基于AT89S52單片機數(shù)碼管時鐘顯示設計-大學畢業(yè)論文畢業(yè)設計學位論文范文模板參考資料

1、摘 要本課程設計要求基于STC89C52單片機實現(xiàn)用8位數(shù)碼管進行時鐘顯示。采用了AT89C52單片機和DS1302實時時鐘芯片,使用5V電源進行供電。設計的時鐘可以通過按鍵切換，數(shù)碼管顯示北京時間（時、分、秒）以及月份、日期、星期，并且可以實現(xiàn)時鐘的校準功能。主要的程序有：時鐘芯片驅動程序,數(shù)碼管顯示及驅動程序等。設計成果制作成可供實際檢測的實物電路板。關鍵詞：單片機；DS1302；時鐘電路；數(shù)碼管顯示；AbstractThe requirements of the curriculum design is based on STC89C52 single chip microcompute

2、r, using 8-bit digital tubes to display clock. Using AT89C52 single chip microcomputer and DS1302 real-time clock chip, and the use of 5V power supply. Design of the clock by means of the key switches, display Beijing time ( hours, minutes, seconds ) and month, date, week, with digital tubes, and al

3、so can achieve the function of clock calibration. The main procedures : Clock Chip Driver, the digital display and control drivers. The design results can be used in the practical detection which have been made into a real circuit board. Key words：single chip microcomputer; DS1302; clock circuit; di

4、gital tube display;目 錄引言11 電子鐘功能及總體方案介紹21.1 電子鐘功能介紹21.1.1 基本功能要求21.1.2擴展功能要求21.2 總體方案介紹21.2.1計時方案21.2.2按鍵/顯示方案22 時鐘系統(tǒng)的硬件設計22.1 控制芯片的選擇22.1.1 AT89S52單片機性能與特點22.1.2單片機的內部結構32.1.3 AT89S52引腳的功能說明42.1.4 存儲器的配置52.2 DS1302的結構及工作原理62.2.1 引腳功能及內部結構62.2.2 DS1302的控制字節(jié)72.3 74HC573結構及工作原理72.3.1高性能硅門COMS器件介紹72.3.

5、2引腳結構圖及其功能72.4 數(shù)碼管的基本介紹82.5 時鐘電路設計82.5.1時鐘芯片通信電路82.5.2按鍵調時電路設計92.5.3顯示模塊的電路設計93 軟件模塊設計103.1 主程序設計103.2 時鐘芯片實時時間114 硬件組裝114.1 元件清單114.2 電路板125 課程設計結果及總結125.1結果展示125.2課程設計總結13參考文獻15引言21世紀，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代化電子產品性能進一步提高，產品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。時鐘，自從它被發(fā)明的那天起，就成

6、為人類的朋友。隨著時間的推移，隨著科學技術的不斷發(fā)展，隨著生活水平的提高,人們越來越追求人性化的事物，對時間計量的精度要求越來越高，應用也越來越廣泛，這些都導致傳統(tǒng)的時鐘已不能滿足人們的需求?，F(xiàn)代生活的人們越來越重視了時間觀念，可以說是時間和金錢劃上了等號。對于那些對時間把握非常嚴格和準確的人或事來說，時間的不準確會帶來非常大的麻煩，所以以數(shù)碼管為顯示器的時鐘比指針式的時鐘表現(xiàn)了更大的優(yōu)勢。數(shù)碼管顯示的時間簡單明了，而且讀數(shù)快、時間準確顯示到秒?，F(xiàn)代的實時時鐘不僅需要數(shù)字電路技術而且需要模擬電路技術和單片機技術，增加了調時的功能。其電路可以由實時時鐘模塊、人機接口模塊、數(shù)碼管顯示模塊等部分組成

7、。利用軟件編程盡量做到硬件電路簡單穩(wěn)定，減小電磁干擾和其他環(huán)境干擾，充分發(fā)揮軟件編程的優(yōu)點，減小因元器件精度不夠引起的誤差，但是數(shù)字鐘還是可以改進和提高如選用更精密的元器件。但與機械式時鐘相比已經具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內裝化等幾個方面發(fā)展。單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控

8、制技術也稱為微控制技術，是傳統(tǒng)控制技術的一次革命。單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘。利用單片機實現(xiàn)的電子時鐘具有編程靈活、精確度高等特點，并且便于電子時鐘的擴充，即可用該電子鐘發(fā)出各種控制信號，同時可以用該電子時鐘發(fā)出各種控制信號。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒及數(shù)字顯示的計時裝置，廣泛用于個人家庭、車站、碼頭、辦公室等公共場所，成為人們日常生活中不可少的必需品，由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用，使得數(shù)字鐘的精度，遠遠超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起

