基于单片机的花样电子时钟设计与制作Word文件下载.docx
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4.2点阵式LED花样显示的软件设计…………………………………………21
4.2.1点阵式LED花样显示软件系统设计………………………………21
5.花样电子时钟各模块之间的数据通信…………………………………………20
5.1AT89C52单片机并行接口的结构与特点……………………………………23
5.2时钟信号的串行通信…………………………………………………………23
5.3各模块之间数据通信的流程图………………………………………………23
5.3.1LED数码管时钟通信设置流程图……………………………………23
5.3.2点阵LED灯通信设置流程图…………………………………………24
6.设计特点与效果分析……………………………………………………………26
6.1设计功能介绍…………………………………………………………………26
6.2设计包含的技术要点…………………………………………………………26
6.3设计的特色……………………………………………………………………26
6.4设计总结………………………………………………………………………26
附录………………………………………………………………………………………28参考文献………………………………………………………………………………………43
致谢………………………………………………………………………………………44
中文摘要
单片机从20世纪70年代问世开始，以其极高的性价比，受到人们的重视和青睐，应用很广、发展也很迅速。
单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、可靠性高、灵活性好、价格低廉、开发比较简单容易。
由于具有以上优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、家用电器、电力电子、智能仪器仪表、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最有代表性和最为典型的一种。
这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89C52芯片为核心，加以必要的电路，设计了一个简单的花样电子时钟，它由5.0V直流稳压电源供电，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，同时通过LED显示出相应的图案，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。
关键词:
单片机，定时器中断,串口通信,数码管，8*8点阵式LED
Abstract
SCMbeganthe20th70'
scentury,beingimportancedbypeoplewithhighlycost-effectiveandapplicationisverybroad,veryrapiddevelopment.Singledevelopedrelativelyeasybecauseofsmallsize,lightweight,stronganti-interference,theenvironmentlessdemanding,highreliability,goodflexibilityandlowcost.Becauseoftheseadvantages,inourcountry,SCMhasbeenwidelyusedinindustrialautomationcontrol,automatedtesting,householdappliances,powerelectronics,intelligentinstrumentsandmeters,electromechanicalintegrationequipmentandotherareas,and51single-chipmicrocontrolleristhemostrepresentativeandthemosttypicalone.Thegraduationprojectthroughitslearning,applicationstoAT89C52chipasthecore,tothenecessarycircuitry,designedasimplepatternofelectronicclock,whichconsistsof5.0VDCpowersupply,bydigitalcontroltoaccuratelydisplaythetimeadjustthetimeandthroughtheLEDdisplaypatterncorrespondingtoarriveatlearning,design,developmenthardwareandsoftwarecapabilities.
