单片机新颖60秒LED旋转电子钟_精品文档.doc

1、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31.1 LED旋转电子钟概述31.2本次设计的要求31.3系统主要功能3第2节 系统硬件设计52.1 系统设计框架及实现52.11 系统原理图52.1.2系统设计框图62.2系统硬件组成62.2.1 AT89C2051单片机及其引脚说明62.2.2 60秒旋转译码驱动原理72.2.3时分显示部件9第3节 系统的软件设计

2、113.1系统主程序设计113.2 中断程序设计123.3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

3、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。1.1 LED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

4、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

5、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

6、，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2.2.1 AT89C2051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Intel MCS-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

7、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2-3 AT89C2051引脚配置 图2-4 CD4017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

8、 来自反向振荡放大器的输出。P1口 8位双向I/O口。引脚P1.2P1.7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P3.0P3.5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

9、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2-1 P3口特殊功能P3口引脚特殊功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）2.2.2 60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

10、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2-5 CD4017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Q0Q9；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Q0Q9中

11、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2-6 CD4017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610=60的功能，具体连接方法如图7所示。图2-7 发光二

12、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610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Q0Q9依次输出高电平后，则对应的二极管LD1LD10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Q0Q9依次输出高电平后，二极管

13、LD11LD20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）ag，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2-8 LED数码管结构原理

14、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D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba需说明的是当用数据口连接LED数码管adp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2-3 LED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0C0H3FH990H6FH1F9H06H