基于单片机的电子时钟6位LED数码管显示.doc

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器显示某一字符时,相应的发光二极管恒定的导通或截止。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。
方案二:动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位,对于显示器的每一位来说,每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示,但必须保证扫描速度足够快,字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关,也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口,降低了能耗。
从节省I/O口和降低能耗出发,本设计采用方案二。

利用AT89S51单片机内部的定时/计数器进行中断时,配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本,且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高,对单片机的指令系统能有更深入的了解,从而对学好单片机技术这门课程起到一定的作用。
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AT89S51的P0口和P2口外接由八个LED数码管(LED8~LED1)构成的显示器,用P0口作LED的段码输出口,P2口作八个LED数码管的位控输出线,P1口外接四个按键A、B、C构成键盘电路。
AT89S51是一种低功耗,高性能的CMOS8位微型计算机。它带有8KFlash可编程和擦除的只读存储器(EPROM),该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造,与工业上标准的80C51和80C52的指令系统及引脚兼容,片内Flash集成在一个芯片上,可用与解决复杂的问题,且成本较低。简易电子钟的功能不复杂,采用其现有的I/O便可完成,所以本设计中采用此的设计方案。

根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块:单片机模块、数码显示模块与按键模块,模块之间的关系图如下面得方框电路图1所示
图1硬件电路方框图
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单片机模块设计

AT89C51单片机引脚图如下:
图2AT89C51引脚图
MCS-51单片机是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片,其各引脚功能如下:
VCC:+5V电源。
VSS:接地。
RST:复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效,用完成单片机的复位初始化操作。
XTAL1和XTAL2:外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时,此二引线端用于外接石英晶体和微调电容;当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。
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P0口:P0口为一个8位漏极开路双向I/O口,当作输出口使用时,必须接上拉电阻才能有高电平输出;当作输入口使用时,必须先向电路中的锁存器写入“1”,使FET截止,以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。
P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,它不再需要多路转接电路MUX;因此它作为输出口使用时,无需再外接上拉电阻,当作为输入口使用时,同样也需先向其锁存器写“1”,使输出驱动电路的FET截止。
P2口:P2口电路比P1口电路多了一个多路转接电路MUX,这又正好与P0口一样。P2口可以作为通用的I/O口使用,这时多路转接电路开关倒向锁丰存器Q端。
P3口:P3口特点在于,为适应引脚信号第二功能的需要,增加了第二功能控制逻辑。当作为I/O口使用时,第二功能信号引线应保持高电平,与非门开通,以维持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。当输出第二功能信号时,该位应应置“1”,使与非门对第二功能信号的输出是畅通的,从而实现第二功能信号的输出。
MCS-51单片机共有4个双向的8位并行I/O端口(Port),分别记作P0-P3,共有32根口线,各口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器所组成。实际上P0-P3已被归入特殊功能寄存器之列。这四个口除了按字节寻址以外,还可以按位寻址。由于它们在结构上有一些差异,故各口的性质和功能有一些差异。
P0口是双向8位三态I/O口,此口为地址总线(低8位)及数据总线分时复用口,可驱动8个LS型TTL负载。P1口是8位准双向I/O口,可驱动4个LS型负载。P2口是8位准双向I/O口,与地址总线(高8位)复用,可驱动4个LS型TTL负载。P3口是8位准双向I/O口,是双功能复用口,可驱动4个LS型TTL负载。P1口、P2口、P3口各I/O口线片内均有固定的上拉电阻,当这3个准双向I/O
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口做输入口使用时,要向该口先写“1”,另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态,故称为双向三态I/O口。
时钟电路用于产生MCS-51单片机工作时所必需的时钟信号。MCS-51单片机本身就是一个复杂的同步时序电路,为保证同步工作方式的实现,MCS-51单片机应在唯一的时钟信号控制下,严格地按时序执行进行工作,而时序所研究的是指令执行中各个信号的关系。
在执行指令时,CPU首先要到程序存储器中取出需要执行的指令操作码,然后译码,并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作。CPU发出的时序信号有两类,一类用于片内对各个功能部件的控制,这列信号很多。另一类用于片外存储器或I/O端口的控制,这部分时序对于分析、设计硬件接口电路至关重要。这也是单片机应用系统设计者普遍关心的问题。

系统采用动态显示方式,用P0口来控制LED数码管的段控线,而用P2口来控制其位控线。动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示,即循环点亮每一个数码管,这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮,但由于人眼存在视觉残留效应,只要每位数码管间隔时间足够短,就可以给人以同时显示的感觉。
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图3数码显示电路

下图为按键模块电路原理图,A为复位键,B为时钟调控键,C为分钟调控键。
图4按键模块电路原理图
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软件设计分析
显示的效果为动态显示,利用CPU控制数码管显示的选通和停止,通过定时器中断不断扫描,从而实现数据的动态显示。
在编程上,首先进行了初始化,定义程序的的入口地址以及中断的入口地址,,在显示初值之后,进入主循环。在主程序中,对不同的按键进行扫描,实现秒表,时间调整,复位清零等功能,系统总流程图如下图5:
图5系统总体流程图
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