基于单片机的LED数码管数字电子钟要点

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1、题目：基于单片机的 LED数字电子钟学生姓名：胡振凤潘兴学学号：U201010897 U201010906专业：测控技术与仪器班级：1004班i摘要数字电子钟是采用电子电路实现对年、 月、日、时、分、秒数字显示的计时装置， 由于数字集成电路的发展和石英晶体震荡器的广泛应用， 使得数字电子钟的精度远远 超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便， 成为人们日常生活 中不可缺少的必需品。本次课程设计的是基于AT89C52单片机和实时时钟芯片DS1302在数码管上进行 时钟显示，并能通过按键对其进行调时和校准，并且可以设置闹钟，且具有秒表功能。 通过按键可以切换时钟和秒表功能， 同时可

2、以对闹钟进行设置。采用AT89C5弹片机 和DS1302实时时钟芯片，使用5V电源供电。DS1302g一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟芯片，它能够对时，分，秒进行精确计时，它与单片机的接口使用同步申 行通信，仅用3条线与之相连接，就可以实现 MCS-51单片机对其进行读写操作，把 读出的时间数据送到数码管上显示。 程序运行时，数码管将从当前时间开始显示， 通 过调节按键可以分别对小时和分钟进行调整，调整后，时钟以新的时间为起点继续刷 新显示。这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，时间和日期精度高，操 作简单，编程容易。目录目录2 -一前言21.1 课题研究的现实性意义 2

3、1.2 国内外研究现状 21.3 课题基本概况3二总体方案设计 42.1 方案原理42.2 硬件选择42.2.1 DS1302 简介42.2.2 单片机52.2.3 显示方案6三硬件设计83.1 显示模块93.2 独立按键模块93.3 实时时钟芯片DS130210四软件设计114.1 程序流程图114.2 按键子程序124.3 功能键按键程序流程图 124.4 时间调整程序13五总结14六硬件原理图15-12 -第1章前言1.1 课题研究的现实性意义20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透 了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时

4、也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。随着科技的发 展和社会的进步，人们对钟表的要求也越来越高，传统的钟表已不能满足人们的需求。 单片机在多功能电子钟中的应用已是非常普遍的， 人们对电子钟的功能及工作顺序都 非常熟悉。电子时钟是采用数字电路实现对时间、 日期数字显示的计时装置，是人们日常生 活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、航站、剧院、办公室等公共场 所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各个仪表的控制， 从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理； 以及我 们生活中

5、广泛使用的各种智能IC卡等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时， 这些东西也能做，但是智能使用复杂的模拟电路、然而这样做出来的产品不仅体积大， 而且成本高，并且由于长期使用，与元件不断老化，控制精度自然也会达不到标准。 在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了， 我们只需要在单片机外围接 一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。 这样产品的体积变小 了，成本也降低了。随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多， 不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。根据这种实际情况，设计了一个 单片机多功能电子钟系统，他可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多

6、路电 器进行控制，同时又可以进行时钟校准，它可以任意设置时间。这种具有人们所需要 的智能化特性的产品减轻了人们的劳动， 扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了 可能。1.2 国内外研究现状单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算 机系统集成到一个芯片上。概括地讲，一块芯片就成了一台计算机。它体积小、质量轻、价格便宜，为学习、应用和开发提供了便利条件。世纪跨越了三个“电” 的时 代，即电气时代、电子时代和现已进人的电脑时代。 不过，这里的电脑，通常是指个 人计算机，简称机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却 不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予

7、各种机械的单片机。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都 藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛 病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实 时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词一“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或 其它可编程逻辑器件上。单片机应用系统因

8、其优异的性能、高可靠性以及成本低廉被广泛应用于航空航天、工业测控、机器人感觉、数字信号处理、通信等各个技术领域，然而在比较特殊的应用系统中，我们不仅希望单片机系统能够完成数据的采集处理， 而且同时还 想知道产生这些数据的时刻， 以便于更详细地了解和掌握现场情况， 因此为单片机 系统增加数字时钟将是不可回避的一项新型的工程技术。数字电子时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，是人们日常生活中必 不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、航站、剧院、办公室等公共场所，给 人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。1.3 课题基本概况本设计基于单片机原理，以单片机 AT89C52E片、DS13

