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1、电子时钟设计毕业论文 电子时钟设计摘 要: 时间是人类生活必不可少的重要元素，从古代的沙漏、十二天干地支，到后来的机械钟表以及当今的石英钟，都充分显现出了时间的重要性。随着社会的发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广，功能要求越来越多。普通的机械钟表与半机械钟表对于当代人忙碌的生活显然早已不太适应，随着科技的进步，电子时钟应运而生，它不仅给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了时钟原先的功能。本课题研究的主要目的就是设计一个基于单片机定时器的时钟系统，它以AT89S52芯片为核心，结合显示驱动芯片74LS373、74LS138，控制键以及LED显示电路完成其显示、计数功能
2、。由于单片机定时器是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。关键字: 时间；电子时钟；AT89S52单片机；便捷The Design of Electronic clockAbstract: Time is an important element of the humans life, from the ancient hourglass and the twelve heavenly stems and earthly branches, mechanical clocks and th
3、e quartz clock, it fully shows the importance of time. Along with the societys development, peoples requirement is getting higher and higher towards the accuracy of the time measurements, wide utilization and the strong function. General mechanical semi-mechanical watches and clocks already cant fit
4、 in the modern peoples requirement. With the development of the technical, the electronic clock arises at the historic moment, it not only gave the enormous convenient to people but also expanded the clocks original function accordingly. The aim of this research is to design a circuit timers clock s
5、ystem which based on the monolithic integrated, it takes AT89S52 chip as the core, combine display drivers chip 74 LS373 and 74 LS138, control key and LED display circuit to complete its display and count function. Due to the microcontroller is a smart device which uses the digital technology to sho
6、w the hour, minutes and second, so it is much correct and intuitive than the regular mechanical clock and have a longer life that was warmly welcomed by the customers and widely used in the modern life. Key words ：Time ; Electronic clock; AT89S52 microcontroller; Convenient.目 录1 绪论11.1 课题的背景11.2 课题的
7、意义11.3 国内外研究现状21.4 论文构成以及章节安排22 系统方案32.1 系统方案选择32.2 系统方案论证32.3 系统结构框图33 硬件系统设计53.1 主控电路5 AT89S52单片机的介绍5 定时计数器的工作原理7 中断8 晶振特性9 主控电路图103.2 显示电路10 LED发光二极管工作原理11 LED发光二极管主要特点11 LED发光二极管使用注意事项11 显示部分电路图123.3 驱动电路12 列驱动电路芯片74LS373的工作原理12 行驱动电路芯片74LS138的工作原理13 驱动部分电路图143.4 复位电路143.5 按键电路153.6 系统电路原理图154 软
8、件系统设计174.1 主程序174.2 子程序17 计时中断程序17 显示子程序18 键盘扫描子程序195 系统调试205.1Keil uVision4软件20 Keil uVision4软件的介绍20 Keil uVision4建立工程的步骤205.2 Proteus7.5sp3软件21 Proteus7.5sp3软件的介绍21 Keil uVision4建立工程的步骤225.3 基于Keil uVision4和Proteus7.5sp3软件的联调仿真225.4 调试中需注意的问题256总结26参考文献27致 谢28附 录29附录A：系统整体电路图29附录B：源程序30附录C：元器件清单37
