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

1、摘 要本課程設(shè)計要求基于STC89C52單片機實現(xiàn)用8位數(shù)碼管進(jìn)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(jìn)行供電。設(shè)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(zhǔn)功能。主要的程序有：時鐘芯片驅(qū)動程序,數(shù)碼管顯示及驅(qū)動程序等。設(shè)計成果制作成可供實際檢測的實物電路板。關(guān)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(shè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)及工作原理62.2.1 引腳功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)62.2.2 DS1302的控制字節(jié)72.3 74HC573結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)圖及其功能72.4 數(shù)碼管的基本介紹82.5 時鐘電路設(shè)計82.5.1時鐘芯片通信電路82.5.2按鍵調(diào)時電路設(shè)計92.5.3顯示模塊的電路設(shè)計93 軟件模塊設(shè)計103.1 主程序設(shè)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(shè)計結(jié)果及總結(jié)125.1結(jié)果展示125.2課程設(shè)計總結(jié)13參考文獻(xiàn)15引言21世紀(jì)，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)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(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)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(xué)技術(shù)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(yīng)用也越來越廣泛，這些都導(dǎo)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(yán)格和準(zhǔn)確的人或事來說，時間的不準(zhǔn)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(zhǔn)確顯示到秒。現(xiàn)代的實時時鐘不僅需要數(shù)字電路技術(shù)而且需要模擬電路技術(shù)和單片機技術(shù)，增加了調(diào)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(jìn)和提高如選用更精密的元器件。但與機械式時鐘相比已經(jīng)具有更高的準(zhǔn)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(jìn)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(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。單片機應(yīng)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(shè)計思想和設(shè)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(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)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?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?，由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)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(guān)烘箱、通斷動力設(shè)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(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實的意義。本課題研究的主要目的就是設(shè)計一個基于單片機的日歷時鐘系統(tǒng)。能夠準(zhǔn)確的顯示出當(dāng)前的時間信息。當(dāng)時間顯示不準(zhǔn)確時調(diào)整出準(zhǔn)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(shè)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(shè)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(shè)計的電子時鐘可以進(jìn)行時間

10、的校準(zhǔn)功能。1.2 總體方案介紹1.2.1計時方案利用AT89S52單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器和時鐘芯片DS1302進(jìn)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(shè)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(gòu)成顯示器，外接5個按鍵（K1、K2、K3、K4、K5）構(gòu)成按鍵控制部分。設(shè)計框圖如圖1-1所示： 圖1-1 電子時鐘設(shè)計框圖2 時鐘系統(tǒng)的硬件設(shè)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(chǎn)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(yīng)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(nèi)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(guān)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(nèi)部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）內(nèi)部程序存儲器（ROM）為 8KB內(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機為實現(xiàn)其基本功能，內(nèi)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(yīng)的功能電路，電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-2所示：圖1-2 AT89S52內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shè)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(dāng)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(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)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(dāng)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(nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 內(nèi)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(nèi)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(jìn)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(qū)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(dāng)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(dāng)8051被設(shè)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(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時可以推動8個LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)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(shè)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(nèi)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(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。P2除了當(dāng)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(dāng)做I/O來使用了。（11）PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有內(nèi)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(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)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(dāng)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(nèi)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(fù)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(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。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(nèi)、外

19、的ROM和片內(nèi)、外的RAM。在邏輯上只設(shè)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(fù)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(jié)構(gòu)及工作原理2.2.1 引腳功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個口線：RES 復(fù)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(dá)31 個字節(jié)

20、的字符組方式通信。DS1302工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW。DS1302是由DS1202改進(jìn)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(yīng)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(yīng)用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示： 圖2-3 DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.2.2 DS1302的控制字節(jié)DS1302是SPI總線驅(qū)動方式。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應(yīng)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(jìn)

22、行寫操作，為1表示進(jìn)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(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)CMOS 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和LS/ALSTTL 輸出兼容。當(dāng)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(dāng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(qū)動發(fā)光，能與CMOS、TT

24、L電路兼容。（2）發(fā)光響應(yīng)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(dá)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(qū)動電路來驅(qū)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(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。本設(shè)計采用的是動態(tài)式驅(qū)動方式。（1）靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)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(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)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(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機應(yīng)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(dāng)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(dāng)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(qū)動。2.5 時鐘

26、電路設(shè)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(diào)時電路設(shè)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(diào)節(jié)狀態(tài)，短按K5，正常顯示時間。設(shè)計的按鍵如圖2-7所示： 圖2-72.5.3顯示模塊的電路設(shè)計設(shè)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