9、閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。本課題研究的主要目的就是設計一個基于單片機的日歷時鐘系統(tǒng)。能夠準確的顯示出當前的時間信息。當時間顯示不準確時調整出準確的時間信息即可。1 電子鐘功能及總體方案介紹1.1 電子鐘功能介紹1.1.1 基本功能要求（1）設計的電子時鐘用8位數(shù)碼管顯示。（2）時間格式位為XX-XX-XX，分別為時、分、秒。1.1.2擴展功能要求（1）設計的電子時鐘可以通過按鍵切換顯示日歷，其格式為XX-XX X，分別為月份、日期、星期。（2）設計的電子時鐘可以進行時間

10、的校準功能。1.2 總體方案介紹1.2.1計時方案利用AT89S52單片機內部的定時/計數(shù)器和時鐘芯片DS1302進行終端定時，配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時。該方案節(jié)省硬件成本，并且能使讀者在定時/計數(shù)器的使用、中斷及程序設計方面得到鍛煉和提高，對單片機的指令系統(tǒng)能有更深入的了解。1.2.2按鍵/顯示方案AT89S52外接8個LED數(shù)碼管構成顯示器，外接5個按鍵（K1、K2、K3、K4、K5）構成按鍵控制部分。設計框圖如圖1-1所示： 圖1-1 電子時鐘設計框圖2 時鐘系統(tǒng)的硬件設計2.1 控制芯片的選擇2.1.1 AT89S52單片機性能與特點（1）AT89S52為 ATMEL 所生產的

11、一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flsah存儲器。（2）在單片機的應用系統(tǒng)中，單片機作為一種較為簡單的計算機是嵌入到系統(tǒng)內部，作為系統(tǒng)電路的一部分，作為系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化和智能化的關鍵部件。AT89S52主要功能列舉如下：擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash晶片內部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）內部程序存儲器（ROM）為 8KB內部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）為 256字節(jié)32 個可編程I/O 口線8 個中斷向量源三個 16 位定時器/計數(shù)器三級加密程序存儲器全雙工UART串行通道2.1.2單片機的內部結構單片機為實現(xiàn)其基本功能，內部必需要有配置輸入輸

12、出（I/O口）、儲存器（RAM或ROM）、運算和控制單元（CPU）等相應的功能電路，電路內部結構如圖1-2所示：圖1-2 AT89S52內部結構2.1.3 AT89S52引腳的功能說明 P89C5X系列單片機有40個引腳。其引腳圖如圖2-1所示：（1）VCC：AT89S52電源正端輸入，接+5V。（2）VSS：電源地端。（3）XTAL1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。（4）XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端，一般在設計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機。（

13、5）RESET：AT89S52的重置引腳，高電平動作，當要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間，AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內部特殊功能寄存器之內容均被設成已知 圖2-1 AT89S52引腳圖狀態(tài)，并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。 （6）EA/Vpp："EA"為英文"External Access"的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因為其

14、內部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 內部程序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內部EPROM時，可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。（7）ALE/PROG：ALE是英文"Address Latch Enable"的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。AT89S52可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線（A0A7）鎖進鎖存器中，因為AT89S52是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時在程序執(zhí)行時ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來驅動其他周邊晶片的時基輸入。此外在燒錄8751程序

15、代碼時，此引腳會被當成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。（8）PSEN：此為"Program Store Enable"的縮寫，其意為程序儲存啟用，當8051被設成為讀取外部程序代碼工作模式時（EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。AT89S52可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。（9）PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一個8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個I

16、/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內部有一提升電路，P0在當做I/O用時可以推動8個LS的TTL負載。如果當EA引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器），P0就以多工方式提供地址總線（A0A7）及數(shù)據(jù)總線（D0D7）。設計者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址總線，而定址到64K的外部存儲器空間。（10）PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有內部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以推動4個LS的TTL負載，若將端口2的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。P2除了當做一般I/O端

17、口使用外，若是在AT89S52擴充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié)A8A15，這個時候P2便不能當做I/O來使用了。（11）PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有內部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個LS TTL負載，同樣地若將端口1的輸出設為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當做定時器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。（12）PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有內部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負載，同時還多工具有其他的額外特

18、殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內容的讀取或寫入控制等功能。其引腳分配如下：P3.0：RXD，串行通信輸入。P3.1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，計時計數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計時計數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。2.1.4 存儲器的配置存儲器是單片機里面的重要功能部件，分為程序存儲器（ROM）和數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。51系列單片機將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開尋址，這樣就有4個在物理上相互獨立的存儲器空間：片內、外

