基于51单片机的花样电子时钟设计与制作

论文编号：华南师范大学增城学院本科毕业论文（设计）题目：基于51单片机的花样电子时钟设计与制作姓名：骆莹学号：060664120系别：计算机系专业班级：政务信息管理指导教师：李忠金2010年4月20日目录中文摘要……………………………………………………………………………1基于51单片机的花样电子时钟设计与制作Abstract……………………………………………………………………………21.绪论…………………………………………………………………………………………31.1花样电子时钟的背景及意义…………………………………………………32.整体设计方案………………………………………………………………………42.1总体设计……………………………………………………………………42.1.1花样电子时钟的功能需求……………………………………………42.1.2花样电子时钟总体设计方案…………………………………………43.花样电子时钟的硬件设计…………………………………………………………63.1数码管电子时钟的硬件设计…………………………………………………63.1.1数码管电子时钟的硬件原理图………………………………………63.2点阵式LED花样显示的硬件设计……………………………………………93.2.1点阵式LED花样显示的硬件原理图…………………………………94.花样电子时钟的软件设计………………………………………………………114.1数码管电子时钟的软件设计………………………………………………114.1.1数码管电子时钟软件系统设计………………………………………114.2点阵式LED花样显示的软件设计…………………………………………214.2.1点阵式LED花样显示软件系统设计………………………………215.花样电子时钟各模块之间的数据通信…………………………………………205.1AT89C52单片机并行接口的结构与特点……………………………………235.2时钟信号的串行通信…………………………………………………………235.3各模块之间数据通信的流程图………………………………………………235.3.1LED数码管时钟通信设置流程图……………………………………235.3.2点阵LED灯通信设置流程图…………………………………………246.设计特点与效果分析……………………………………………………………266.1设计功能介绍…………………………………………………………………266.2设计包含的技术要点…………………………………………………………266.3设计的特色……………………………………………………………………266.4设计总结………………………………………………………………………26附录………………………………………………………………………………………28参考文献………………………………………………………………………………………43致谢………………………………………………………………………………………44基于51单片机的花样电子时钟设计与制作1中文摘要单片机从20世纪70年代问世开始，以其极高的性价比，受到人们的重视和青睐，应用很广、发展也很迅速。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、可靠性高、灵活性好、价格低廉、开发比较简单容易。由于具有以上优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、家用电器、电力电子、智能仪器仪表、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最有代表性和最为典型的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89C52芯片为核心，加以必要的电路，设计了一个简单的花样电子时钟，它由5.0V直流稳压电源供电，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，同时通过LED显示出相应的图案，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。关键词:单片机，定时器中断,串口通信,数码管，8*8点阵式LED基于51单片机的花样电子时钟设计与制作2AbstractSCMbeganthe20th70'scentury,beingimportancedbypeoplewithhighlycost-effectiveandapplicationisverybroad,veryrapiddevelopment.Singledevelopedrelativelyeasybecauseofsmallsize,lightweight,stronganti-interference,theenvironmentlessdemanding,highreliability,goodflexibilityandlowcost.Becauseoftheseadvantages,inourcountry,SCMhasbeenwidelyusedinindustrialautomationcontrol,automatedtesting,householdappliances,powerelectronics,intelligentinstrumentsandmeters,electromechanicalintegrationequipmentandotherareas,and51single-chipmicrocontrolleristhemostrepresentativeandthemosttypicalone.Thegraduationprojectthroughitslearning,applicationstoAT89C52chipasthecore,tothenecessarycircuitry,designedasimplepatternofelectronicclock,whichconsistsof5.0VDCpowersupply,bydigitalcontroltoaccuratelydisplaythetimeadjustthetimeandthroughtheLEDdisplaypatterncorrespondingtoarriveatlearning,design,developmenthardwareandsoftwarecapabilities.KeyWords：SCM,timerinterrupt,serialcommunication,digitaltube,8*8dotmatrixLED基于51单片机的花样电子时钟设计与制作3引言基于单片机的定时和控制装置在许多行业有广泛的应用，而电子时钟是其中最基本，也是最具有代表性的一个例子。