單片機課設_基于視覺暫留的電子時鐘設計

1、 Beijing Jiao Tong University 基于視覺暫留的電子時鐘設計學 院：電子信息工程學院班 級：姓 名：指導教師：時 間：2013.12.15基于視覺暫留的電子時鐘設計摘 要隨著人們物質生活水平的提高，人們對精神生活的追求也愈加強烈，對信息的渴求已成為了人們必不可少的需要，更加簡捷與新穎的信息傳遞方式無疑會給人們帶來耳目一新的感受。而現代工具務求簡捷化、便攜化，因此，搖動顯示裝置的到來，必將會給人們帶來一種新的方便的文化傳遞方式。電子時鐘主要是利用電子技術將時鐘電子化、數字化，擁有時鐘精確、體積小、界面友好、可擴展性能強等特點，被廣泛應用于生活和工作當中。本設計基于人的視

2、覺暫留原理，通過分時刷新8個發(fā)光二極管來顯示時鐘信號。輸出信號頻率的控制通過單片機來實現，用水銀開關來檢測當前搖動狀態(tài)。當進行搖動時，由于人的視覺暫留原理，會在發(fā)光二極管搖動區(qū)域產生一個視覺平面，在視覺平面內的二極管通過不同頻率的刷新，會在搖動區(qū)域內顯示從DS1302讀取好的時鐘信息，從而達到在該視覺平面上傳達信息的作用。關鍵詞：電子時鐘；搖動顯示；AT89C51；DS1302基于單片機的電子時鐘一、引 言時間是人類生活必不可少的重要元素，如果沒有時間的概念，社會將不會有所發(fā)展和進步。從古代的水漏、十二天干地支，到后來的機械鐘表以及當今的石英鐘，都充分顯現出了時間的重要，同時也代表著科技的進步

3、。致力于計時器的研究和充分發(fā)揮時鐘的作用，將有著重要的意義。1.1系統設計要求設計一個基于DS1302的電子時鐘，要求不會因掉電影響走時的準確性。顯示部分需要基于視覺暫留原理，通過左右搖動LED線陣來顯示當前時間。 1.2系統設計思路及特點該LED顯示棒搖動時顯現時間由LED燈顯示，LED燈成線狀排列，每個瞬間線陣只能顯示數字編碼后的文字或圖形的一列，利用人眼的視覺暫留原理，將需要顯示的字符或圖形分成N列（N8），一般人手左右擺動的頻率為幾赫茲到十幾赫茲，因此，通過單片機控制LED線陣以一較低頻率掃描需要顯示數字的每一列，擺動顯示棒時即可因視覺暫留看出需要顯示的時間；左右擺動一次通過端口電平變

4、化，調用相應的顯示子程序，通過外部中斷實現，該系統設計對程序設計的要求較硬件電路要高。 二、基于單片機的電子時鐘硬件選擇分析考慮單片機貨源充足、價格低廉，可軟硬件結合使用，能夠較方便的實現系統的多功能性，故采用單片機作為本設計的硬件基礎。2.1主要IC芯片選擇2.1.1微處理器選擇目前在單片機系統中，應用比較廣泛的微處理器芯片主要為8XC5X系列單片機。該系列單片機均采用標準MCS-52內核，硬件資源相互兼容，品類齊全，功能完善，性能穩(wěn)定，體積小，價格低廉，貨源充足，調試和編程方便，所以應用極為廣泛。例如比較常用的AT89C2052單片機，帶有2KB Flash可編程、可擦除只讀存儲器（E2P

5、ROM）的低壓、高性能8位CMOS微型計算機。擁有15條可編程I/O引腳，2個16位定時器/計數器，6個中斷源，可編程串行UART通道，并能直接驅動LED輸出。僅僅是為了完成時鐘設計或者是環(huán)境溫度采集設計，應用AT89C2052單片機完全可以實現。但是將兩種功能結合在一片單片機上，就需要更多的I/O引腳，故本設計采用具有32根I/O引腳的AT89C52單片機。AT89C52單片機是一款低功耗，低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4KB（可經受1000次擦寫周期）的FLASH可編程可反復擦寫的只讀程序存儲器（EPROM），器件采用CMOS工藝和ATMEI公司的高密度、非易失性存儲器（NUR

6、AM）技術制造，其輸出引腳和指令系統都與MCS-52兼容。片內的FLASH存儲器允許在系統內可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程。因此，AT89C52是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應用在各個控制領域6。AT89C52具有以下主要性能：1. 4KB可改編程序Flash存儲器；2. 全靜態(tài)工作：024Hz；3. 128×8字節(jié)內部RAM；4. 32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口；5. 6個中斷優(yōu)先級； 2個16位可編程定時計數器；6. 可編程串行通道；7. 片內時鐘振蕩器。此外，AT89C52是用靜態(tài)邏輯來設計的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟

