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1、-基于STC89C52单片机的LED显示电子钟的制作-第 37 页海 南 大 学毕 业 论 文（设计）题 目：基于STC89C52单片机的LED显示电子钟的制作学 号： 姓 名： 年 级： 2012级 学 院： 学 部： 工学部 专 业： 电子科学与技术专业 指导教师： 完成日期： 2014 年 6 月 30 日 摘要随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断地提高。时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、低功耗，是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下，时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导设计方向。本文正是基于
2、这种设计方向，以单片机为控制核心，设计制作一个符合指标要求的多功能数字时钟。本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片STC89C52作为核心控制器，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时钟系统。该时钟系统主要由电源模块、晶振电路模块、复位电路模块、LED点阵显示模块、以及键盘控制模块组成。本设计的电子时钟能够准确显示时间（显示格式为时时：12:30:23:59:50，刚上电时为，当显示到12：30:23:59:59，即有重新:01:01:00:00:00开始显示），可随时进行时间调整。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，
3、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。关键词：单片机；LED点阵；数字时钟AbstractWith the development of human civilization, people to the requirement of clock in constant increase. The clock is not only to be seen as a kind of tool used to display the time, in many practical applications and it needs to be able to
4、achieve more other functions. High accuracy, multi-function, low power consumption, it is the trend of the development of the modern clock. Under this trend, digital clock, muti_function change has become a dominant design of modern clock production research direction. This article is based on the d
5、esign direction, with the single chip processor as the core, design a meet the requirements of the indicators of the multi-function digital clock. This design principle based on single chip microcomputer technology, chip STC89C52 MCU as the core controller, through the production of hardware circuit
6、 and software program compiled, design to produce an electronic clock system. The clock system mainly consists of a power supply module, crystals circuit module, reset circuit module, LED dot matrix display module, and the composition of the keyboard control module. The design of electronic clock ca
7、n accurately show time (display format for all the time: 12:30:23:59:50, just when the electricity is, when the display to 12:30:23:59:59, namely has again: 01:01:00:00:00 to display), can be adjusted at any time to time. Design with hardware and software into the guiding ideology, give full play to
8、 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 microcomputer;
9、 LED dot matrix; Digital clock1绪论51.1国内外背景51.2课程设计的意义61.3课程设计任务和要求61.3.1功能要求61.3.2主要技术指标71.3.3工艺要求72.设计方案72.1方案一72.2方案二83硬件电路设计93.1各元器件介绍93.1.1STC89C52单片机介绍93.1.2 LM7805介绍113.1.3 74LS245介绍133.1.4 74LS373介绍143.1.5 74LS138介绍163.1.6 LED点阵183.2 功能模块介绍223.2.1 复位电路模块233.2.2晶振模块253.2.3 电源模块263.2.5 显示模块294
10、软件设计及程序分析314.1 Keil C51的介绍314.2 部分程序分析314.2.1主程序流程图314.2.2 时间计数程序流程图324.2.3 按键开关程序流程图335 仿真与调试335.1 仿真335.1.1 Proteus简介335.1.2 仿真过程345.2 实物图356 结束语36致谢37参考文献38附件391绪论1.1国内外背景20世纪末，电子技术得到了极速的发展，毫无疑问，在其推动下，现代电子产品以及各种高科技产品几乎渗透到了社会的各个领域，这有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度以及综合科技水平的提高，但产品更新换代的频率也越来越快。随着科技的发展社会的进步和全球化
