LED电子时钟的设计与制作.docx
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LED电子时钟的设计与制作.docx
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LED电子时钟的设计与制作
摘要……………………………………………………………………………
第一章绪论……………………………………………………………………
1.1设计的目的和意义………………………………………………………
1.2设计项目的发展情况简介………………………………………………
第二章电路的设计(原理图)………………………………………………
2.1电路设计分析……………………………………………………………
2.2主要元器件简介…………………………………………………………
2.3电路原理图………………………………………………………………
第三章PCB设计…………………………………………………………………
3.1电路的PCB…………………………………………………………………
3.2元器件的购买及焊接………………………………………………………
第四章程序分析…………………………………………………………………
4.1定时器误差分析……………………………………………………………
4.2按键消除抖动的设计分析…………………………………………………
4.3主要程序分析………………………………………………………………
结束语……………………………………………………………………………
参考文献…………………………………………………………………………
LED电子时钟的设计与制作
摘要
本次设计中的LED数码管电子时钟电路采用24小时制记时方式。
本次设计采用AT89C51单片机的扩展芯片和6个三极管做驱动,由六块LED数码管构成的显示系统,与传统的基于8/16位普通单片机的LED显示系统相比较,本系统在不显著地增加系统成本的情况下,可支持更多的LED数码管稳定显示。
设计采用AT89C51单片机,配备11.0592MHz晶振,复位电路为上电复位。
采用软件译码动态显示,考虑直接用单片机I/O口作为位选时可能驱动功率不够,可采用三极管作驱动共阳极数码管显示。
6位8段LED数码管作正常、调时和节电显示,时间按时分秒排列,时钟误差:
24小时误差3~5秒,并且在按键的作用下可以进行调时,调分,复位功能。
本电路采用直流5V电源供电,可用一般带电源线的MP3充电器稍微改造而成。
同时为了限流保护电路也用了若干个阻值不等的电阻。
在本文一开始做了一些概述主要说明此设计的目的和意义,并会对这类设计项目发展情况做个简介。
这是对这次设计很重要的一个认识是前提和设计者必须明确和了解的。
然后本文对此设计做了一些简要分析,这对理清设计思想很重要。
然后还对设计中用到的元器件进行比较全面的介绍。
如AT89C51、74HC164、LED等。
只有真正了解了元器件的特性和功能才能让这些元器件在设计中起到作用。
电子整个设计第一步是电路原理图,它直接关系着后续的工作。
接着当原理图完成好后就要为后面的刻板做准备了,这就是PCB印制电路板的制作。
它影响了整个设计的布局是能不能成功的条件。
紧接着就是程序了,如果只有硬件电路而没有程序,那么这个设计将一文不值,也就是说是一堆破铜烂铁。
所以这部分也是非常重要的。
最后结合整个设计总结了一些心得体会为这次的设计画上完满的句号。
也为以后更好的设计提供经验。
关键词:
AT89C51,LED,时钟,电路的原理图和PCB图
Abstract
InthisdesignLEDnixietubeelectronclockelectriccircuitselects24hoursystemtimemethods.Thisdesignusesat89C51monolithicintegratedcircuittheexpansionchipand6triodesmakestheactuation,bysixLEDnixietubeconstitutiondisplaysystem,compareswiththetraditionbasedon8/16ordinarymonolithicintegratedcircuitLEDdisplaysystem,thissysteminnotobviouslyincreasesthesystemcostinthesituation,maysupportthemoreLEDnixietubestabledemonstration.Thedesignusesat89C51monolithicintegratedcircuit,providesthe11.0592MHzcrystaloscillator,repositionstheelectriccircuitforonelectricityreplacement.Usesthesoftwaredecodingdynamicdemonstration,considereddirectlyelectsasthepositionwhenpossiblyactuatesthepowerwiththemonolithicintegratedcircuitI/Omouthtobeinsufficient,mayusethetriodetomaketheactuationaltogetheranodenixietubedemonstration.68sectionofLEDnixietubesmakenormal,thetimingandtheelectricitysavingdemonstrated,timeontimeminutesandsecondsarrangement,clockerror:
24hourerroneous3~5seconds,andmaycarryonthetimingunderthepressedkeyfunction,movestheminute,thereplacementfunction.Thiselectriccircuitusesdirectscurrentthe5Vpowersourcepowersupply,theavailablecommonbeltpowerlineMP3batterychargertransformsslightlybecomes.Simultaneouslyinordertolimitflowstheprotectioncircuitalsotousecertainresistancenumberdifferentresistance.