9、1 绪论1.1 课题的背景公元1300年以前，人类主要是利用天文现象和流动物质的连续运动来计时。例如，日晷是利用日影的方位计时，漏壶和沙漏是利用水流和沙流的流量计时。东汉张衡制造漏水转浑天仪，用齿轮系统把浑象和计时漏壶联结起来，漏壶滴水推动浑象均匀地旋转，一天刚好转一周，这是最早出现的机械钟。北宋元祜三年 1088 苏颂和韩公廉等创制水运仪象台，已运用了擒纵机构。1350年，意大利的丹蒂制造出第一台结构简单的机械打点塔钟，日差为1530分钟,指示机构只有时针；15001510年，德国的亨莱思首先用钢发条代替重锤，创造了用冕状轮擒纵机构的小型机械钟；1582年前后，意大利的伽利略发明了重力摆；1
10、657年，荷兰的惠更斯把重力摆引入机械钟，创立了摆钟。1660年英国的胡克发明游丝，并用后退式擒纵机构代替了冕状轮擒纵机构；1673年，惠更斯又将摆轮游丝组成的调速器应用在可携带的钟表上；1675年，英国的克莱门特用叉瓦装置制成最简单的锚式擒纵机构，这种机构一直沿用在简便摆锤式挂钟中。1695年，英国的汤姆平发明工字轮擒纵机构；1715年，英国的格雷厄姆又发明了静止式擒纵机构，弥补了后退式擒纵机构的不足，为发展精密机械钟表打下了基础；1765年，英国的马奇发明自由锚式擒纵机构，即现代叉瓦式擒纵机构的前身；17281759年，英国的哈里森制造出高精度的标准航海钟；17751780年，英国的阿诺德
11、创造出精密表用擒纵机构。1819世纪，钟表制造业已逐步实现工业化生产，并达到相当高的水平。20世纪，随着电子工业的迅速发展，电池驱动钟、交流电钟、电机械表、指针式石英电子钟表、数字式石英电子钟表相继问世，钟表的日差已小于0.5秒，钟表进入了微电子技术与精密机械相结合的石英化新时期。1.2 课题的意义随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，这就要求我们不断设计出新型的电子时钟。目前，电子时钟已经广泛应用于个人家庭、车站、码头、办公室等公共场所，成为人们日常生活活动中不可少的必须品。它不仅有基本的时间功能，还有定时功能，并且可
12、扩展为定时对家电等电气产品的自动控制，可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制；可增加温度传感器，进行实时温度显示，进一步扩展为利用不同的温度某些电气产品进行自动控制；也可增加湿度传感器，进行实时湿度显示，以便对湿度进行控制，方便人们的生活。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛使用，使的数字时钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们的生产生活带来了极大的方便，诸如整点提示、定时报警、定时广播、自动启闭路灯，定时开关烘箱等，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其应用，有着非常现实的意义。1.3 国内外研究现状从时钟的发展历史来看，它经历了机械表到电
13、子表，再到晶体管，再到现在的数字电子钟等几个阶段。中国的钟表历史应该由古代史、近代史、现代史三部分组成。一九四九年以前，我国仅在山东烟台有一些小型钟的制造业，根本就没有手表制造业。中华人民共和国成立初，进入中国钟表工业的发展阶段；五十年代至六十年代是国家投资，计划经济模式，完全生产机械手表，机械钟；六十年代末，七十年代初电子钟表已悄悄在起步；七十年代末，八十年代初电子钟表与国际市场同步，异军突一起，冲击着传统的机械钟表领域。九十年代电子钟表（即石英钟表）一统钟表市场，机械钟表失去了传统的垄断市场的局面。现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技
14、术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。1.4 论文构成以及章节安排本课题是以AT89S52单片机为核心，并结合驱动芯片74LS373、74LS138及LED显示器来实现时间显示，从而实现对时间的控制。 论文共分五章：第一章：绪论，介绍了本课题研究的背景、意义，以及国内外的研究状况；第二章：系统方案设计，介绍了本系统所要实现的功能以及实现的方案；第三章：硬件系统设计，介绍了本系统的硬件电路的设计过程以
15、及相关的原理；第四章：软件系统设计，介绍了本系统的软件设计过程以及相关的原理；第五章：系统调试，介绍了本系统调试时所需软件及调试过程中需要注意的问题。2 系统方案系统方案设计是建立在准确理解系统所要实现的功能之上的，只有理解了系统的相关要求及功能，才能设计出符合预期结果的系统。2.1 系统方案选择方案一：本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS12887A。该芯片内部采用石英晶体振荡器，具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部
