基于STC89C52单片机的LED显示电子钟的制作.docx

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基于STC89C52单片机的LED显示电子钟的制作

毕业论文（设计）

题目：

基于STC89C52单片机的LED显示电子钟的制作

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

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注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

摘要

随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断地提高。

时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。

高精度、多功能、低功耗，是现代时钟发展的趋势。

在这种趋势下，时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导设计方向。

本文正是基于这种设计方向，以单片机为控制核心，设计制作一个符合指标要求的多功能数字时钟。

 本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片STC89C52作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出一个电子时钟系统。

该时钟系统主要由电源模块、晶振电路模块、复位电路模块、LED点阵显示模块、以及键盘控制模块组成。

本设计的电子时钟能够准确显示时间（显示格式为时时：

12:

30:

23:

59:

50，刚上电时为，当显示到12：

30:

23:

59:

59，即有重新:

01:

01:

00:

00:

00开始显示），可随时进行时间调整。

设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。

同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。

关键词：

单片机；LED点阵；数字时钟

Abstract

Withthedevelopmentofhumancivilization,peopletotherequirementofclockinconstantincrease.Theclockisnotonlytobeseenasakindoftoolusedtodisplaythetime,inmanypracticalapplicationsanditneedstobeabletoachievemoreotherfunctions.Highaccuracy,multi-function,lowpowerconsumption,itisthetrendofthedevelopmentofthemodernclock.Underthistrend,digitalclock,muti_functionchangehasbecomeadominantdesignofmodernclockproductionresearchdirection.Thisarticleisbasedonthedesigndirection,withthesinglechipprocessorasthecore,designameettherequirementsoftheindicatorsofthemulti-functiondigitalclock.Thisdesignprinciplebasedonsinglechipmicrocomputertechnology,chipSTC89C52MCUasthecorecontroller,throughtheproductionofhardwarecircuitandsoftwareprogramcompiled,designtoproduceanelectronicclocksystem.Theclocksystemmainlyconsistsofapowersupplymodule,crystalscircuitmodule,resetcircuitmodule,LEDdotmatrixdisplaymodule,andthecompositionofthekeyboardcontrolmodule.Thedesignofelectronicclockcanaccuratelyshowtime（displayformatforallthetime:

12:

30:

23:

59:

50,justwhentheelectricityis,whenthedisplayto12:

30:

23:

59:

59,namelyhasagain:

01:

01:

00:

00:

00todisplay）,canbeadjustedatanytimetotime.Designwithhardwareandsoftwareintotheguidingideology,givefullplaytothefunctionofSCM,mostofthefunctionalitythroughsoftwareprogrammingtoimplementthecircuitissimpleandclear,highsystemstability.Atthesametime,theclocksystemalsohasthecharacteristicsoflowconsumption,lowcost,strongpracticability.

Keywords:

singlechipmicrocomputer;LEDdotmatrix;Digitalclock

1绪论3

1.1国内外背景3

1.2课程设计的意义3

1.3课程设计任务和要求3

1.3.1功能要求3

1.3.2主要技术指标3

1.3.3工艺要求3

2.设计方案3

2.1方案一3

2.2方案二3

3硬件电路设计3

3.1各元器件介绍3

3.1.1STC89C52单片机介绍3

3.1.2LM7805介绍3

3.1.374LS245介绍3

3.1.474LS373介绍3

3.1.574LS138介绍3

3.1.6LED点阵3

3.2功能模块介绍3

3.2.1复位电路模块3

3.2.2晶振模块3

3.2.3电源模块3

3.2.5显示模块3

4软件设计及程序分析3

4.1KeilC51的介绍3

4.2部分程序分析3

4.2.1主程序流程图3

4.2.2时间计数程序流程图3

4.2.3按键开关程序流程图3

5仿真与调试3

5.1仿真3

5.1.1Proteus简介3

5.1.2仿真过程3

5.2实物图3

6结束语3

致谢3

参考文献3

附件3

1绪论

1.1国内外背景

20世纪末，电子技术得到了极速的发展，毫无疑问，在其推动下，现代电子产品以及各种高科技产品几乎渗透到了社会的各个领域，这有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度以及综合科技水平的提高，但产品更新换代的频率也越来越快。