19、的ROM和片內、外的RAM。在邏輯上只設有3個存儲器尋址空間。程序存儲器的某些單元被保留用于特定程序入口地址:（1）復位(0000H)，（2）外部中斷0（0003H），（3）定時器T0溢出中斷（000BH），（4）外部中斷1（0013H），（5）定時器T1溢出中斷（001BH），（6）串行口中斷（0023H），（7）定時器T2中斷（002BH）。2.2 DS1302的結構及工作原理2.2.1 引腳功能及內部結構（1）DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需用到三個口線：RES 復位，I/O 數(shù)據(jù)線，SCLK串行時鐘。時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31 個字節(jié)

20、的字符組方式通信。DS1302工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW。DS1302是由DS1202改進而來,增加了以下的特性。雙電源管腳用于主電源和備份電源供應Vcc1，為可編程涓流充電電源附加七個字節(jié)存儲器。它廣泛應用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產品領域。DS1302的引腳功能排列如圖2-2所示： X1、X2：32.768KHz 晶振管腳。GND：地。Vcc1,Vcc2：電源供電管腳。I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線。SCLK：串行時鐘，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出。CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高，該引腳又兩個功能：第一，CE開始 圖2-2 DS1302的引腳圖

21、控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供借書單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。?）DS1302的內部結構如圖2-3所示： 圖2-3 DS1302的內部結構2.2.2 DS1302的控制字節(jié)DS1302是SPI總線驅動方式。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應寄存器的數(shù)據(jù)。要想與DS1302通信，就要了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如圖2-4所示： 圖2-4 DS1302控制字（即地址及命令字節(jié)） 控制字的最高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中。位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)。位5至位1如果為0，表示要進

22、行寫操作，為1表示進行讀操作。2.2.3數(shù)據(jù)輸入輸出控制字總是從最低位開始輸出。在控制字指令輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從最低位（0位）開始。同樣，在緊跟8位控制字指令后的下一個SCLK脈沖的下降沿，讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。2.3 74HC573結構及工作原理2.3.1高性能硅門COMS器件介紹SL74HC573 跟LS/AL573 的管腳一樣。器件的輸入是和標準CMOS 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和LS/ALSTTL 輸出兼容。當鎖存使能端為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使能變低時

23、，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。輸出能直接接到CMOS，NMOS 和TTL 接口上，操作電壓范圍：2.0V6.0V，低輸入電流：1.0uA，CMOS 器件的高噪聲抵抗特性。2.3.2引腳結構圖及其功能74HC573是8數(shù)據(jù)鎖存器，主要用于數(shù)碼管按鍵等等的控制。74HC573有20個腳，其引腳結構圖如圖2-5所示：（1）OE：低電壓激活芯片。（2）1D8D：數(shù)據(jù)的輸入腳從D0到D7。（3）GND：接地。（4）LE：高電壓激活芯片。（5）1Q8Q：數(shù)據(jù)的輸出腳。（6）Vcc：電源。 圖2-5 74HC573引腳圖2.4 數(shù)碼管的基本介紹（1）低電壓、小電流條件下驅動發(fā)光，能與CMOS、TT

24、L電路兼容。（2）發(fā)光響應時間極短（<0.1us），高頻特性好，單色性好，亮度高。（3）體積小，重量輕，抗沖擊性能好。（4）壽命長，使用壽命在10萬小時以上，甚至可達100萬小時。（5）成本低，被廣泛用作數(shù)字儀器儀表、數(shù)控裝置、計算機的數(shù)顯器件。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。本設計采用的是動態(tài)式驅動方式。（1）靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程

25、簡單，顯示亮度高；缺點是占用I/O端口多。（2）動態(tài)顯示驅動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機應用中最廣泛的一種顯示方式之一。動態(tài)是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路。位選通由各自獨自的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，當究竟是哪個數(shù)碼管會顯示出字形，就取決于單片機對位選通COM端電路的控制。所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。2.5 時鐘

26、電路設計2.5.1時鐘芯片通信電路 圖2-6 時鐘芯片部分電路2.5.2按鍵調時電路設計通過K1切換時間日歷。時間格式位XXXXXX分別為時分秒，日歷格式為XXXXX分別為月份、日期、星期。在時間顯示時，通過按K2實現(xiàn)時、分、秒的閃爍切換。在日期顯示時，通過按K2實現(xiàn)月、日、星期的閃爍切換。在任意數(shù)碼管閃爍時，短按K3，該閃爍位值增1，短按K4，該閃爍位值減1。在任意數(shù)碼管閃爍時，長按K3，該閃爍位值連續(xù)增1，長按K4，該閃爍位值連續(xù)減1。在任意調節(jié)狀態(tài)，短按K5，正常顯示時間。設計的按鍵如圖2-7所示： 圖2-72.5.3顯示模塊的電路設計設計主要使用數(shù)碼管的現(xiàn)實功能來實現(xiàn)的，顯示部分硬件用8只數(shù)碼管