16、锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。然而尽管它走时准确，但是功能单一，不易拓展其他功能。方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。该方案硬件电路简单。但每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作。比较这两种方案，由于单片机
17、集成度高、可靠性强、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉且能够方便的实现系统的多功能性等一系列优点，故采用单片机作为本课题设计的硬件基础。2.2 系统方案论证此并结合相应的显示驱动芯片来完成，进而实现时间的显示。由于74LS373、74LS138可以驱动八位数码管，在本设计中需要使用5片74LS373和一片74LS138就能完成对数码管的驱动；调整模块可实现时间的调整，当按下分调整键时，分钟加一；按下时调整键时，小时加一。2.3 系统结构框图本设计系统框图如图2-1所示，它由中央控制器AT89S52、显示电路、行驱动电路、列驱动电路、复位电路、按键电路和电源电路组成。采用并行方式显示，通过锁存器
18、芯片来扩展I/O口，达到控制LED点阵的40个列线的目的。方案中运用5片锁存器74LS373来组成5组双缓冲寄存器，驱动LED点阵的8组列线，用3/8译码器74LS138对LED点阵的8行进行扫描。在送每一行的数据到点阵时，先把数据分别送到5个74LS373,然后再把数据一起输出到LED点阵列中，送出去的时间数据由AT89S52来控制。图2-1 系统框图3 硬件系统设计此次设计过程中，采用模块化的设计思想将整个系统分为主控模块、显示模块、驱动模块、复位模块及按键模块，并将所要实现的功能分配给相应的模块，通过硬件与软件相结合的方式实现每个模块的功能之后，再通过适当的调整将所有模块有机地组合成为一
19、个功能齐全、电路完整的时钟系统。3.1 主控电路 主控电路是电路中的核心部分，它直接控制着其他外围电路的工作，是整个系统中最为重要的部分。本设计的主控芯片为AT89S52单片机。 AT89S52单片机的介绍（1）功能特性描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有可编程8K字节Flash存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52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
20、。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机的一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止1。（2）AT89S52单片机引脚结构图 3-1 AT89S52单片机引脚结构引脚说明如下：VCC： 电源。GND： 地。P0 口： P0
21、口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口： P1口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，定时器/计数器2的外部
22、计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。表3-1 P1口的第二功能引脚号第二功能P1.0 T2 （定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK （在系统编程用）P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
23、作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P3 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚
24、由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3-2 P2口的第二功能引脚号第二功能P3.0 RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2 INT0 外部中断0 P3.3INT0 外部中断0 P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6 WR 外部数据存储器写选通 P3.7RD 外部数据存储器写选通 RST： 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器
25、AUXR 地址8EH 上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG： 地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8E
26、H的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN： 外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP： 访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1： 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2： 振荡器反相放大器的输出端。 定时计数器的工作原理定时计数