KeyWords：
SCM,timerinterrupt,serialcommunication,digitaltube,8*8dotmatrixLED
引言
基于单片机的定时和控制装置在许多行业有广泛的应用，而电子时钟是其中最基本，也是最具有代表性的一个例子。
在基于单片机系统的电子时钟电路中，除了基本的单片机系统和外围电路外，还需要外部的控制和显示装置。
花样电子时钟，输入装置是按键开关，显示装置是LED七段数码管和点阵式。
单片机系统的定时和中断是单片机最重要的资源，也是应用最为广泛的功能。
花样电子时钟程序主要就是利用定时器和中断实现计时和现实功能。
1.绪论
1.1花样电子时钟的背景及意义
花样电子时钟是采用数字电路实现对时、分、秒显示的计时装置，同时添加了花样LED显示，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必不可少的必需品。
由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得电子时钟的精确度，远远超过老式钟表，而且大大地扩展了钟表的报时功能。
诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启动等，所有这些，都是也钟表数字化为基础的。
因此，研究电子时钟及扩大其应用，有着非常显示的意义。
整个设计包括两大部分：
硬件部分和软件部分。
硬件是整个系统的基础，软件部分则是合理、充分地支持和使用系统的硬件，从而完成系统所要完成的任务。
2.整体设计方案
2.1总体设计
2.1.1花样电子时钟的功能需求
实现可以同时显示小时、分钟和秒，设有四个按键K0、K1、K2和K3；
K1键按一次调分钟，K1键连续按两下调小时，K0键是复位，K2键加1，K3键减1；
到整点通过蜂鸣器发出响声的次数来报时，同时点阵式LED显示不同的图案。
如图2-1所示：
图2-1功能需求流程图
2.1.2花样电子时钟总体设计方案
一、本系统的总体设计方案可用以下框图表示,如图2-2所示。
图2-2总体设计框图
二、本系统以52单片机组成的主控电路，以LED数码管来显示时、分、秒，以独立按键方式对时、分进行调整，以LED点阵模块来实现整点报时的花样显示。
主控电路选用美国Atmel公司生产的与MCS-51系列单片机完全兼容的AT89C52芯片作为电路核心。
它是Atmel微控制器家族中廉价的成员，内部集成了2kb的Flash闪存，不需外扩程序存储器，大大简化了电路结构。
由于要实现数码管时钟显示与点阵式LED花样显示同步，并且AT89C52端口资源较少（仅有P1、P2、P3口），所以需要两个主控电路即两个AT89C52芯片分别控制数码管时钟显示与点阵式LED花样显示。
两个主控电路利用串口通信实现通信。
电路采用8个共阳LED数码管作为电子时钟的显示器件，其中每两位分别用来显示时钟的时、分、秒，两位分别显示两条斜杠。
采用8*8点阵式LED作为时钟花样的显示器件。
按键由4个按键组成，分别用来进行电子时钟复位、时间调整等。
由于要用到8*8点阵式LED显示花样图案，所以要用到扩展板电路。
单片机时钟信号采用11.0592MHz晶振产生。
电源电路由三端集成稳压块LM7805提供稳定的+5V电压。
3.花样电子时钟的硬件设计
3.1数码管电子时钟的硬件设计
3.1.1数码管电子时钟的硬件原理图
电子时钟的计时方案是利用单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现对时、分、秒的计时，它处理过程如下：
首先设定单片机内部的一个定时器/计数器工作于定时方式，对机器周期计数形成基准时间（如10ms）,然后用另一个定时器/计数器或软件计数的方法对基准时间计数形成秒（对10ms计数100次），秒计60次形成分，分计60次形成小时，小时计24次则计满一天。
然后通过数码管把它们的内容在相应位置显示出来既可。
数码管显示可以采用静态显示方法或动态显示方法。
静态显示方法需要数据锁存器等硬件，接口复杂,时钟显示一般用6个或8个数码管。
由于系统没有其他的复杂的任务处理，而且显示的时钟信息随时都可能变化，一般采用动态显示方法。
动态显示方法，线路相对简单，但须动态扫描，扫描频率要大于人眼视觉暂时频率（每秒24次），信息看起来才稳定。
译码方式可分为软件译码和硬件译码，软件译码通过译码程序查得显示信息的字段码；
硬件译码通过硬件译码器得到显示信息的字段码，实际中通常采用软件译码。
在具体处理时，定时器/计数器采用中断方式工作，对时钟的形成在中断服务程序中实现。
在主程序中只需对定时器/计数器初始化、调用显示子程序和控制子程序。