随着科技的发展社会的进步和全球化竞争的日益激烈，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。

多功能电子钟不管在性能还是在样式亦或是用途上都发生了重大的变化，许多电子钟都已具备电子闹钟、电子秒表、温度检测等功能。

同时单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的。

数字电子时钟是采用数字电路实现对时，分，秒数字显示的装置，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不可或缺的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，数字时钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。

例如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电器的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。

因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

数字电子时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。

但随着时间的推移，科学技术的不断发展，生活节奏越来越快，基于51单片机的多功能电子钟设计竞争日益激烈，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。

可以说时间的准确已成为各行各业安全运行的基础，如果时间出现误差而不能及时校正，会造成一系列严重的后果和经济损失。

电子时钟的设计方法有多种，可用中小规模集成电路组成电子钟，也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟，还可以利用对单片机编程来实现电子钟。

其中，利用单片机实现的电子时钟具有硬件结构简单、编程灵活、便于功能扩展等特点。

由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。

通过键盘可以进行定时、校时功能。

输出设备显示器可以用液晶显示技术或者数码管显示技术。

本设计给出一种基于STC89C52单片机电子时钟的设计方案和实现过程。

1.2课程设计的意义

就社会而言，随着科技的发展社会的进步和全球化竞争的日益激烈，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。

多功能电子钟不管在性能还是在样式亦或是用途上都发生了重大的变化，许多电子钟都已具备电子闹钟、电子秒表、温度检测等功能。

同时单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，因此对于单片机在数字时钟的设计和应用的研究就具有深刻的意义。

就作为学生的我们而言，本次课程实际不仅加深和巩固了我们在单片机应用的知识，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力，而且培养了针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。

通过对课题设计方案的分析、选择、比较，熟悉了单片机的工作过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。

同时也加深了同学彼此间的情谊。

1.3课程设计任务和要求

1.3.1功能要求：

采用STC89C52单片机和LED点阵显示

能显示当前的月、日、时、分、秒，24小时制；

月、日、时、分、秒均可以单独设置，设置时该项目闪烁；

外接3个按键，一个用于选择需要设置的项目，一个增加、一个减少；

单片机和LED点阵独立供电；

1.3.2主要技术指标：

计时精度误差：

≤1秒/日

LED显示清晰，不能有明显的残影、乱码；

电源：

DC5V、2A；

1.3.3工艺要求

印刷电路板布局合理、走线清晰整洁；

IC装在插座上，发热元、器件应考虑散热的方法；

在印制板上应留出定位孔及固定支架所占用的位置；

焊点大小适中、呈锥状、美观、结实、光亮、无虚焊；跳线整齐美观；

程序采用C51语言编写，适当注释，具备良好的编程风格；

在PCB版上应明显标识作者姓名。

2.设计方案

2.1方案一

本方案采用STC89C52单片机、74LS138译码器、743LS373锁存器以及LED点阵等硬件设施和C51编程语言，利用扫描的方法来实现电子时钟的显示。

时钟的数据部分通过单片机的P0口送出，通过74LS373锁存器传送给LED点阵。

373锁存器在此用作开关。

当数据送过来时，是373的OE管脚置低电平，数据送入LED点阵；然后OE脚置高电平关闭锁存器，这样数据就送不进来，实现数字的单个显示。

同时也实现了对LED点阵的片选过程。

时钟的扫描数据通过单片机的P2口来送出，经74LS138译码器、74LS245送到LED点阵。

数据经过138译码器使其每次仅扫描一行或者一列。

复位电路模块采用按键复位，当程序跑飞或者单片机死机是可以利用按键来重启单片机，使其正常工作。

2.2方案二

本方案是利用LCD来显示时间，通过单片机对LCD的控制来达到显示时间的目的。

LCD，即液晶显示器，具有省电、抗干扰能力强等优点，被广泛应用在智能仪器仪表和单片机测控系统中。

液晶是在1888年，由奥地利植物学家莱尼茨尔（Reinitzer）发现的，是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。