在基于单片机系统的电子时钟电路中，除了基本的单片机系统和外围电路外，还需要外部的控制和显示装置。花样电子时钟，输入装置是按键开关，显示装置是LED七段数码管和点阵式。单片机系统的定时和中断是单片机最重要的资源，也是应用最为广泛的功能。花样电子时钟程序主要就是利用定时器和中断实现计时和现实功能。1.绪论1.1花样电子时钟的背景及意义花样电子时钟是采用数字电路实现对时、分、秒显示的计时装置，同时添加了花样LED显示，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必不可少的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得电子时钟的精确度，远远超过老式钟表，而且大大地扩展了钟表的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启动等，所有这些，都是也钟表数字化为基础的。因此，研究电子时钟及扩大其应用，有着非常显示的意义。整个设计包括两大部分：硬件部分和软件部分。硬件是整个系统的基础，软件部分则是合理、充分地支持和使用系统的硬件，从而完成系统所要完成的任务。基于51单片机的花样电子时钟设计与制作42.整体设计方案2.1总体设计2.1.1花样电子时钟的功能需求实现可以同时显示小时、分钟和秒，设有四个按键K0、K1、K2和K3；K1键按一次调分钟，K1键连续按两下调小时，K0键是复位，K2键加1，K3键减1；到整点通过蜂鸣器发出响声的次数来报时，同时点阵式LED显示不同的图案。如图2-1所示：小时、分钟和秒显示按键？复位加1减1K0K3K2按键次数？K1调小时调分钟蜂鸣器报时点阵式LED灯花样显示整点2次1次图2-1功能需求流程图2.1.2花样电子时钟总体设计方案一、本系统的总体设计方案可用以下框图表示,如图2-2所示。主控电路AT89C52主控电路AT89C52电源模块LED点阵模块按键模块LED数码管模块蜂鸣器模块图2-2总体设计框图基于51单片机的花样电子时钟设计与制作5二、本系统以52单片机组成的主控电路，以LED数码管来显示时、分、秒，以独立按键方式对时、分进行调整，以LED点阵模块来实现整点报时的花样显示。主控电路选用美国Atmel公司生产的与MCS-51系列单片机完全兼容的AT89C52芯片作为电路核心。它是Atmel微控制器家族中廉价的成员，内部集成了2kb的Flash闪存，不需外扩程序存储器，大大简化了电路结构。由于要实现数码管时钟显示与点阵式LED花样显示同步，并且AT89C52端口资源较少（仅有P1、P2、P3口），所以需要两个主控电路即两个AT89C52芯片分别控制数码管时钟显示与点阵式LED花样显示。两个主控电路利用串口通信实现通信。电路采用8个共阳LED数码管作为电子时钟的显示器件，其中每两位分别用来显示时钟的时、分、秒，两位分别显示两条斜杠。采用8*8点阵式LED作为时钟花样的显示器件。按键由4个按键组成，分别用来进行电子时钟复位、时间调整等。由于要用到8*8点阵式LED显示花样图案，所以要用到扩展板电路。单片机时钟信号采用11.0592MHz晶振产生。电源电路由三端集成稳压块LM7805提供稳定的+5V电压。基于51单片机的花样电子时钟设计与制作63.花样电子时钟的硬件设计3.1数码管电子时钟的硬件设计3.1.1数码管电子时钟的硬件原理图电子时钟的计时方案是利用单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现对时、分、秒的计时，它处理过程如下：首先设定单片机内部的一个定时器/计数器工作于定时方式，对机器周期计数形成基准时间（如10ms）,然后用另一个定时器/计数器或软件计数的方法对基准时间计数形成秒（对10ms计数100次），秒计60次形成分，分计60次形成小时，小时计24次则计满一天。然后通过数码管把它们的内容在相应位置显示出来既可。数码管显示可以采用静态显示方法或动态显示方法。静态显示方法需要数据锁存器等硬件，接口复杂,时钟显示一般用6个或8个数码管。由于系统没有其他的复杂的任务处理，而且显示的时钟信息随时都可能变化，一般采用动态显示方法。动态显示方法，线路相对简单，但须动态扫描，扫描频率要大于人眼视觉暂时频率（每秒24次），信息看起来才稳定。译码方式可分为软件译码和硬件译码，软件译码通过译码程序查得显示信息的字段码；硬件译码通过硬件译码器得到显示信息的字段码，实际中通常采用软件译码。在具体处理时，定时器/计数器采用中断方式工作，对时钟的形成在中断服务程序中实现。在主程序中只需对定时器/计数器初始化、调用显示子程序和控制子程序。另外，为了使用方便，设计了简单的按键，可以通过按键实现时、分的调整，这样在主程序中就加入了键盘设置子程序。整个系统的控制方案是：上电后系统自动进入时间显示，从00—00—00开始计时；通过按下时间设定/启动计时键，系统停止计时，进入到时间设定状态，系统保持原有的显示，等待键入当时时间，根据需要按相应的按键可以顺序设置时、分、秒，并在相应的数码管上显示设计值，设置完毕后，系统将从设定后的时间开始计时显示；到整点时，蜂鸣器就鸣叫相应的次数（如3：00am就鸣叫三次）。基于系统上述的控制要求，设计出如下图所示的硬件电路，主要包括：AT89C52单片机主控电路、扩展板电路、8位数码管显示电路、电源电路等，具体说明如下图所示：基于51单片机的花样电子时钟设计与制作711223344DDCCBBA