另外，为了使用方便，设计了简单的按键，可以通过按键实现时、分的调整，这样在主程序中就加入了键盘设置子程序。
整个系统的控制方案是：
上电后系统自动进入时间显示，从00—00—00开始计时；
通过按下时间设定/启动计时键，系统停止计时，进入到时间设定状态，系统保持原有的显示，等待键入当时时间，根据需要按相应的按键可以顺序设置时、分、秒，并在相应的数码管上显示设计值，设置完毕后，系统将从设定后的时间开始计时显示；
到整点时，蜂鸣器就鸣叫相应的次数（如3：
00am就鸣叫三次）。
基于系统上述的控制要求，设计出如下图所示的硬件电路，主要包括：
AT89C52单片机主控电路、扩展板电路、8位数码管显示电路、电源电路等，具体说明如下图所示：
图3-1单片机模块硬件原理图
图3-2数码管显示模块硬件原理图
一、主控电路
U1、C1、C2、Y1、C9、R9、S6构成主控电路的最小系统。
C1、C2、Y1是单片机时钟源产生电路，Y1选用11.0592MHz的晶振。
C1、R9是系统上电复位电路，S6为电路硬复位按钮。
二、扩展板电路
扩展板电路通过主控电路AT89C52的端口（P1、P2）与主控电路相连，它由点阵LED灯显示模块和数码管显示模块两部分组成；
点阵LED灯显示模块由8*8点阵式LED灯组成,数码管显示模块由是8位七段数码管组成。
三、显示电路
显示电路由U2、U3、Q1~Q7和8个共阳极七段式数码管组成（两位一组分别显示时、分、秒，剩余两位分别显示时、分、秒之间的短横线间隔）。
主控电路AT89C52的P1口为段选码输出端，通过74HC573与数码管相连，P2口为位选码输出端，分别通过三极管驱动与数码管阳极相连，三极管能对P2输入信号取反。
按键开关设定了4个，通过P1口相连。
四、蜂鸣器报时电路
由AT89C52的P3.6控制蜂鸣器（低电平有效）的驱动。
五、电源电路
电源电路由三端集成稳压块LM7805提供稳定的+5V电压。
3.2点阵式LED花样显示的硬件设计
3.2.1点阵式LED花样显示的硬件原理图
LED点阵显示模块实现的功能有：
通过AT89C52单片机的I2C接口接收显示数据；
用行扫描的方式进行显示，将行扫描串行数据和行显示串行数据分别发送给74LS04芯片进行显示。
LED为发光二极管的简称，是一种能将电能转换成光能的器件，当电流通过的时候可以产生可视的光。
每个LED点阵显示模块由16个8*8点阵LED组成。
LED点阵显示的工作原理是，共有16个管脚，0-7为阳极管脚，分别对应LED点阵从上到下的8行，A-H为阴极管脚，分别对应从左到右的8列，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平时，则相应的二极管就亮。
LED显示器常用的工作方式有静态显示方式和动态显示方式。
所谓静态显示，就是当显示器显示一个字符时，相应的发光二极管始终保持导通或截止，在显示的这个过程中，其状态是静止不变的，直到一个字符显示完毕，要显示下个字符，其状态才改变。
而动态显示方式则不同，，，它在显示每一个字符的过程中，都是一位一位的轮流点亮要显示的各个位，这样发福循环。
动态显示方式利用了人眼的视觉残留性质。
由于8*8点阵LED管脚设计的上述特点，使得要同时显示，只能采用动态显示方式。
LED点阵显示硬件原理图如下：
图3-3点阵模块硬件原理图
4.花样电子时钟的软件设计
4.1数码管电子时钟的软件设计
4.1.1数码管电子时钟软件系统设计
电子时钟的系统软件程序由主程序和子程序组成，主程序包含初始化参数设置、按键处理、数码管显示模块，蜂鸣器报时模块等，在设计时各个模块都要采用子程序结构设计，在主程序中调用。
由于定时器/计数器采用中断方式处理，因此还要编写定时器/中断服务子程序，在定时器/计数器中断服务程序中对时钟进行调整。
一、主程序
主程序执行流程如下图所示，主程序先对显示单元和定时器/计数器初始化，然后重复调用数码管显示模块和按键处理模块，当有键按下，则转入相应的功能程序。
图4-1主程序流程图
C语言源程序如下：
main（）
{
while
（1）
{
fenkai（m,f,s）。
heng（）。
xmiao（）。
xfen（）。
xshi（）。
keyscan（）。
if（kk==1）
fenm（）。
}
二、数码管显示模块
本系统共有8个数码管，从右到左依次显示秒个位、秒十位、横线、分个位、横线、时个位和时十位。
数码管显示的信息用8个内存单元存放，这8个内存单元称为显示缓冲区，其中秒个位和秒十位、分个位和分十位、时个位和时十位分别由秒数据、分数据和时数据分拆得到。
在本系统中数码管显示采用软件译码动态显示。
在存储器中首先建立一张显示信息的字段码表，显示时，先从显示缓冲区中取出显示的信息，然后通过查表程序在字段码表中查出所显示的信息的字段码，从P1口输出，同时在P2口将对应的位选码输出，选中显示的数码管，就能在相应的数码管上显示缓冲区的内容。