7、件來選擇的省電方式空閑方式（Idle Mode）和掉電方式（Power Down Mode）。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時器/計數器、串行口和中斷系統都繼續(xù)工作。在掉電方式中，片內振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結”，使一切功能都暫停，只保存片內RAM中的內容，直到下一次硬件復位為止。圖2.1 AT89C52芯片PDIP封裝引腳圖AT89C51為適應不同的產品需求，采用PDIP、TQFP、PLCC三種封裝形式，本系統采用雙列直插PDIP封裝形式。2.1.2 DS1302簡介DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘日歷芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用S

8、PI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數據。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于31天時可以自動調整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達2.55.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設置備用電源充電方式，提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。有主電源和備份電源雙引腳，而且備份電源可由大容量電容（1F）來替代。需要強調的是，DS1302需要使用32.768KHz的晶振。2.1.3 DS1302引腳說明圖2.2 DS1302芯片引腳圖其的引腳功能參照表2.1。表2.1 DS1302引腳功能說明引腳號名稱功能1VCC1備份電源輸

9、入2X132.768KHz晶振輸入3X232.768KHz晶振輸出4GND地5RST控制移位寄存器/復位6I/O數據輸入/輸出7SCLK串行時鐘8VCC2主電源輸入2.2硬件電路設計該系統使用AT89C51單片機作為核心，通過讀取時鐘日歷芯片DS1302數據，完成此電子時鐘的主要功能時鐘。整個電路使用了兩種電源，+5V電源將為整個電路供電。而+3V電源僅作為DS1302的備用電源。當+5V電源被切斷后，DS1302啟用+3V電源，可以保持DS1302繼續(xù)工作。當+5V電源恢復供電，程序依然顯示當前時間，而不會因為斷電使系統復位到初始化時間，避免了重新校時的麻煩。2.2.1 STC89C51最小

10、系統板設計2.2.2時鐘電路設計系統時鐘應用了實時時鐘日歷芯片DS1302，其連接如下圖。該硬件電路設計簡單，抗干擾能力強。如圖，STC89C51單片機P3.7直接接DS1302的RST端，上電后，AT89C51的P3.7腳自動輸出高電平。P3.4作為串行時鐘接口，P3.5作為時鐘數據的I/O。DS1302采用雙電源供電，平時由+5V電源供電，當+5V掉電之后，由圖中BT1（+3V備用電池）供電。特別需要注意X1和X2兩端連接的晶振Y1，該晶振頻率為32.768KHz。2.2.3 LED模塊設計系統電源VCC為5V，下載程序和調試時一定要保證5V電壓，MCS-51單片機作為控制器，在它的P1口

11、接有8只以共陽的方式連接的高亮度LED,由單片機輸出低電平點亮。P1口的上拉電阻不能少。串在LED公共端的二極管D1會產生一定的壓降，用來保護LED,經試驗測試LED點亮時兩端電壓為3V左右，在LED的安全承受范圍之內。三、基于視覺暫留的電子時鐘軟件分析3.1軟件設計思路在搖動LED棒的時候單片機必須單程傳送數據否則顯示的圖形會產生重影，影響視覺效果。因此當系統開始工作后通過慣性開關的位置來使單片機實現單程傳送數據給LED。如果慣性開關位于右邊，則進入外部中斷1并將一變量置1。在變量為1期間讓單片機以一定的頻率將數據傳送給LED。如果慣性開關位于左邊，則進入外部中斷0并將變量置0,。在這期間單

12、片機不會傳送數據給LED。在送數據時，數據送完后應延時一段時間來使搖動時顯示的每個字不會太擁擠。之后再立刻熄滅LED并開始重新判斷慣性開關的位置。3.2主程序流程圖通過軟件設計思路分析，得到該系統的主程序流程圖如下：開始系統初始化開關在左邊嗎？外部中斷T0置標志位讀DS1302判斷標志位LED燈熄滅YN顯示并清標志位系統開始運行，內部進行初始化后，等待外部中斷。當搖動到指定位置時，由滾珠開關出觸發(fā)外部中斷，再經過一段時間延時后開始顯示。顯示完成返回主程序，等待下一個搖動周期的到來。四、課設心得隨著科技進步和生活水平的提高，越來越多的高科技的電子產品逐漸融入日常生活中，該種顯示棒操作簡易、效果新奇，深具吸引力，市場潛力巨大。當然，本文的設計還存在著一些缺陷，由于設計時間緊迫，數字編碼設計時，水平分格較少，導致顯示的水平幅度較低；由于掃描時間間隔設定