图2-2所示。
它由以下几个部件组成：
单片机89C2051、电源、时分显示部件、60秒旋转译码驱动电路。
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、60秒旋转译码驱动电路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；另一部分是由3V的电池供电，以保证停电时正常走时。
正常情况下电池是不提供电能的，以保证电池的寿命。
具体电路参见“新颖的60秒旋转电子钟参考电路原理图”。
图2-2电子钟系统设计框图
2.2系统硬件组成
2.2.1AT89C2051单片机及其引脚说明
AT89C2051单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版。
内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处理器，与IntelMCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。
由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。
AT89C2051是一个有20个引脚的芯片，引脚配置如图3所示。
与8051相比，AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口），使它最大可能地减少了对外引脚下，因而芯片尺寸有所减小。
AT89C2051芯片的20个引脚功能为：
图2-3AT89C2051引脚配置图2-4CD4017引脚图
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。
表2-1P3口特殊功能
P3口引脚
特殊功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
（外部中断0）
P3.3
（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0外部输入）
P3.5
T1（定时器1外部输入）
2.2.260秒旋转译码驱动原理
按常规传统设计，需60进制译码驱动电路才能实现60秒旋转译码驱动，若用六片十进制计数译码器构成六十进制计数译码电路，则电路连线多（需要120根连线），硬件电路庞大，开销大。
为此，我们巧妙地采用了两片CD4017进行六十进制计数译码，实现60秒旋转译码驱动。
既减少了电路的复杂程度又可降低了成本。
图4为CD4017功能引脚图，图5为其时序图。
图2-5CD4017时序图
CD4017集成电路是十进制计数/时序译码器，共有10个译码输出Q0～Q9；每个译码输出通常处于低电平，且在时钟脉冲由低到高的上升沿输出高电平；每个高电平输出维持1个时钟周期；每输入10个时钟脉冲，输出一个进位脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。
在清零输入端（R）加高电平或正脉冲时，只有输出端Q0为高电平，其余各输出端均为低电平“0”。
为实现对发光二极管的驱动，将每一个译码输出端口接一只发光二极管，并将二极管串联限流电阻后接地。
当译码端口Q0～Q9中任一端口为高电平，则对应的发光二极管点亮，如图6（左）所示。
仔细考查CD4017的功能，可发现其10个输出的高电平是相互排斥的，即任一时刻只有一只发光二极管点亮，因此可将图6（左）电路进一步简化为如图6（右）所示，从而简化电路设计。
图2-6CD4017控制发光二极管原理图
在本电子钟设计中，每秒点亮一个发光二极管，循环点亮一周共需60个发光二极管，若用上述的6片CD4017实现驱动，显然电路复杂。
为此我们选用两片CD4017和一片6反相器，采用“纵横双译码”技术，巧妙地实现60秒旋转译码驱动，其中一片接成10进制，一片接成6进制，实现6×10=60的功能，具体连接方法如图7所示。
图2-7发光二极管“纵横双译码”循环点亮LED原理图
将周期为1秒的输入脉冲作为其中一片CD4017的时钟脉冲，而此片的级联进位输出端（QC）作为另一片的时钟输入，并将Q6与复位端相连。
在两片译码输出端交叉点上接入发光二极管，构成6×10矩阵。
根据CD4017时序特点，在初始状态，作为高位（纵）的CD4017译码器输出端口Q0处于高平，经反相器反相后为低电平。
当作为低位（横）的CD4017译码器输出端口Q0～Q9依次输出高电平后，则对应的二极管LD1～LD10依次点亮；此后由于QC端的进位，高位CD4017译码输出端口Q1输出高电平，反相后输出低电平，当低位的CD4017译码输出端口Q0～Q9依次输出高电平后，二极管LD11～LD20依次点亮。
如此往复，直至高位Q6向复位端输入高电平，CD4017复位，60秒循环点亮重新开始。
2.2.3时分显示部件
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8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。
图2-8LED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2。
表2-2各段码位的对应关系
段码位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
显示段
dp
g
f
e
d
c
b
a
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2所示，表3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2-3LED显示段码
字型
共阳极段码
共阴极段码
字型
共阳极段码
共阴极段码
0
C0H
3FH
9
90H
6FH
1
F9H
06H
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