27、器T0是一个16位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。其工作方式由特殊寄存器T0CON中的C/T0位选择。定时计数器T0有三种工作模式：捕捉方式、自动重载（向下或向上计数）和波特率发生器。如表3-3所示，工作模式由T0CON中的相关位选择。定时器0 有2 个8位寄存器：TH2和TL2。在定时工作方式中，每个机器周期，TL2 寄存器都会加1。计数器的加1信号由振荡器的12分频信号产生，即每过一个机器周期，计数器加1，直至计满溢出为止。显然，定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。因一个机器周期等于12个振荡周期，所以计数频率为：。在计数工作方式中，通过引脚T0和T1对外部信号计数，
28、外部脉冲的下降沿将触发计数。计数器在每个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平。若一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加1。此后的机器周期S3P1期间，新的计数值装入计数器。所以检测一个由1至0的跳变需要两个机器周期，故外部事年的最高计数频率为振荡频率的1/24。虽然对外部输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保某给定电平在变化前至少被采样一次，外部计数脉冲的高电平与低电平保持时间均需在一个机器周期以上2。表3-3 定时器T0工作模式RCLK +TCLKCP/TR2MODE00116位自动重载01116位捕捉1X1波特率发生器XX0（不用）当CPU用软件给定时器设置了某种工
29、作方式之后，定时器就会按设定的工作方式独立运行，不再占用CPU的操作时间，除非定时器计满溢出，才可能中断CPU 当前操作。CPU也可以重新设置定时器工作方式，以改变定时器的操作。由此可见，定时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。 中断AT89S52 有6个中断源：两个外部中断（INT0 和INT1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。这些中断中，每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。对于AT89S52，IE.5位也是不能用的。用户软件不应给这些位写1。它们为AT89系
30、列新产品预留。定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2 或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。定时器0和定时器1标志位TF0 和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2 的标志位TF2 在计数溢出的那个周期的S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来3。中断源如图3-2：图3-2 中断源 晶振特性AT89S52 单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1 和XTAL2 分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶
31、瓷谐振器都可以用来构成自激振荡器。从外部时钟源驱动器件的话，XTAL2 可以不接，而从XTAL1 接入，如图3-4 所示。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的4。图3-3 内部振荡电路连接图 图3-4 外部振荡电路连接图注： 石英晶振 C1，C2 30pF10pF陶瓷谐振器 C1，C2 40pF10pF 主控电路图主控电路时电路的核心，其电路图如图3-5：图3-5 主控电路图3.2 显示电路本设计显示电路采用LED点阵显示器，在上电的时候用来显示时间。显示电路中分动态显示和静态显
32、示：（1）静态显示方式：LED的静态显示是指当数码管显示某一字符时，相应段的发光二极管处于恒定的导通或截止状态，直到需要显示另一字符为止。显示器的各位可以同时显示，较小的驱动电流就能得到较高的显示亮度。（2）LED动态显示：就是利用单片机依次输出每一位数码管的段选码和对应于该位数码管的位选控制信号，一位一位轮流点亮各段数码管。对每位数码管来说，每隔一段时间点亮一次，如此循环。利用人眼的“视觉暂留”效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。在动态显示方式中，同一时刻，只有一位LED数码管在显示，其他各位是关闭的。在段选码和位选码每送出一次后，应保持1ms左右，这个时间应根据实际情况
33、而定。不能太小，因而发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太小，发光太弱人眼无法看清。但也不能太大，因为毕竟要受限于临界闪烁频率，而且此时间越长，占用CPU时间也越多。根据我们的设计要求我们需要5片LED点阵数码管。采用动态显示方式比较节省I/O接口，硬件电路也较静态显示方式简单，因此本设计采用动态显示方式。 LED发光二极管工作原理发光二极管LED（Light-Emitting Diode）是能将电信号转换成光信号的结型电致发光半导体器件。它的内部具有发光特性的PN结。当PN结导通时，依靠少数载流子的注入以及随后的复合而辐射发光。LED正向伏安特性曲线比较陡，在正向导通之前几乎没有电流
