【正文】 l play to the function of SCM, most of the functionality through software programming to implement the circuit is simple and clear, high system stability. At the same time, the clock system also has the characteristics of low consumption, low cost, strong practicability. Key words: single chip microputer。設(shè)計以硬件軟件化為指導(dǎo)思想，充分發(fā)揮單片機功能，大部分功能通過軟件編程來實現(xiàn)，電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。該時鐘系統(tǒng)主要由電源模塊、晶振電路模塊、復(fù)位電路模塊、 LED 點陣顯示模塊、以及鍵盤控制模塊組成。本文正是基于這種設(shè)計方向，以單片機為控制核心，設(shè)計制作一個符合指標要求的多功能數(shù)字時鐘。高精度、多功能、低功耗，是現(xiàn)代時鐘發(fā)展的趨勢。 海 南 大 學(xué) 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計） 題 目： 基于 STC89C52 單片機的 LED 顯示 電子鐘的制作 學(xué) 號： 姓 名： 年 級： 2021 級 學(xué) 院： 學(xué) 部： 工學(xué)部 專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2021 年 6 月 30 日 海南大學(xué) 2 摘要 隨著人類科技文明的發(fā)展，人們對于時鐘的要求在不斷地提高。時鐘已不僅僅被看成一種用來顯示時間的工具，在很多實際應(yīng)用中它還需要能夠?qū)崿F(xiàn)更多其它的功能。在這種趨勢下，時鐘的數(shù)字化、多功能化已經(jīng)成為現(xiàn)代時鐘生產(chǎn)研究的主導(dǎo)設(shè)計方向。 本設(shè)計基于單片機技術(shù)原理，以單片機芯片 STC89C52 作為核心控制器，通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，設(shè)計制作出 一個電子時鐘系統(tǒng)。本設(shè)計的電子時鐘能夠準確顯示時間（顯示格式為時時：12:30:23:59:50 ，剛上電時為，當顯示到 12 ： 30:23:59:59 ，即有重新 :01:01:00:00:00 開始顯示），可隨時進行時間調(diào)整。同時，該時鐘系統(tǒng)還具有功耗小、成本低的特點，具有很強的實用性。 LED dot matrix。隨著科技的發(fā)展社會的進步和全球化競爭的日益激烈，人們 對數(shù)字鐘的要求也越來越高，傳統(tǒng)的時鐘已不能滿足人們的需求。同時單片機在多功能數(shù)字鐘中的應(yīng)用已是非常普遍的。例如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動啟閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電器的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。 數(shù)字電子時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。可以說時間的準確已成為各行 各業(yè)安全運行的基礎(chǔ)，如果時間出現(xiàn)誤差而不能及時校正，會造成一系列嚴重的后果和經(jīng)濟損失。其中，利用單片機實現(xiàn)的電子時鐘具有硬件結(jié)構(gòu)海南大學(xué) 6 簡單、編程靈活、便于功能擴展等特點。通過鍵盤可以進行定時、校時功能。本設(shè)計給出一種基于 STC89C52 單片機電子時鐘的設(shè)計方案和實現(xiàn)過程。多功能電子鐘不管在性能還是在樣式亦或是用途上都發(fā)生了重大的變化，許多電子鐘都已具備電子鬧鐘、電子秒表、溫度檢測等功能。 就作為學(xué)生的我們而言，本次課程實際不僅加深和鞏固 了我們在單片機應(yīng)用的知識，提高綜合及靈活運用所學(xué)知識解決工業(yè)控制的能力，而且培養(yǎng)了針對課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表及文獻資料的自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動手能力。同時也加深了同學(xué)彼此間的情誼。 海南大學(xué) 8 方案一 本方案采用 STC89C52 單片機、 74LS138 譯碼器、 743LS373 鎖存器以及 LED點陣等硬件設(shè)施和 C51 編程語言，利用掃描的方法來實現(xiàn)電子時鐘的顯示。 373 鎖存器在此用作開關(guān)。同時也實現(xiàn)了對 LED 點陣的片選過程。數(shù)據(jù)經(jīng)過138 譯碼器使其每次僅掃描一行或者一列。 方案二 本方案是利用 LCD 來顯示時間，通過單片機對 LCD的控制來達到顯示時間的目的。 液晶是在 1888 年，由奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾（ Reinitzer）發(fā)現(xiàn)的，是一種介于固體與液體之間，具有規(guī)則性分子排列的有機化合物。 （ 1）特點 低壓微功耗 外觀小巧精致，厚度只有 ~8mm 基于 STC89C52LED 顯示電子時鐘的設(shè)計 9 被動顯示型 (無眩光，不刺激人眼，不會引起眼睛疲勞 ) 顯示信息量大 (因為像素可以做得很小 ) 易于彩色化 (在色譜上可以非常準確的復(fù)現(xiàn) ) 無電磁輻射 (對人體安全，利于信息保密 ) 長壽命 (這種器件幾乎沒有什么劣化問題，因此壽命極長，但 是液晶背光壽命有限，不過背光部分可以更換 ) （ 2） 1602 介紹 602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字） 通過以上的對比，雖然 LCD 的有點 眾多，但是不符合這一次設(shè)計的要求，故舍棄，選用 LED 來作為顯示主要工具。 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機不具備的功能。本單片機 對于用于電子時鐘的的顯示已經(jīng)夠用，所以就選用 STC89C52 單片機。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片 基于 STC89C52LED 顯示電子時鐘的設(shè)計 11 8. 具有 EEPROM 功能 9. 具有看門狗功能 10. 共 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。當 P1 口的管腳寫“ 1”時，被定義為高阻輸入。在 FLASH海南大學(xué) 12 編程時， P0口作為原碼輸入口，當 FLASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部電位必須被拉高。 