Madesomeoutlinesinthisarticlemainlytoexplainfromtheverybeginningthisdesignsthegoalandthesignificance,andcouldmakeasynopsistothiskindofdesignprojectdevelopmentsituation.Thisisthepremiseandthedesignermustbeclearabouttothisdesignveryimportantunderstandingandunderstand.
Thenthisarticledesignedregardingthishasmadesomebriefanalyses,thistoclearoffthedesignconcepttobeveryimportant.Thenalsotodesignstheprimarydevicewhichusestocarryonthequitecomprehensiveintroduction.AsAT89C51,74HC164,LEDandsoon.Onlythenhadunderstoodtrulytheprimarydevicecharacteristicandthefunctioncanlettheseprimarydevicesplaytheroleinthedesign.Theelectronentiredesignsfirststepistheelectriccircuitschematicdiagram;itisrelatingthefollowingworkdirectly.
Afterthentheschematicdiagramcompletedneedstopreparemechanicallyforbehind,thiswasthePCBprintedcircuitboardmanufacture.Ithasaffectedtheconditionwhichentiredesignlayoutiscansucceed
Thefollowingcloselywastheprocedure,ifonlythenthehardwareelectriccircuitdidnothavetheprocedure,thenthisdesignwillnotbewortharedcent,inotherwords,willbeapileofscrapcopperrotteniron.Thereforethispartalsoisextremelyimportant.
Finallyunifiedtheentiredesigntosummarizesomeattainmentstorealizemarkedtheperfectperiodforthistimedesign.Andwillprovidetheexperienceforalaterbetterdesign.
Keyword:
AT89C51,LED,clock,electriccircuitschematicdiagramandPCBchart
第一章绪论
1.1设计的目的和意义
此次设计是单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法以及借助键盘直接控制整时的调整,本设计根据AT89C51单片机系统扩展的基本原理和方法,由单片机AT89S51芯片,LED数码管和键盘为核心,辅以必要的电路,构成了一个单片机电子时钟。
一块单片机芯片就是一台计算机,由于单片机以其集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗等特点使它应用于智能仪器仪表、机电一体化、实时程控、人类生活中。
除此之外还广泛应用办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信系统、计算机外部设备等各领域中,并且单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。
由此可见掌握单片机的使用方法和利用单片机解决实际问题具有重要的意义。
而此次的设计刚好用到单片机相关的知识可以说这是这次设计的重要意义和目的所在。
再者,此设计的LED电子时钟主要是显时间的,是时钟用途。
在此设计的基础上人们还可根据不同的需求和不同的设计水平做出不同的设计项目。
也可以加上日期,温度的显示和闹钟的功能。
如果设计水平还更高的话还可以设计LED电子显示屏。
因此说,LED电子时钟设计是最简单和基础的。
而且电子时钟很实用,准确性也很好,也容易调节,若有毁坏更换元器件也简单,制作原理和过程也很易懂易做,成本也不高。
在此设计间也包含了很多的知识,跟我所学专业又对口,所以,做这个LED电子时钟是个很用很好很值得做的设计。
大学三年,一晃就过去了,我很想靠自己的专业做个东西给自己留念。
再也就想考验一下自己三年的学习成果,不负老师三年来的教诲和付出的心血。
在做设计的同时使自己再学习、再提高。
是展示自己学习成果的时机,是对自己的一种肯定。
只是,我所具有的学习水平和知识有限,所以选择了这个设计作为我的毕业设计。
所以因水平有限,难免有疏落不足之处,恳请老师和同学能给予指正。
1.2设计项目发展情况简介
时钟,自从它发明的那天起,就成为人类的朋友,但随着时间的推移,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,怎样让我们的老朋友焕发青春呢?