11、竞争的日益激烈，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能电子钟不管在性能还是在样式亦或是用途上都发生了重大的变化，许多电子钟都已具备电子闹钟、电子秒表、温度检测等功能。同时单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的。数字电子时钟是采用数字电路实现对时，分，秒数字显示的装置，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不可或缺的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，数字时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，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。例如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时
12、广播、自动启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电器的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。数字电子时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。但随着时间的推移，科学技术的不断发展，生活节奏越来越快，基于51单片机的多功能电子钟设计竞争日益激烈，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。可以说时间的准确已成为各行各业安全运行的基础，如果时间出现误差而不能及时校正，会造成一系列严重的后果和经济损失。 电子时钟的设计方法有多种，可用中小规模集成电路组成电子钟，也可以利用专用
13、的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟，还可以利用对单片机编程来实现电子钟。其中，利用单片机实现的电子时钟具有硬件结构简单、编程灵活、便于功能扩展等特点。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术或者数码管显示技术。本设计给出一种基于STC89C52单片机电子时钟的设计方案和实现过程。1.2课程设计的意义就社会而言，随着科技的发展社会的进步和全球化竞争的日益激烈，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能电子钟不管在性能
14、还是在样式亦或是用途上都发生了重大的变化，许多电子钟都已具备电子闹钟、电子秒表、温度检测等功能。同时单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，因此对于单片机在数字时钟的设计和应用的研究就具有深刻的意义。就作为学生的我们而言，本次课程实际不仅加深和巩固了我们在单片机应用的知识，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力，而且培养了针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。 通过对课题设计方案的分析、选择、比较，熟悉了单片机的工作过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。同时也加深了同学彼此间的情谊。1.3课程设计任务和要求1.3.1功能要求：采
15、用STC89C52单片机和LED点阵显示能显示当前的月、日、时、分、秒，24小时制；月、日、时、分、秒均可以单独设置，设置时该项目闪烁；外接3个按键，一个用于选择需要设置的项目，一个增加、一个减少；单片机和LED点阵独立供电；1.3.2主要技术指标：计时精度误差：1秒/日LED显示清晰，不能有明显的残影、乱码；电源：DC5V、2A；1.3.3工艺要求印刷电路板布局合理、走线清晰整洁；IC装在插座上，发热元、器件应考虑散热的方法；在印制板上应留出定位孔及固定支架所占用的位置；焊点大小适中、呈锥状、美观、结实、光亮、无虚焊；跳线整齐美观；程序采用C51语言 编写，适当注释，具备良好的编程风格；在P
16、CB版上应明显标识作者姓名。2.设计方案2.1方案一本方案采用STC89C52单片机、74LS138译码器、743LS373锁存器以及LED点阵等硬件设施和C51编程语言，利用扫描的方法来实现电子时钟的显示。时钟的数据部分通过单片机的P0口送出，通过74LS373锁存器传送给LED点阵。373锁存器在此用作开关。当数据送过来时，是373的OE管脚置低电平，数据送入LED点阵；然后OE脚置高电平关闭锁存器，这样数据就送不进来，实现数字的单个显示。同时也实现了对LED点阵的片选过程。时钟的扫描数据通过单片机的P2口来送出，经74LS138译码器、74LS245送到LED点阵。数据经过138译码器使
17、其每次仅扫描一行或者一列。复位电路模块采用按键复位，当程序跑飞或者单片机死机是可以利用按键来重启单片机，使其正常工作。2.2方案二本方案是利用LCD来显示时间，通过单片机对LCD的控制来达到显示时间的目的。LCD，即液晶显示器，具有省电、抗干扰能力强等优点，被广泛应用在智能仪器仪表和单片机测控系统中。液晶是在1888年，由奥地利植物学家莱尼茨尔（Reinitzer）发现的，是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。一般最常用的液晶型态为向列型液晶，分子形状为细长棒形，长宽约1nm10nm，在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别，如此在电源ON/O
18、FF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。（1）特点低压微功耗外观小巧精致，厚度只有6.58mm被动显示型(无眩光，不刺激人眼，不会引起眼睛疲劳)显示信息量大(因为像素可以做得很小)易于彩色化(在色谱上可以非常准确的复现)无电磁辐射(对人体安全，利于信息保密)长寿命(这种器件几乎没有什么劣化问题，因此寿命极长，但是液晶背光寿命有限，不过背光部分可以更换)（2）1602介绍602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也