共阳极是8个发光二极管的阳极连在一起，为一个公共端，若公共端接高电平，当某发光二极管的阴极为低电平时，此发光二极管点亮。
在单片机系统中，如要使LED正常显示数字或字符时，不能直接将数字送到LED显示器，而是将要显示的数字通过查表方式，查到相应的显示子模再送到LED显示器显示。
如G端接高电平，段码各位定义如下：
Bit7
Bit6
Bit5
Bit4
Bit3
Bit2
Bit1
Bit0
Dp
g
f
e
d
c
b
a
如要显示“7”字，对应a、b、c应送入低电平，才能使该字段发光二极管点亮，段码为11111000B，即F8H。
voidtishif（）//分钟调试的显示
D2=0。
P1=tab[gfen]。
delay（50）。
P1=0xff。
D2=1。
D3=0。
P1=tab[sfen]。
D3=1。
voidtishis（）//小时调试的显示
D4=0。
P1=tab[gshi]。
D4=1。
D5=0。
P1=tab[sshi]。
D5=1。
voidfenkai（ucharmm,ucharff,ucharss）//秒、分、时个位、十位的设置
gmiao=mm%10。
smiao=mm/10。
gfen=ff%10。
sfen=ff/10。
gshi=ss%10。
sshi=ss/10。
voidxmiao（）//数码管上显示秒
D0=0。
P1=tab[gmiao]。
delay
（1）。
D0=1。
D1=0。
P1=tab[smiao]。
D1=1。
voidxfen（）//数码管上显示分
voidxshi（）//数码管上显示时
三、定时器/计数器T0中断服务程序
定时器/计数器T0用于时间计时。
选择方式1，先对定时器赋初值，CPU响应中断后进入中断服务子程序。
中断服务子程序以100ms、1s、1min、1hour对时钟计时，每产生一次中断，100ms计数单元加1，当该单元内容累计到10时，秒计数单元加1，并将100ms单元清0；
秒累计到60时，分计数单元加1，并将秒计数单元清0；
当分计数单元累计到60时，时计数单元加1，并将分计数单元清0；
时计数单元满24后，所有单元内容清0。
定时器计数单元的内容为十六进制数，需把该数调整为压缩BCD码，并通过程序拆分成单字节BCD码后，送入显示缓冲区，进行输出显示。
该定时中断子程序用于实现定时功能，同时刷新计时缓冲区，其流程如图4-2所示。
图4-2中断服务程序流程图
voidtime0（）interrupt1//定时器0的中断
TH0=（255-100）。
TL0=（255-100）。
aa++。
if（aa==1&
&
d==1）
ct++。
kk=1。
}
if（aa==155）
kk=0。
D6=1。
if（aa==310）
aa=0。
m++。
if（m==60）
m=0。
f++。
if（f==60）
f=0。
d=1。
s++。
pp=1。
if（s==24）
s=0。
四、蜂鸣器报时子程序
当分计数单元累计到60，时计数单元加1时，就启动蜂鸣器，起到报时的功能。
voidfenm（）//蜂鸣器启动
D6=0。
五、按键处理模块
按键处理设置为：
如没有按键，则时钟正常走时。
当按下K0按键时，即复位，时钟从零开始计时；
当按下K1按键，进入调分状态，时钟停止走动；
按K2和K3按键可以进行加1或减1操作；
继续按K1按键，可以分别进行分和小时的调整；
最后按K2按键将退出调整状态，时钟开始计时运行。
voidkeyscan（）
EA=0。
if（k1==0）
delay（10）。
count++。
TR0=0。
ET0=0。
while（!
k1）。
if（count>
=3）
fashu（s）。
count=0。
TR0=1。
ET0=1。
t1=0。
t2=0。
if（count==1）
t1=1。
if（k2==0）
delay（10）。
if（k2==0）
if（f==60）
{
f=0。
}
k2）。
if（k3==0）
if（f==0）
f=59。
else
f--。
k3）。
if（count==2）
t2=1。
s++。
if（s==24）
s=0。
}
while（!
if（s==0）
s=23。
s--。
EA=1。
4.2点阵式LED花样显示的软件设计
4.2.1点阵式LED花样显示软件系统设计
8*8点阵式LED灯共需要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。
如要实现一根柱形的亮法。
对应的一列为一根竖柱，亮法如下：
一根竖柱：
对应的列置1,而行则采用扫描的方法来实现；
一根横柱：
对应的行置0，而列则采用扫描的方法来实现。
unsignedcharcodetaba[]={0xfe,0xfd,
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