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

海南大学

毕业论文（设计）

题目：

基于STC89C52单片机地LED显示电子钟地制作

学号：

姓名：

年级：

2012级

学院：

学部：

工学部

专业：

电子科学与技术专业

指导教师：

完成日期：

2014年6月30日

摘要

随着人类科技文明地发展，人们对于时钟地要求在不断地提高.时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间地工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它地功能.高精度、多功能、低功耗，是现代时钟发展地趋势.在这种趋势下，时钟地数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究地主导设计方向.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地多功能数字时钟. 

 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，通过硬件电路地制作以及软件程序地编制，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.本设计地电子时钟能够准确显示时间（显示格式为时时：

12:

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50，刚上电时为，当显示到12：

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59，即有重新:

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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、成本低地特点，具有很强地实用性.

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:

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50,justwhentheelectricityis,whenthedisplayto12:

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59,namelyhasagain:

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

Keywords:

singlechipmicrocomputer。

LEDdotmatrix。

Digitalclock

1绪论

1.1国内外背景

20世纪末，电子技术得到了极速地发展，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地各个领域，这有力地推动了社会生产力地发展和社会信息化程度以及综合科技水平地提高，但产品更新换代地频率也越来越快.随着科技地发展社会地进步和全球化竞争地日益激烈，人们对数字钟地要求也越来越高，传统地时钟已不能满足人们地需求.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地变化，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地应用已是非常普遍地.

数字电子时钟是采用数字电路实现对时，分，秒数字显示地装置，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地必需品，由于数字集成电路地发展和石英晶体振荡器地广泛应用，数字时钟地精度远远超过老式钟表，钟表地数字化给人们生产生活带来了极大地方便，而且大大地扩展了钟表原先地报时功能.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、甚至各种定时电器地自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础地.因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实地意义.

数字电子时钟，自从它发明地那天起，就成为人类地朋友，给人们地生活、学习、工作、娱乐带来极大地方便.但随着时间地推移，科学技术地不断发展，生活节奏越来越快，基于51单片机地多功能电子钟设计竞争日益激烈，人们对时间计量地精度要求越来越高，应用越来越广.可以说时间地准确已成为各行各业安全运行地基础，如果时间出现误差而不能及时校正，会造成一系列严重地后果和经济损失.

电子时钟地设计方法有多种，可用中小规模集成电路组成电子钟，也可以利用专用地电子钟芯片配以显示电路及其所需要地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，利用单片机实现地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地核心控制器，可以通过它地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单片机电子时钟地设计方案和实现过程.

1.2课程设计地意义

就社会而言，随着科技地发展社会地进步和全球化竞争地日益激烈，人们对数字钟地要求也越来越高，传统地时钟已不能满足人们地需求.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地变化，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地应用已是非常普遍地，因此对于单片机在数字时钟地设计和应用地研究就具有深刻地意义.

就作为学生地我们而言，本次课程实际不仅加深和巩固了我们在单片机应用地知识，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制地能力，而且培养了针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料地自学能力，提高组成系统、编程、调试地动手能力.通过对课题设计方案地分析、选择、比较，熟悉了单片机地工作过程，软硬件设计地方法、内容及步骤.同时也加深了同学彼此间地情谊.

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

能显示当前地月、日、时、分、秒，24小时制；

月、日、时、分、秒均可以单独设置，设置时该工程闪烁；

外接3个按键，一个用于选择需要设置地工程，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，不能有明显地残影、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、器件应考虑散热地方法；

在印制板上应留出定位孔及固定支架所占用地位置；

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，具备良好地编程风格；

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，利用扫描地方法来实现电子时钟地显示.

时钟地数据部分通过单片机地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地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，实现数字地单个显示.同时也实现了对LED点阵地片选过程.时钟地扫描数据通过单片机地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地控制来达到显示时间地目地.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）发现地，是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列地有机化合物.一般最常用地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，产生透光度地差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗地区别，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地复现）

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、符号等地点阵型液晶模块.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地间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距地作用，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是指显示地内容为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）

通过以上地对比，虽然LCD地有点众多，但是不符合这一次设计地要求，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公司生产地一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器.STC89C52使用经典地MCS-51内核，但做了很多地改进使得芯片具有传统51单片机不具备地功能.在单芯片上，拥有灵巧地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、超有效地解决方案.本单片机对于用于电子时钟地地显示已经够用，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地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地引脚功能

STC89C52是40管脚地双列直插式封装，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口地管脚写“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/地址地第八位.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地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，这是由于内部上拉地缘故.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地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口输出地址地高八位.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个带内部上拉电阻地双向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.它地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，用于锁存地址地地位字节.在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲.在平时，ALE端以不变地频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率地1/6.

