CD4511与数码管结合显示电路.docx
《CD4511与数码管结合显示电路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CD4511与数码管结合显示电路.docx（24页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
CD4511与数码管结合显示电路
现代电子技术
综合实训
实训报告
专业：
年级/班级：
姓名：
实训时间：
实训地点：
指导教师：
一、前言：
近些年，人们对数字钟的要求越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。
多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，如电子闹钟、数字闹钟等。
单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉，但是却很少知道它的内部结构及工作原理。
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进行计时，实现数字钟的各种功能，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。
输出设备显示器可以为液晶显示器或数码管。
本次设计以AT89S52芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了一个简易的电子时钟，它由5V直流电源供电。
在硬件方面，除了CPU外，使用CD4511驱动六个7段LED数码管来进行显示，LED采用的是动态扫描显示，使用三极管9015进行驱动。
通过LED能够比较准确地显示时间。
四个简单的按键实现对时间的调整。
软件方面采用C语言编程。
整个电子时钟系统计时比较准确并且方便实用。
二、需求分析
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注应用很广、发展很快、单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。
由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛的应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型的和最有代表性的一种。
这次设计通过对它的学习、应用，以AT89S52芯片为核心，加以辅助电路，设计了一个简易的电子时钟，它由直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间。
2.1设计要求：
1.以AT89S52单片机为核心设计一个时钟控制器。
2.时钟控制器由+5V直流电源供电。
3.通过六只7段数码管准确地显示时间。
4.通过CD4511驱动数码管显示。
5.通过按键能够方便的调节时间。
2.2方案比较
2.2.1定时
方案一：
硬件方法，定时采用专用的时钟芯片如DS12887，定时较准，但增加了设计成本。
方案二：
软件方法，利用单片机自身的定时计数功能，设计简单，容易实现并且比较稳定。
本设计采用方案二。
2.2.2显示
方案一：
采用7段LED数码管。
LED数码管使用LED模组作为背光源，具有耗电低、配置灵活、线路简单、安装方便、耐转动、价格低廉且寿命长等优点。
方案二：
采用LCD数码管。
LCD数码管使用“CCFL（冷阴极荧光管）”作为背光源，CCFL灯管的发热量大，耗电高，老化较快，LCD发光不稳定均匀、功耗大，含有害化学物质等但价格相对便宜。
LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。
LED与LCD的功耗比大约为1:
10，而且更高的刷新速率使得LED在视频方面有更好的性能表现，可提供宽达160°的视角，故采用方案一。
2.2.3数码管驱动
方案一：
选用CD4511译码驱动芯片。
CD4511能够提供较大的上拉电流，可直接驱动数码管。
方案二：
利用单片机本身的上拉电阻，虽然外围电路简单，但灌电流和数码管驱动电流不可兼得，即流过数码管电流满足要求，则灌电流会超出单片机的承受极限；灌电流在单片机允许范围内，则流过数码管电流过小。
故该方案驱动能力较弱。
为使数码管足够亮，选方案一。
三、器件工作原理
3.1AT89S52主要的性能参数
●8K字节可擦写1000次的在线可编程ISP闪存
●4.0V到5.5V的工作电源范围
●全静态工作：
0Hz～24MHz
●3级程序存储器加密
●256字节内部RAM
●32条可编程I/O线
●3个16位定时器/计数器
●8个中断源
●UART串行通道
●低功耗空闲方式和掉电方式
●通过中断终止掉电方式
●看门狗定时器
●双数据指针
●灵活的在线编程（字节和页模式）
3.2AT89S52引脚说明
51系列单片机89s52采用40Pin封装的双列直接DIP结构。
上图是它的引脚配置:
40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。
3.3引脚的功能：
电源引脚：
Vcc 40脚 正电源脚，工作电压为5V。
GND 20脚 接地端。
外接晶体引脚:
XTAL218脚,XTAL119脚。
复位:
RST 9脚。
输入输出（I/O）引脚:
39脚-32脚为P0.0-P0.7输入输出脚，称为P0口，是一个8位漏极开路型双向I/O口。
内部不带上拉电阻，当外接上拉电阻时，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载电路。
通常在使用时外接上拉电阻，用来驱动多个数码管。
在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址（低8位）/数据总线，不需要外接上拉电阻。