19、有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）通过以上的对比，虽然LCD的有点众多，但是不符合这一次设计的要求，故舍弃，选用LED来作为显示主要工具。3硬件电路设计3.1各元器件介绍3.1.1STC89C52单片机介绍STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单
20、芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。本单片机对于用于电子时钟的的显示已经够用，所以就选用STC89C52单片机。3.1.1.1单片机主要功能特性1. 增强型8051 单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统8051.2. 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）3. 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051 的080MHz，实际工作 频率可达48MHz4. 用户应用程序空间为8K 字节5. 片上集成512 字节RA
21、M6. 通用I/O 口（32 个），复位后为：P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片8. 具有EEPROM 功能9. 具有看门狗功能10. 共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T211. 外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒12. 通用异步
22、串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART13. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）3.1.1.2STC89C52的引脚功能STC89C52是40管脚的双列直插式封装，其引脚图如图3-1图3-1 STC89C52管脚排列STC89C52各管脚功能介绍： VCC(40脚)：供电电压 GND(20脚)：接地 P0口(P0.0P0.7，3932 脚)：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当
23、FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。 P1口(P1.0P1.7，18 脚)：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口(P2.0P2.7，2128 脚)：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储
24、器进行存取时，P2口输出地址的高八位。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口(P3.0P3.7，1017 脚)：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。它的每个引脚都还有第二功能。 ALE/PROG(30 脚) ：地址锁存允许信号端。当访问外部存储器时，用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。 PSEN(29 脚)：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，
25、每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN 信号。 EA/VPP（31 脚)：当EA保持低电平时，访问外部ROM；当EA端保持高电平时，访问内部ROM。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。 RST/VPD(9 脚）：RST 是复位信号输入端，高电平有效。RST 引脚的第二功能是VPD,即接入RST 端，为RAM 提供备用电源，以保证存储在RAM 中的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。3.1.2 LM7805介绍7805是我们最常用到的稳压芯片了，使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出
26、电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压7805 系列为 3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。3.1.2.1LM7085主要特点输出电流可达 1A 输出电压有：5V 过热保护 短路保护 输出晶体管 SOA 保护3.1.2.2LM7805极限值 VI输入电压(VO=518V) 35V 图3-2 LM7805封装图RJC热阻（结到壳） 5/W RJA热阻（结到空气） 65/W TOPR工作结温范围 0125 TSTG贮存温度范围
27、 -651503.1.2.3LM7805引脚功能从正面看，从左到右依次是1、2、3引脚 1引脚电源输入端2引脚接地3引脚电源输出端 图3-3 LM7805实物图3.1.3 74LS245介绍74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。3.1.3.1接收模式当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输（接收）；DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输
28、（发送）；当CE为高电平时，A、B均为高阻态。由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端1G和2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,E端接地，保证数据线畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得RD和PSEN有效时，74LS245输入（P0.1D1），其它时间处于输出（P0.1D1）。图3-4 74LS245引脚图及其功能图3-5 74LS245实物图3.1.4 74LS373介绍74LS373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的8D触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器，通常需要一块74ls373芯片.