9、02寸钟芯片及LEDR码 管为核心，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出一个电子钟系统。该时钟系统主要由时钟模块、显示模块、控制模块组成。它的计时周期为24小时，显满刻度为“ 23时59分59秒”。能够准确显示时间，可随时进行时间调整，可设置 闹钟，有秒表功能。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分能 通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功 耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。第2章总体方案设计2.1 方案原理使用串行接口时钟芯片 DS1302a计时钟电路。该设计方案以MCS-5俾片机为主 控芯片，以串行时钟芯片 DS1302为核

10、心计时芯片，然后再通过一个 74LS164缓冲器 驱动两组数码管组（每个数码管组由四个数码管连在一起组成）组成数字时钟电路。 更重要的是，DS1302时钟芯片的加入大大提高了数字钟时间的准确性，而且该电路 在断电后不丢失时间和数据信息时也使得该方案的研究与提升更具有开发的意义。其功能如下：1 .电子时钟用8位数码管静态显示；2 .时间显示格式：XX-XX-XX分别为时、分、秒。3 .可以通过按键切换显示日历，格式：XX-XX-XX,分别为年、月、日。4 .具有秒表和校时功能。2.2 硬件选择2.2.1 DS1302 简介为了能够较精确的计时，选择了 DS1302寸钟芯片。DS1302是美国DA

11、LLA宓司推出的一种高性能、低功耗、带RAM勺实时时钟芯片， 它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压 宽达2.55.5V。时钟可工作在24小时格式或12小时（AM/PM格式。DS1302与单 片机的接口使用同步串行通信，仅用3条线与之相连接。可采用一次传送一个字节或 突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAMt据。DS1302内部有一个31X8的用 于临时性存放数据的 RAMS存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容， 但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的 能力。DS1302的引脚功能如表2.1所

12、示，外形及内部结构如图2.1所示。表2.1 DS1302引脚功能表引脚 号引脚名 称功能1VCC2主电源2、3X1、X2振荡源，外接32768Hz晶振4GND地线5RST复位/片选线6I/O用行数据输入/输出端（双向）7SCLK串行时钟输入端8VCC1后备电源图2.1 DS1302管脚图及内部结构图2.2.2 单片机本次设计选择的单片机为 AT89C52AT89C52 51系列单片机的一个型号，它是ATME公司生产的。AT89C52g一个 低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程 序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAIMI,器件

13、采用ATME公司的高密 度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理 器和Flash存储单元，功能强大的AT89C5印片机可提供许多较复杂系统控制应用场 合。二| VccS口 三口 LJK*"| T/O KR7V cc 1 匚 3Q 匚 EG 匚 3匚 4-7有 FSKTHh:AT89C52W 40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个 外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口， 2个读写口线， AT89C52可以按照常规方法进行编程，但不可以在线编程（S系列的才支持在线编程）。 其将通用的微处理器和Flas

14、h存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器 可有效地降低开发成本。图2.2 AT89C52单片机tT2）Fl . O （TZEX）F 1 . 1Pl . 2 Pl . 3 P 1.4 Pl . 5 Pl . & Pi. r RESET MD/F3. 0 TXD/FS. 1I HTQ/F 3. 2 IITT1/F3. 3 T0/P3. 4 Tl/P 3. 5 &M/P3. T XTAL2 XTAL 1 PDIF Vss1 V cc F O . 0/AD OJ PO.1/AD1 3 PO. 27AD21 PO. 3/AD 3 J PO, 4/AD4 PO. 5/AD53

15、 FO. &/AD& J FO, T/ADT J EA/Vpp1 ULE/FROG 1 F SEW3 P2. 7/AD1 5 3 F2. G/AD14 二 P2. 57AD 1 3 J F2, 4/AD1 2 FN. 37AD1 11 F2. 27AD1 0 P 2. 1 /AD 9 P2. O/AD0图2.3 AT89C52单片机引脚2.2.3 显示方案根据设计要求，本次设计采用 LE四码管静态显示。所谓静态显示，就是把多个LED显示器的每一段与一个独立的并行口连接起来， 而公共端则根据数码管的种类确定连接 VCCM GND当显示器显示某一字符时，相应 的发光二极管恒定的导通