1脚-8脚为P1.0-P1.7输入输出脚，称为P1口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/0口。
P1口能驱动4个LSTTL负载。
通常在使用时外不需要外接上拉电阻，就可以直接驱动发光二极管。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。
21脚-28脚为P2.0-P2.7输入输出脚，称为P2口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口能驱动4个LSTTL负载。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。
对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。
在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。
而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。
10脚-17脚为P3.0-P3.7输入输出脚，称为P3口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口能驱动4个LSTTL负载，这8个引脚还用于专门的第二功能。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。
对内部Flash程序存储器编程时，接控制信息。
P1－3端口在做输入使用时，因内部有上接电阻，被外部拉低的引脚会输出一定的电流。
除此之外P3端口还用于一些专门功能，具体请看下表。
P3引脚
兼用功能
P3.0
串行通讯输入（RXD）
P3.1
串行通讯输出（TXD）
P3.2
外部中断0（INT0）
P3.3
外部中断1（INT1）
P3.4
定时器0输入（T0）
P3.5
定时器1输入（T1）
P3.6
外部数据存储器写选通WR
P3.7
外部数据存储器写选通RD
其它的控制或复用引脚:
ALE/PROG:
30脚访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。
即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号（此频率是振荡器频率的1/6）。
在访问外部数据存储器时，出现一个ALE脉冲。
对Flash存储器编程时，这个引脚用于输入编程脉冲PROG
PSEN:
29脚该引是外部程序存储器的选通信号输出端。
当AT89C51由外部程序存储器取指令或常数时，每个机器周期输出2个脉冲即两次有效。
但访问外部数据存储器时，将不会有脉冲输出。
EA/Vpp:
31脚外部访问允许端。
当该引脚访问外部程序存储器时，应输入低电平。
要使AT89S51只访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH）,这时该引脚必须保持低电平。
对Flash存储器编程时，用于施加Vpp编程电压。
四、硬件设计
时钟控制电路由四部分:
复位电路、显示电路、晶振电路和控制电路组成如下图所示。
4.1总电路图：
正5V电源直接接到AT89S52的40脚（VCC），20脚（GND）接地。
电路图如下所示。
4.2复位电路
该电路采用上电自动复位与手动复位结合接到89S52的9脚（RST）。
由一个30uF的电容、一个按键、一个10K的电阻和一个220欧电阻构成。
手动按K5，无论电路处于何种状态，电路都会恢复到初始状态的显示。
4.3显示电路
显示电路部分通过CD4511驱动七段数码管。
CD4511译码驱动芯片能够提供较高的上拉电流，可以直接驱动七段数码管。
三极管可以较为方便的控制七段数码管。
电路图如下图所示。
4.3.1CD4511（引脚图如下所示）
BI：
4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
LT：
3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE：
锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
D、C、B、A为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g：
为译码输出端，输出为高电平1有效。
8421BCD码对应的显示见下图：
4.3.2数码管
1）.数码管引脚图
2）.数码管使用方法
LED数码管分共阳型和共阴型两种，这里我们选择七段共阴型数码管。
数码管的a、b、c、d、e、f引脚分别接到CD4511译码驱动芯片对应的引脚。
公共端com分别与连接在P2口的NPN的集电极相连接。
NPN的发射极并联接地。
CD4511对应的引脚ABCD分别连在AT89S52的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3引脚。
当数码管选通时，通过控制P0口来实现七段数码管动态显示数据。
4.3.3三极管
1）.三极管引脚图
2）.三极管使用方法
单片机灌电流不易过大。
对于数码管每个位选的灌电流约为10mA左右，六个位选为60mA，达到了单片机端口极限。
可采用三极管，作为开关管，基极接单片机P2口，集电极接数码管，发射极并联接地，三极管高电平时导通。
导通后集电极电压为0.3v。
满足数码管共阴极接地的要求。
4.4晶振电路
18脚（XTAL1）和19脚（XTAL2）外接12MHZ的晶振和两个30PF的电容，震荡频率就是晶体的固有频率。
4.5控制电路
本电子钟设计有四个轻触式按键，分别命名为：
K1（设置按钮），K2（分钟加1），K3（小时加1），K4（确定按钮）。
按键电路
五、软件设计
1.软件设计总框图
1）总框图（如图5.1）
2）程序代码详见附录1。
5.1主程序流程图
2.数码管控制：