29、3.1.4.1 74LS373引脚说明图3-6 74LS373内部结构图图3-7 74LS373外部引脚图D0D78位数据输入端Q0Q78位数据输出端OE 三态允许控制端（低电平有效）。当该信号为低电平时，三态门打开，锁存器中的数据输出到数据输出线。当该信号为高电平时，输出线为高组态。LE数据输入锁存选通信号。当加到该引脚的信号为高电平时，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据锁存到锁存器中。3.1.4.2 74LS373功能表图3-8 74LS373实物图3.1.5 74LS138介绍74ls138是一种3-8线译码器，有3个数据输入端，经译码产生8种状态。当译码器的输入为某一固定编码时，
30、其输出仅有1个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。而输出为低电平的引脚恰好作为某一存储器芯片的片选控制信号。3.1.5.1 工作原理当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2)和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。可用在8086的译码电路中，扩展内存。3.1.5.2 74LS138引脚功能A
31、0A2：地址数据输入端STA（E1）：选通端/STB（/E2）、/STC（/E3）：选通端（低电平有效）/Y0/Y7：数据输出端（低电平有效）VCC：电源正GND：地A0A2对应Y0Y7；A0,A1,A2以二进制形式输入，然后转换成十进制，对应相应Y的序号输出低电平，其他均为高电平；图3-9 74LS138引脚图3.1.5.3 74LS138功能表图3-10 74LS138实物图3.1.6 LED点阵3.1.6.1 LED点阵的显示原理LED ，发光二极管（light emitting diode缩写）。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，由镓（Ga）与砷（As）、磷（P）、氮（N）、
32、铟（In）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，铟镓氮二极管发蓝光。以简单的8X8点阵为例，它共由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置1电平，某一列置0电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点亮，则9脚接高电平13脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第9脚要接高电平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第一列点亮，则第1
33、3脚接低电平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高电平，那么第一列就会点亮.09的编码：0x7e,0x81,0x81,0x7e,0x7e,0x81,0x81,0x7e, /000x80,0xff,0x81,0x82,0x7e,0x81,0x81,0x7e, /010x8e,0x91,0xa1,0xc2,0x7e,0x81,0x81,0x7e, /020x76,0x89,0x89,0x89,0x7e,0x81,0x81,0x7e, /030x10,0xff,0x12,0x1c,0x7e,0x81,0x81,0x7e, /040x79,0x89,0x89,0x4f,0x7e,0x81,0x
34、81,0x7e, /050x72,0x89,0x89,0x7e,0x7e,0x81,0x81,0x7e, /060x07,0x09,0xf1,0x01,0x7e,0x81,0x81,0x7e, /070x76,0x89,0x89,0x76,0x7e,0x81,0x81,0x7e, /080x7e,0x91,0x91,0x4e,0x7e,0x81,0x81,0x7e, /09 3.1.6.2 LED点阵的驱动由LED点阵显示器的内部结构可知，器件宜采用动态扫描驱动方式工作，由于LED管芯大多为高型，因此某行或某列的单体 LED驱动电流可选用窄脉冲，但其平均电流应限制在20mA内多数点阵显示器的单
35、体LED的正向压降约在2V左右但大亮点10的点阵显示器单体 LED的正向压降约为6V。大屏幕显示系统一般是将由多个LED点阵组成的小模块以搭积木的方式组合而成的，每一个小模块都有自己的独立的控制系统，组合在一起后只要引入一个总控制器控制各模块的命令和数据即可，这种方法既简单而且具有易展、易维修的特点。LED点阵显示系统中各模块的显示方式有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的脉冲信号，反复循环以上操作，就可
36、显示各种图形或文字信息。图3-11 8*8点阵LED外观及引脚图图3-10 8*8点阵LED等效电路 图3-12 8*8点阵LED等效电路图3.1.6.3 LED的特点LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、大型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。亮度高：相对0603或0805等形式的分立表贴，LED可以有更多的光通量被反射出。可实现超高密度：室内可高达62.500点/平米（P4）。混色好：利用发光器件本身的
37、微化处理和光的波粒二象性，使得红光粒子，纯绿光粒子，蓝光粒子三种粒子都将得到充分地相互混合搅匀。环境性能好：耐湿、耐冷热、耐腐蚀抗静电性能优势超强：制作环境有着严格的标准还有产品结构的绝缘设计。可视角度大：140度（水平方向）通透性高：新一代点阵技术凭借自身的高度纯度性能，以及几近100%光通率的环氧树脂材料，达到了接近完美的通透率。3.1.6.4 LED发热原因和解决办法LED发热的原因：LED发热的原因是因为所加入的电能并没有全部转化为光能，而是一部分转化成为热能。LED的光效只有100lm/W，其电光转换效率大约只有2030%左右。也就是说大约70%的电能都变成了热能。LED的散热解决方