16、或截止，直至新的时钟信号到来。该方式每一位都需要一个 8位输出口控制。静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示所需的I/O 口太多，造成了资源的浪费。因此，通过移 位寄存器74LS164可以减少所需的I/O 口，可以用并行口的口线。通过移位寄存器 74LS164将相应的数据发送到相应的数码管上。74LS164是8位边沿触发式移位寄存器，用行输入数据，然后并行输出。当清除 段（clear）为低电平时，输出端均为低电平。数据通过两个输入端（A或B）之一用行 输入；任意一个输出端为低电平，禁止新数据输入；在时钟端（ clock ）脉冲上升沿 作用下Q0为低

17、电平。当A B有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在clock8 个 74LS164,而 74LS16474LS164就把数据发给相应上升沿作用下决定Q0的状态。8个LED数码管分别对应 的七个输出分别对应一个数码管的段码。当有数据来时， 的段码，从而显示出时间。图2.4静态显示第3章硬件设计该设计以STC89C52RC片机为中心，分别设计了键盘电路、时钟芯片电路、LED数码管显示电路。其总体框图和仿真原理图如图3.1和图3.2所示。数码管图3.1总体框图图3.2仿真原理图3.1 显示模块八段数码显示管有两种，一种是共阳数码管，其内部是由八个阳极相连接的发光 二极管组成；另一种是共阴数码

18、管，其内部是由八个阴极相连接的发光二极管组成。 二者原理不同但功能相同。本设计的时间显示硬件部分用 8只数码管为显示管，这些 数码管为共阴极连接。其硬件连接图如图 3.3。图3.3显示电路3.2 独立按键模块四个独立按键通过P1 口进行连接，其公共端接地。第一个按键控制时间调整， 第二个按键是加键，第三个按键是减键，最后一个是切换键。接通电源，数码管显示, 000000。按一下k4键显示时、分、秒，并且走时显示，此为正常工作模式，按 两次k4键显示年，月，日，按下三次后显示秒表。之后按下k1键一次显示秒可调，一£ = ZIZ13.3 实时时钟芯片DS1302DS1302采用三线接口与

19、CPU!行同步通彳因此将3个P3 口与DS1302进行连 接。DS1302的X1和X2管脚外接标DS1302的复位弓加却通过把RST输入驱动置高电平 来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供了终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302!行操作。如果在传送过程中置RST为低电平，则会终止此次数据传送，并且 I/O引脚变为高阻 态。上电运行时，在Vcc>2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLKM氐电平 时，才能将RSTS为高电平。具连接线路如图3.5

20、图3.5时钟芯片电路第4章软件设计-13 -4.1程序流程图本实验由C语言编写完成。主程序流程如下:4.2按键子程序-14 -4.3功能键按键程序流程图4.4时间调整程序-15 -第5章总结通过本次设计，我对单片机的了解又有了进一步的加深，并且系统的学习了 DS1302的相关知识，我发现只有动手做才会让自己学到更多的东西，才会发现自己 有那么多的不足，并且还让我更熟悉了对文档的整理的能力。 这次设计运用到的知识 很多方面，尤其是单片机，像 AT89C52引脚多，硬件内部线路接通，所以用起来很 方便，还有ds1302芯片与单片机之间的连接，以及如入使用ds1302芯片。当然也要 对这些元器件作相应调查。主要就是电路原理图，还有对引脚的作用熟悉。对于软件 方面则是灵活运用单片机有关的程序语言，还有很多扩展功能，由于知识匮乏，但是理论知识还是比较详细的。我们最大的成功之处是在这整个过程， 动脑寻求解决一个 一个问题的办法，对程序是不断思索，务必写出很简单的程序来，使得电子时钟能做 成功！同时，通过这次的设计，让我学会了去跟别人合作的精神，这将是我在以后的 工作中的一笔巨大的财富。-16 -硬件原理图DS1J02 Clock-U4Time: 10-16-35Date： 17-10-13-17 -