一般最常用的液晶型态为向列型液晶，分子形状为细长棒形，长宽约1nm～10nm，在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。

（1）特点

低压微功耗

外观小巧精致，厚度只有6.5~8mm

被动显示型（无眩光，不刺激人眼，不会引起眼睛疲劳）

显示信息量大（因为像素可以做得很小）

易于彩色化（在色谱上可以非常准确的复现）

无电磁辐射（对人体安全，利于信息保密）

长寿命（这种器件几乎没有什么劣化问题，因此寿命极长，但是液晶背光寿命有限，不过背光部分可以更换）

（2）1602介绍

602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。

它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。

1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）

通过以上的对比，虽然LCD的有点众多，但是不符合这一次设计的要求，故舍弃，选用LED来作为显示主要工具。

3硬件电路设计

3.1各元器件介绍

3.1.1STC89C52单片机介绍

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

本单片机对于用于电子时钟的的显示已经够用，所以就选用STC89C52单片机。

3.1.1.1单片机主要功能特性

1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.

2.工作电压：

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）

3.工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz

4.用户应用程序空间为8K字节

5.片上集成512字节RAM

6.通用I/O口（32个），复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片

8.具有EEPROM功能

9.具有看门狗功能

10.共3个16位定时器/计数器。

即定时器T0、T1、T2

11.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒

12.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART

13.工作温度范围：

-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）

3.1.1.2STC89C52的引脚功能

STC89C52是40管脚的双列直插式封装，其引脚图如图3-1

图3-1STC89C52管脚排列

STC89C52各管脚功能介绍：

⑴VCC（40脚）：

供电电压

⑵GND（20脚）：

接地

⑶P0口（P0.0～P0.7，39～32脚）：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。

⑷P1口（P1.0～P1.7，1～8脚）：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

⑸P2口（P2.0～P2.7，21~28脚）：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

⑹P3口（P3.0～P3.7，10~17脚）：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

它的每个引脚都还有第二功能。

⑺ALE/PROG（30脚）：

地址锁存允许信号端。

当访问外部存储器时，用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

⑻PSEN（29脚）：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

⑼EA/VPP（31脚）：

当EA保持低电平时，访问外部ROM；当EA端保持高电平时，访问内部ROM。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

⑽RST/VPD（9脚）：

RST是复位信号输入端，高电平有效。

RST引脚的第二功能是VPD,即接入RST端，为RAM提供备用电源，以保证存储在RAM中的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。

3.1.2LM7805介绍

7805是我们最常用到的稳压芯片了，使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压

7805系列为3端正稳压电路,TO-220封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。

内含过流、过热和过载保护电路。

带散热片时，输出电流可达1A。

虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。

3.1.2.1LM7085主要特点

输出电流可达1A

输出电压有：

5V

过热保护

短路保护

输出晶体管SOA保护

3.1.2.2LM7805极限值

VI——输入电压（VO=5~18V）35V图3-2LM7805封装图

RθJC——热阻（结到壳）5℃/W

RθJA——热阻（结到空气）65℃/W

TOPR——工作结温范围0~125℃

TSTG——贮存温度范围-65~150℃

3.1.2.3LM7805引脚功能

从正面看，从左到右依次是1、2、3引脚

1引脚——电源输入端

2引脚——接地

3引脚——电源输出端

图3-3LM7805实物图

3.1.374LS245介绍

74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。

74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。

当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。

3.1.3.1接收模式

当片选端/CE低电平有效时，

DIR=“0”，信号由B向A传输（接收）；DIR=“1”，信号由A向B传输（发送）；当CE为高电平时，A、B均为高阻态。

由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端1G和2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。

P0口与74LS245输入端相连,E端接地，保证数据线畅通。

8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得RD和PSEN有效时，74LS245输入（P0.1←D1），其它时间处于输出（P0.1→D1）。

图3-474LS245引脚图及其功能

图3-574LS245实物图

3.1.474LS373介绍

74LS373是常用