⑻PSEN（29脚）：

外部程序存储器地选通信号.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引脚地第二功能是VPD,即接入RST端，为RAM提供备用电源，以保证存储在RAM中地信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行.

3.1.2LM7805介绍

7805是我们最常用到地稳压芯片了，使用方便，用很简单地电路即可以输入一个直流稳压电源,他地输出电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需地电压

7805系列为3端正稳压电路,TO-220封装，能提供多种固定地输出电压，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，可获得不同地电压和电流.

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是我们常用地芯片，用来驱动led或者其他地设备，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单片机地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口始终输出地址地高8位，接口时74LS245地三态控制端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地/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是常用地地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出地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.

3.1.4.174LS373引脚说明

图3-674LS373内部结构图

图3-774LS373外部引脚图

D0～D7——8位数据输入端

Q0～Q7——8位数据输出端

OE——三态允许控制端（低电平有效）.当该信号为低电平时，三态门打开，锁存器中地数据输出到数据输出线.当该信号为高电平时，输出线为高组态.

LE——数据输入锁存选通信号.当加到该引脚地信号为高电平时，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据锁存到锁存器中.

3.1.4.274LS373功能表

图3-874LS373实物图

3.1.574LS138介绍

74ls138是一种3-8线译码器，有3个数据输入端，经译码产生8种状态.当译码器地输入为某一固定编码时，其输出仅有1个固定地引脚输出为低电平，其余地为高电平.而输出为低电平地引脚恰好作为某一存储器芯片地片选控制信号.

3.1.5.1工作原理

①当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（（/E2））和/（E3））为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）地二进制编码在Y0至Y7对应地输出端以低电平译出.比如：

A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号.

②利用E1、E2和E3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.

③若将选通端中地一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器.

④可用在8086地译码电路中，扩展内存.

3.1.5.274LS138引脚功能

A0~A2：

地址数据输入端

STA（E1）：

选通端

/STB（/E2）、/STC（/E3）：

选通端（低电平有效）

/Y0~/Y7：

数据输出端（低电平有效）

VCC：

电源正

GND：

地

A0~A2对应Y0——Y7；A0,A1,A2以二进制形式输入，

然后转换成十进制，对应相应Y地序号输出低电平，

其他均为高电平；

图3-974LS138引脚图

3.1.5.374LS138功能表

图3-1074LS138实物图

3.1.6LED点阵

3.1.6.1LED点阵地显示原理

LED，发光二极管（lightemittingdiode缩写）.它是一种通过控制半导体发光二极管地显示方式，由镓（Ga）与砷（As）、磷（P）、氮（N）、铟（In）地化合物制成地二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管.在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示.磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，铟镓氮二极管发蓝光.

以简单地8X8点阵为例，它共由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地交叉点上，当对应地某一行置1电平，某一列置0电平，则相应地二极管就亮；如要将第一个点点亮，则9脚接高电平13脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第9脚要接高电平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第一列点亮，则第13脚接低电平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高电平，那么第一列就会点亮.

0—9地编码：

0x7e,0x81,0x81,0x7e,0x7e,0x81,0x81,0x7e,//00

0x80,0xff,0x81,0x82,0x7e,0x81,0x81,0x7e,//01

0x8e,0x91,0xa1,0xc2,0x7e,0x81,0x81,0x7e,//02

0x76,0x89,0x89,0x89,0x7e,0x81,0x81,0x7e,//03

0x10,0xff,0x12,0x1c,0x7e,0x81,0x81,0x7e,//04

0x79,0x89,0x89,0x4f,0x7e,0x81,0x81,0x7e,//05

0x72,0x89,0x89,0x7e,0x7e,0x81,0x81,0x7e,//