这就要求人们不断设计出新型时钟。
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,秒的显示时间的功能,还可以进行时和分的校对,片选的灵活性好。
时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用,是保证系统正常工作的基础。
在一个单片机应用系统中,时钟有两方面的含义:
一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号,主要由晶振和外围电路组成,晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢;二是指系统的标准定时时钟,即定时时间,它通常有两种实现方法:
一是用软件实现,即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现,但误差很大,主要用在对时间精度要求不高的场合;二是用专门的时钟芯片实现,在对时间精度要求很高的情况下,通常采用这种方法,典型的时钟芯片有:
DS1302,DS12887,X1203等都可以满足高精度的要求。
本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法以及借助键盘直接控制整时的调整,本设计由单片机AT89S51芯片,LED数码管和键盘为核心,辅以必要的电路,构成了一个单片机电子时钟。
目前单片机应用于各个领域,其应用于仪器仪表中显得更为优越。
以单片机制成的电子时钟具有计时准确,功耗低的优点。
从而得到了各界的领域的广泛应用。
单片机正处在微控制器的全面发展阶段,各公司的产品在尽量兼容的同时,向高速,强运算能力,寻址范围大以及小型廉价方面发展。
单片机的发展推动了应用系统的发展,应用系统的发展又反过来对单片机提出了更高要求,从而促进单片机的发展。
单片机正在向着功能更强,速度更快,功耗更低,辐射更小的方向发展。
随着集成度的不断提高,把众多的外围功能器件集成在片内已经具备了充分的条件。
这也是单片机以后发展的重要趋势。
除了一般必须具有的ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统外,随着单片机档次的提高,以适应检测、控制功能更高的要求,片内集成的器件通常还有电源监控与复位电路、WDT、A/D转换器、DMA控制器、中断控制器、锁相器、频率合成器、字符发生器、声音发生器、CRT控制器、译码驱动器等。
由此来看,此次设计也是发展比较好的一种基于单片机的LED电子时钟。
第二章电路的设计(原理图)
2.1电路设计分析
此设计是做一个电子时钟,就要知道用什么元器件来实现,来完成这个设计,使之用够在日常生活中使用。
对于显示部分可以用常见的数码管,数码管有共阳极数码管和共阴极数码管,他们的外型相同。
为了保证发光二极管经久耐用而不被烧毁,需要外接限流电阻。
取值一般是流经的电流在10~20mA,由于高亮度数码管的使用,电流还可以取得小一些。
发光二极管开启电压,红色在1.6~1.8V之间,绿色约为2.0V。
设导通电压为=1.6V,正向电流为5~20mA,限流电阻R取值在170~680。
LED数码管的显示还分为静态显示和动态显示电路。
然后还要有驱动,控制,和调节。
驱动部分用一个单片芯片和9012三极管为NPN型小功率管,可作共阳极数码管的驱动,也可用9013PNP型驱动共阴极数码管,在这里用按键来达到控制和调节的作用。
除了这些,还需要晶振电路和复位电路。
在晶振电路中还要再加上晶振负载电容。
所谓负载电容是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容。
指的是晶振所要正常震荡所需要的电容。
一般外接电容,是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。
要求高的场合还要考虑IC输入端的对地电容。
应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率。
此电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。
晶振的负载电容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C式中CdCg为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容Cic(集成电路内部电容)+△C(PCB上电容).就是说要在两边同时接上两个比较小的电容就可以了。
复位电路采用上电复位,因为有复位电路存在,所以要添加复位电容和电阻,每个周期是10us而对于单片机来说是要20us,由此得出复位电容与电阻的乘积要大于20us。
针对上述的分析,我选择在单片机上选用AT89C2051单片机,配备11.0592MHz晶振,33p晶振电容,复位电路中我便选择了常见的10uF的电容和10k的电阻,在显示部分光有6个共阳极LED数码管和若干个阻值为220的电阻还不够仍需要有译码器HC164来完成送数,于此也应添加一个复位电容,采用软件译码动态显示,考虑直接用单片机I/O口作为位选时可能驱动功率不够,可采用三极管9012作驱动共阳极数码管显示,同时选择了三个按键分别用来复位,调时和调分,在上电源选择用带电源线的MP3充电器改造而成。
由于整个设计中运用的元器件大小不一功能不同,所以对这些元器件的放置要做到准确,合理和美观,为此,我选用了一个软件Protel99se先进行了原理图的绘制。
用这个软件的目的是在这里可以先虚拟布局方便更改元器件的位置也便于查看线路的走法,原理图的绘制也是每个电路设计中很重要不可缺少的一步。
在有了原理图的基础上才可以以后的PCB图,也是为后来的电路板制作打下基础。