38、式：解决Led的散热，主要从两个方面入手，封装前与封装后，可以理解为Led芯片散热与Led灯具散热。Led芯片散热主要与衬底和电路的选择与工艺有关，因为任何LED都会制成灯具，所以LED芯片所产生的热量最后总是通过灯具的外壳散到空气中去。如果散热不好，因为LED芯片的热容量很小，一点点热量的积累就会使得芯片的结温迅速提高，如果长时期工作在高温的状态，它的寿命就会很快缩短。然而这些热量要能够真正引导出芯片到达外部空气，要经过很多途径。具体来说，LED芯片所产生的热，从它的金属散热块出来，先经过焊料到铝基板的PCB，再通过导热胶才到铝散热器。所以LED灯具的散热实际上包括导热和散热两个部分。3.2
39、 功能模块介绍LED电子时钟的设计原理图如图3-11所示。系统的主控器件是STC89C52，时钟的的显示部分利用LED点阵来实现。本设计通过LM7805来给单片机提供电源。数据部分通过P0口送出，经74LS373送到LED点阵，74LS373的开关由OE端控制。同时，P2口送出扫描信号，对LED进行扫描。通过上述的步骤将相应的时间信息显示在LED屏上。图3-13 电路原理图3.2.1 复位电路模块复位时单片机的初始化操作，只需给单片机的复位引脚RST加上大于2个机器周期的高电平就可使单片机复位。复位电路，就是利用它把电路恢复到起始状态。就像计算器的清零按钮的作用一样，以便回到原始状态，重新进行
40、计算。和计算器清零按钮有所不同的是，复位电路启动的手段有所不同。一是在给电路通电时马上进行复位操作；二是在必要时可以由手动操作；三是根据程序或者电路运行的需要自动地进行。复位电路都是比较简单的大都是只有电阻和电容组合就可以办到了。再复杂点就有三极管等等配合程序来进行了。3.2.1.1 复位方式单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机
41、系统的复位方式有：手动按键复位和上电复位。手动按键复位手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。 图3-14 手动按键复位上电复位STC89C51的上电复位电路如图3-13，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1uF。上电复位的工作过程是在加电
42、时，复位电路通 图3-15 上电复位电路过电 容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在图2的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端
43、口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。通过以上的比较，本设计采用手动按键复位电路来控制单片机的复位。复位电路原理图如图3-16图3-16按键复位电路原理图3.2.2晶振模块（1） 晶振的介绍晶振即晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片），石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振1；而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。晶振在应用具体起到的作用，微控制器的时钟源可以分为两类：基于机械谐振器
44、件的时钟源，如晶振、陶瓷谐振槽路；RC（电阻、电容）振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置，适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立RC振荡器。基于晶振与陶瓷谐振槽路的振荡器通常能提供非常高的初始精度和较低的温度系数。RC振荡器能够快速启动，成本也比较低，但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差，会在标称输出频率的5%至50%范围内变化。但其性能受环境条件和电路元件选择的影响。需认真对待振荡器电路的元件选择和线路板布局。晶振电路STC89C52单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，他的输入端为芯片一脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成一
45、个稳定的自激振荡器。图3-17为STC89C52单片机的晶振电路。 图3-17 晶振电路原理图3.2.3 电源模块7805是我们最常用到的稳压芯片了，使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压7805 系列为 3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。如图3-18为电源模块的电路原理图。图中的开关用于控制电源的通断，LED电珠用于显示电源的通断，当电源接通时LED灯亮，断开
46、时LED灯灭。7805的输入和输出端各接有一个电容，用于除去电源中的干扰信号，起到滤除干扰的作用，保证电压的稳定输出。图3-18 电源模块3.2.4 开关模块图3-19 开关模块原理图本设计的开关模块由三个按键开关、一个六输入与非门和一个非门组成，通过外中断0来实现按键的作用。具体可以实现如下的功能：开关1可以实现数字的减，每按一下开关可以实现相应的电子屏的数字减一；开关2可以实现数字的加，每按一下开关可以实现相应电子屏的数字加一；开关3可以实现选择月、日、时、分、秒的作用，按键次数分别对应5、4、3、2、1。下面为按键开关的部分程序：void int0() interrupt 0 using 1 if(P3_5=0) /选择月日时分秒 delay();