34、。当电压超过开启电压时，电流就急剧上升。因此，LED属于电流控制型半导体器件。由于发光二极管的功耗低、体积小，色彩鲜艳、响应速度快、寿命长，所以常用作收录机、收音机和电子仪器的电平指示器、调谐指示器、电源指示器等5。发光二极管在正向导通时有一定稳压作用，还可作直流稳压器中的稳压二极管，提供基准电压，兼作电源指示灯。LED的输出光谱决定其发光颜色及光辐射纯度，也反映出半导体材料的特性。常见管芯材料有磷化镓、砷化镓、磷砷化镓、砷铝化镓、氮化镓。 LED发光二极管主要特点（1） 在低电压（1.52.5V）、小电流 530mA 的条件下工作，即可获得足够高的亮度。（2） 发光响应速度快（s）高频特性好
35、，能显示脉冲信息。（3） 单色性好，常见颜色有红、绿、黄、橙等。（4） 体积小。发光面形状分圆形、长方形、异形（三角形等）。其中圆形管子的外径有、（mm）等规格，直径1mm的属于超微型LED。（5） 防震动及抗冲击穿性能好，功耗低，寿命长。由于LED的PN结工作在正向导通状态，功耗低，只要加必要的限流措施，即可长期使用，寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。（6） 使用灵活，根据需要可制成数码管、字符管、电平显示器、点阵显示器、固体发光板、LED平极型电视屏等。（7） 容易与数字集成电路匹配。 LED发光二极管使用注意事项（1） 管子极性不得接反，一般讲引线较长的为正极，引线较短的是负极
36、。（2） 使用中各项参数不得超过规定极限值。正向电流IF不允许超过极限工作电流IFM值，并且随着环境温度的升高，必须作降额使用。长期使用温度不宜超过75。（3） 焊接时间应尽量短，焊点不能在管脚根部。焊接时应使用镊子夹住管脚根部散热，宜用中性助焊剂（松香）或选用松香焊锡丝。（4） 严禁用有机溶液浸泡或清洗。（5） LED的驱动电路必须加限流电阻，一般可取一百欧至几百欧，视电源电压而定。（6） 在发光亮度基本不变的情况下，采用脉冲电压驱动可以节省耗电。对于LED点阵显示器，采用扫描显示方式能大大降低整机功耗。 显示部分电路图本设计显示部分采用的是LED点阵显示模块。其电路图如图3-6所示：图3-
37、6 显示部分电路图3.3 驱动电路本设计中驱动电路包括行驱动电路和列驱动电路，其中74LS373锁存器作为列驱动器，74LS138译码器作为行驱动器。 列驱动电路芯片74LS373的工作原理本设计中使用5片74LS373来组成5组双缓冲寄存器，应使OE为低电平，此时锁存使能端LE为高电平时，输出Q0Q7 状态与输入端D1D7状态相同；当LE发生负的跳变时，输入端D0D7 数据锁入Q0Q7。51单片机的ALE信号可以直接与74LS373的LE连接。在MCS-51单片机系统中，常采用74LS373作为地址锁存器使用，其中输入端D0D7接至单片机的P0口，输出端提供低8位地址。输出允许端OE接地，表
38、示输出三态门一直打开。74LS373的输出端Q0Q7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，Q0Q7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，Q0Q7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端LE为高电平时，Q随数据D而变。当LE为低电平时，Q被锁存在已建立的数据电平。其内部逻辑图如图3-7：图3-7 74LS373内部逻辑图 行驱动电路芯片74LS138的工作原理74LS138 为3 线8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式，其74LS138工作原理如下： 当一个选通端（E1）为高
39、电平，另两个选通端 E2 和 E3 为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。 其引脚如图3-8：图3-8 74LS138引脚图其功能表如表3-4：表3-4 74LS138的功能表无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出管脚，任何时刻要么全为高电平1芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出管脚全为高电平1。如果出现两个输出管脚在同一个时间为0的情况，说明该芯片已经损坏。 驱动部分电路图本设计驱动芯片采用74LS373、74LS138，其驱动部分电路图如图3-9：图3-9 驱动部分电路图3.4 复位电路复位电路主要由10u
40、F/16V的电解电容，10K的电阻以及按键构成。按键接芯片的相应引脚RST，当开关按下时引脚RST为高电平1，断开时引脚为低电平0。当按键按下时，系统清零，进入初始化状态。复位电路如图3-10：图3-10 复位电路图3.5 按键电路程序对键盘的扫描方式有：随机扫描、定时扫描和终端扫描。在随机扫描方式中，CPU完成某种特定任务后，随即执行键盘扫描程序，以确定键盘有无按键接入，然后根据按键功能转去处理相应的操作。在处理键盘按键规定的功能时不理睬键盘的输入。定时扫描方式与随机扫描方式基本相同，只是利用CPU内的定时中断，每隔一定时间扫描有无按键信号输入。在处理键盘功能过程中，可以通过键盘命令进行干预