最终设计的成品是采用24小时制,能用按键进行调时和复位,显示格式是从左到右依次为时分秒,时间误差是24小时误差3~5秒。
2.2主要元器件简介
经过上面的元器件选择,我想对主要元器件做一下了解是有必要的,只有对它们都有了全面的认识才能发挥它们最好的功能,于是,在这里做一个简单的介绍。
首先是显示用的LED数码管。
它分为共阴极和共阳极两类,共阴极是把所有的发光二极管的阴极俩在一起,通常接地,通过控制每一只的阳极电平来使其发光或者熄灭。
阳极为高电平发光,为低电平熄灭。
共阳极是把所有的阳极连在一起,通常接高电平(+5V),通过控制每一只的阴极电平使其发光或者熄灭,阴极为低电平发光,为高电平熄灭。
COM口作为位选端,8只发光二极管被分成两个组,所以有两个COM端,在使用时把它们并联起来。
了解LED的这些特性,对编程是很重要的,因为不同类型的数码管,除了它们的硬件电路有差异外,编程方法也是不同的。
共阴极和共阳极数码管的内部电路图,它们的发光原理是一样的,只是它们的电源极性不同而已。
LED的7段数码管利用单只LED组合排列成“8”字型的数码管,分别引出它们的电极,点亮相应的点划来显示出0-9的数字。
在这次的设计中采用的均是共阳极的LED显示,当I/O口输出为低电平的时候,对应段就被点亮。
LDE显示器工作在静态显示时,其公共阳极(或阴极)接VCC(或GND),一直处于显示有效状态,所以每一位的显示内容必须由锁存器加以锁存,显示各位相互独立。
动态显示电路,将所有位的段选线的同名端联在一起,由一个8位I/O口控制,形成段选线的多位复用。
而各位的公共阳极或公共阴极则分别由相应的I/O口线控制,实现各位的分时选通,即同一时刻只有被选通的位是能显示相应的字符,而其他所有位都是熄灭的。
由于人眼有视觉暂留现象,只要每位显示间隔足够短,则会造成多位同时点亮的假象。
这就需要单片机不断地对显示进行控制,CPU需要不断地进行显示刷新.。
在这里采用的是动态显示。
74HC164是一个是高速的硅门CMOS器件,与低功耗肖特基型TTL(LSTTL)器件的引脚兼容,是8位边沿触发式移位寄存器,串行输入数据,然后并行输出。
数据通过两个输入端(DSA或DSB)之一串行输入;任一个输入端可以用作高电平使能端,控制另一输入端的数据输入。
两个输入端连接在一起,或者把不用的输入端接高电平,一定不要悬空。
时钟(CP)每次由低变高时,数据右移一位,输入到Q0,Q0是两个数据输入端(DSA和DSB)的逻辑与,它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。
主复位(MR)输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效,同时非同步地清除寄存器,强制所有的输出为低电平。
它所具有的特性是⑴门控串行数据输入;⑵异步中央复位;⑶静电放电(ESD)保护:
①HBMEIA/JESD22-A114-B超过2000V;②MMEIA/JESD22-A115-A超过200V。
多种封装形式,额定温度从-40°C至+85°C和-40°C至+125°C。
下面附上它的引脚说明图:
符号
引脚
说明
DSA
1
数据输入
DSB
2
数据输入
Q0~Q3
3~6
输出
GND
7
地(0V)
CP
8
时钟输入(低电平到高电平边沿触发)
/M/R
9
中央复位输入(低电平有效)
Q4~Q7
10~13
输出
VCC
14
正电源罗
AT89C2051单片机采用20条引脚双列直插式器件。
AT89C2051是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含2kbytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL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AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。
是一个功能强大的单片机,但它只有20个引脚,15个双向输入/输出(I/O)端口,其中P1是一个完整的8位双向I/O口,两个外中断口,两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口,一个模拟比较放大器。
同时AT89C2051的时钟频率可以为零,即具备可用软件设置的睡眠的省电功能,系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口,系统唤醒后即进入继续工作状态。
省电模式中,片内RAM将被冻结,时钟停止振荡,所有功能停止工作,直至系统被硬件复位方可继续运行。
主要功能特性:
⑴兼容MCS51指令系统;⑵15个双向I/O口;⑶两个16位可编程定时/计数器;⑷时钟频率0-24MHz;⑸两个外部中断源;⑹可直接驱动LED;⑺低功耗睡眠功能;⑻可编程UARL通道;⑼2k可反复擦写(>1000次)FlashROM;⑽6个中断源;⑾2.7-6.V的宽工作电压范围;⑿128x8bit内部RAM;⒀两个串行中断;⒁两级加密位;⒂内置一个模拟比较放大器;⒃软件设置睡眠和唤醒功能
由于篇幅有限对元器件的功能图和内部构造图以及逻辑图就不再附图说明,
2.3电路原理图
电路原理图的绘制是用软件Protel99se来完成的。
这个软件包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计(包含印制电路板自动布线)、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能,并具有Client/Server(客户/服务器)体系结构,同时还兼容一些其它设计软件的文件格
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