P1 口管腳寫入“ 1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉 為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 ⑸ P2 口 (～ ， 21~28 腳 )： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2口被寫“ 1”時，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當 P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 ⑺ ALE/PROG(30 腳 ) ：地址鎖存允許信號端。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 ⑻ PSEN(29 腳 )：外部程序存儲器的選通信號。在此 期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源 (VPP)。 RST 引腳的第二功能是 VPD,即接入 RST 端，為 RAM 提供備用電源，以保證存儲在 RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運行。內(nèi)含過流、過熱和過載保護電路。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。 74LS245 還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 接收模式 當片選端 /CE 低電平有效時， DIR=“ 0”，信號由 B 向 A 傳輸（接收）； DIR=“ 1”，信號由 A 向 B 傳輸（發(fā)送）；當 CE為高電平時， A、 B均為高阻態(tài)。 P0 口與 74LS245 輸入端相連 ,E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。 圖 34 74LS245 引腳圖及其功能 基于 STC89C52LED 顯示電子時鐘的設(shè)計 15 圖 35 74LS245 實物圖 74LS373 介紹 74LS373 是常用的地址鎖存器芯片，它實質(zhì) 是一個是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D觸發(fā)器，在單片機系統(tǒng)中為了擴展外部存儲器，通常需要一塊 74ls373 芯片 . 74LS373 引腳說明 海南大學(xué) 16 圖 36 74LS373 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 37 74LS373 外部引腳圖 D0～ D7—— 8 位 數(shù)據(jù)輸入端 Q0～ Q7—— 8 位數(shù)據(jù) 輸出端 OE —— 三態(tài)允許控制端（低電平有效） 。當該信號為高電平時，輸出線為高組態(tài)。當加到該引腳的信號為高電平時，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負跳變時，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。當譯碼器的輸入為某一固定編碼時，其輸出僅有 1 個固定的引腳輸出為低電平，其余的為高電平。 工作原理 ①當一 個選通端（ E1）為高電平，另兩個選通端（ (/E2))和 /(E3)）為低電平時，可將地址端（ A0、 A A2）的二進制編碼在 Y0至 Y7對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 ②利用 E E2 和 E3 可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。 ④可用在 8086 的譯碼電路中，擴展內(nèi)存。它是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，由鎵（ Ga）與砷（ As）、磷（ P）、氮（ N）、銦（ In）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，銦鎵氮二極管發(fā)藍光。 大屏幕顯示系統(tǒng)一般是將由多個 LED 點陣組成的小模塊以搭積木的方式組合而成的，每一個小模塊都有自己的獨立的控制系統(tǒng)，組合在一起后只要引入一個總控制器控制各模塊的命令和數(shù)據(jù)即可，這種方法既簡單而且具 有易展、易維修的特點。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實際應(yīng)用中一般采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖驅(qū)動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的脈沖信號，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。這些優(yōu)點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、大型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。 亮度高：相對 0603 或 0805 等形式的分立表貼， LED 可以有更多的光通量被反射出。 混色好：利用發(fā)光器件本身的微 化處理和光的波粒二象性，使得紅光粒子，純綠光粒子，藍光粒子三種粒子都將得到充分地相互混合攪勻。 可視角度大： 140 度（水平方向） 通透性高：新一代點陣技術(shù)憑借自身的高度純度性能，以及幾近 100%光通率的環(huán)氧樹脂材料，達到了接近完美的通透率。 LED 的光效只有 100lm/W，其電光轉(zhuǎn)換效率大約只有 20~30%左右。 LED 的散熱解決方式： 解決 Led 的散熱，主要從兩個方面入手，封裝前與封裝后，可以理解為 Led芯片散熱與 Led 燈具散熱。如果散熱不好，因為 LED 芯片的熱容量很小，一點點熱量的積累就會使得芯片的結(jié)溫迅速提高，如果長時期工作在高溫的狀態(tài)，它的壽命就會很快縮短。具體來說， LED 芯片所產(chǎn)生的熱，從它的金屬散熱塊出來，先經(jīng)過焊料到鋁基板的 PCB，再通過導(dǎo)熱膠才到鋁散熱器。 功能模塊介紹 LED 電子時鐘的設(shè)計原理圖如圖 311 所示。 本設(shè)計通過 LM7805 來給單片機提供電源。同時， P2 口送出掃描信號，對 LED 進行掃描。 圖 313 電路原理圖 海南大學(xué) 24 復(fù)位電路模塊 復(fù)位時單片機的初始化操作，只需給單片機的復(fù)位引腳 RST加上大于 2個機器周期的高電平就可使單片機復(fù)位。就像計算器的清零按鈕的作用一樣，以便回到原始狀態(tài)，重新進行計算。一是在給電路通電時馬上進行復(fù)位操作；二是在必要時可以由手動操作；三是根據(jù)程序或者電路運行的需要自動地進行。再復(fù)雜點就有三極管等等配合程序來進行了。 89 系列單片機的復(fù)位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鍵復(fù)位和上電復(fù)位。一般采用的辦法是在 RST 端和 正電源 Vcc 之間接一個按鈕。手動按鈕復(fù)位的電路如所示。 圖 314 手動按鍵復(fù)位 上電復(fù)位 STC89C51 的上電復(fù)位電路如圖313，只要在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一基