41、，如取消、暂停等操作。由于本设计中AT89S52单片机在系统的主要任务由内部定时/计数器产生时钟信号数据并送出显示，完成时钟的控制。因此本设计采用随机扫描按键方式。其中按键部分由分调整按键及时调整按键组成，当按下分调整时分加一，按下时调整时时加一，如图3-11所示：: 图3-11 按键电路图3.6 系统电路原理图本设计采用AST89S52，系统采用高精度的12MHz的晶振，以获得较高的刷新频率及较准确的时钟频率使显示稳定和计时准确；采用RC上电加按键复位电路；单片机P0口的8位与列驱动器相连；P2口的低3位与行驱动器相连，用来送行选信号。单片机的P2口低三位输出的行信号经74LS138（3/8
42、译码器）译码生成8条行扫描，这8条信号线所带的驱动能力足以驱动5个LED显示器，因此就不需要额外增加驱动电路。74LS138的其他控制引脚按工作状态分别接入相应的高低电平。列驱动采用集成电路74LS373构成，它是一个8位并入和8位并出的带一定驱动能力的锁存器。综上所述，设计出基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子时钟电路图如图3-12：图3-12 系统电路原理图系统操作说明：（1）初次上电，显示初始化时间12:00；（2）按下分调整键，进行分钟调整，分钟位调整好后系统开始自动计时。（3）按下时调整键，进行小时调整，小时位调整好后系统自动开始计时。4 软件系统设计LED点阵电子钟程序的主
43、要功能是屏幕显示时间的稳定性与准确性。按照分块设计的方法可以把程序分为主程序与子程序，其中子程序包括：计时中断程序、显示程序、键盘扫描程序。主程序主要是用来初始化系统和控制各个子程序之间执行的顺序。由于计时需要精确，所以我们直接用T0计数器来产生一个1ms的中断程序，在计时中断程序中完成对时、分、秒的调整，而调时程序采用了两个外部中断来完成。4.1 主程序第一次上电，系统将进行初始化，LED数码管显示初始化时间，单片机开始调用计时中断程序、显示程序、键盘扫描程序并循环。主程序流程图如下：图4-1 主程序流程图4.2 子程序子程序包括：计时中断程序、显示程序、键盘扫描程序 计时中断程序 该程序主
44、要由AT889S52单片机的定时/计数器T0产生一个1ms的定时时间，作为秒计数时间。当1s产生时，秒计数加1；秒计数到60s时分计数加1；分计数到60min时时加1；时计数到24h时自动从0开始计数。图4-2 计时中断子程序 显示子程序本设计通过74LS373、74LS138芯片驱动LED数码管显示屏显示时间，采用动态显示，编程简单。图4-3 显示子程序 键盘扫描子程序键盘扫描子程序：单片机扫描键盘，得到键值后，根据键值转入执行相应任务，以实现按键功能。如果没有按键按下，则程序将键盘值清零，返回主程序。图4-4 键盘扫描子程序5 系统调试电路调试技术包括调整和测试两部分。调整主要是对电路参数
45、的调整，如对电阻、电容和电感等，使电路达到预定的功能和性能要求；测试主要是对电路的各项技术指标和功能进行测量与试验，并与设计的性能指标进行比较，以确定电路是否合格。电路测试是电路调整的依据，又是检验结论的判断依据。实际上，电子产品的调整和测试是同时进行的，要经过反复的调整和测试，产品的性能才能达到预期的目标。 Keil uVision4软件 Keil uVision4软件的介绍目前流行的51系列单片机开发软件是德国Keil公司推出的Keil C51软件，它是一个基于32位Windows环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程。 Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿
46、真调试器等在内的完整开发方案，由以下几部分组成：Vision IDE集成开发环境、C51编译器、A51汇编器、LIB51库管理器、BL51连接/定位器、OH51目标文件生成器以及 Monitor-51、RTX51实时操作系统。该软件的主要特点如下：（1） 具有Windows风格的可视化操作界面，界面友好，使用极其方便。（2） 支持汇编语言、C51语言及混合编程等多种方式的单片机设计。（3） 集成了非常全面的单片机支持，能够完成51系列单片机及和51系列兼容的绝大多数类型单片机的程序设计和仿真。（4） 集成了丰富的库函数，以及完善的编译连接工具。（5） 提供了并口、串口、A/D、D/A、定时器/
47、计数器及中断等资源的硬件仿真能力，能够帮助用户模拟实际硬件的执行效果。（6） 可以和多款外部仿真器联合使用，提供了强大的在线仿真调试能力。（7） 内嵌RTX-51 Tiny和RTX-51 FULL内核，提供了简单而强大的实时多任务操作系统支持。（8） 在一个开发界面中支持多个项目的程序设计。（9） 支持多级代码优化，最大限度地帮助用户精简代码体积。Keil软件由于其强大的软件仿真功能，友好的用户界面以及易于掌握的特点而受到工程技术人员的欢迎。 Keil uVision4建立工程的步骤进入Keil后我们首先要建立一个工程。步骤如下：1、 单击Project菜单，在弹出的下拉菜单中选中New Project选项。2、 选择所要保存的路径，输入工程的名字（最好用英文），点击保存。3、 选择单片机的型号，右边框是对这个单片机的基