1）流程图（如图5.2）。
2）程序代码详见附录1。
5.2数码管控制流程图
3.定时器中断的使用：
1）流程图（如图5.3）。
2）程序代码详见附录1。
5.3定时器中断流程图
六、实习心得（设计实物照片）
经过几周的努力，感触颇深。
从开始的搜索整理资料到程序在电路板上边良好的运行，期间并非是一帆风顺的。
但我们克服了重重障碍。
终于完成了时钟控制器的制作，看着数码管上的时间一分一秒的跳动，那一刻激动地心情无法用语言来表达，只是感觉身上的每一个细胞都充满了活力。
对于电子信息工程专业即将毕业的我们，本次实训是我们走入职场之前比较有意义的一次实训。
实训开始时候漫无目的，不知道从何着手，但是随着资料的整理，之间不断地学习，渐渐地完成了电路板的焊接。
本来以为将写好的程序烧到芯片里边，时钟就可以正常的运行了，但是当我在写程序的时候，才发现这部分对于电路的调试却是整个设计环节的重中之重。
这里边不但涉及到硬件的调试，还有软件的调试。
下面有我的调试记录：
1.硬件电路按键部分不起作用
由于按键一端接地，另一端接AT89S52。
按键电路接上拉电阻，接+5V。
但是用万用表检查后发现按键的引脚接错了。
当更改了按键的引脚连接后，问题解决。
2.第四个数码管始终选通
因为六只数码管中只有一只时钟选通，所以怀疑是位选环节的错误，经过检验，是三极管的问题。
更换了一个三极管，问题得到解决。
3.放在定时器T1中的按键程序没有运行。
放在定时器T1中的中断程序没有运行，通过检查，发现没有对定时器T1重新赋初值。
对定时器T1赋初值2ms之后，按键程序得以运行。
随着这次实训的结束，我们真正理解了理论联系实践的重要性。
如果空有理论而没有实践，就像一件物品，知道了它的功能，但是不知道如何运用，这样便失去了它实用的价值。
如果空有实践没有理论的支持，就像一辆汽车一直在行驶，却没有前进的方向，继续这样前进，那么前方将会是万丈深渊。
21世纪，是一个飞速发展的年代，需要的是复合型人才。
这就要求我们既要掌握丰富的理论基础，还要懂得如何将它们灵活的运用。
实训虽然结束了，但是要想在本专业有更高更远的发展，那么对于我们的考验才刚刚开始。
我们会不断扩展自己的知识面，努力的进取，踏踏实实的走好今后的每一步。
参考文献：
[1]刘建清.51单片机C语言非常入门与视频演练.北京:
电子工业出版社,2010（5）.
[2]李朝青.单片机原理及接口技术.北京:
北京航空航天大学出版社,2010（5）.
[3]张瑾,张伟,张立宝.Protel99SE入门与提高.北京:
人民邮电出版社,2008
（2）.
[4]孙江宏,李良玉.Protel99电路设计与应用.北京:
机械工业出版社,2001
（2）.
附件：
附件1：
程序代码
/*****************************************************************************
/Filename：
基于单片机控制的时钟电路
/maindepartment：
数码管显示模块，按键模块，定时器中断模块
/Descriptions：
定时器T0每10ms刷新一次用于产生系统的时基信号
外部中断0，外部中断1和定时器1用于控制按键K1，K2，K3，K4。
K1键按下，时钟走停。
当时钟走停时，按K2键一次分加1，按K3键一次秒加1，按K4键时钟恢复走时
复位按键对时钟进行初始化
/CreatedBy:
/Createddate:
2011-10-30
*****************************************************************************/
#include"reg52.h"
#include"intrins.h"
#defineucharunsignedchar//uchar为无符号字符型数据
ucharhour=0,minute=0,second=0;//时钟初始化
ucharsecond_h=0,second_l=0;//秒的十位、个位
ucharminute_h=0,minute_l=0;//分的十位、个位
ucharhour_h=0,hour_l=0;//时的十位、个位
ucharcodeled7[]={0x00,0x08,0x01,0x09,0x02,0x0a,0x03,0x0b,0x04,0x0c};
//1~9的字形码
ucharth=0;//对定时器0计数
ucharkey=0;
sbitK1=P3^2;//定义K1按键
sbitK2=P3^3;//定义K2按键
sbitK3=P3^4;//定义K3按键
sbitK4=P3^5;//定义K4按键
bitflag=0;//当时间为1秒时flag置1
bitK_flag=1;//按键标志位
voiddelay（）;//声明延时函数
/*****************************
>>外部中断0
>>如果K1键按下时钟走停
*****************************/
voidint_w0（）interrupt0
{EX0=0;
if（K_flag==1）{TR0=0;K_flag=0;}
else{TR0=1;K_flag=1;}
EX0=1;
}
/********************************
>>外部中断1
>>当时钟走停时有K2键按下分钟加1
********************************/
voidint_w1（）interrupt2//外部中断1
{
EX1=0;
if（K_flag==0&&K2==0）
{delay（）;
delay（）;
if（K_flag==0&&K2==0）
{while（!
K2）;
minute++;
if（minute==60）
{
minute=0;
}
}
}
EX1=1;
}
/***************************************
>>定时器1定时2ms
>>当时钟走停时有K3键按下小时加1
>>当时钟走停时有K4键按下时钟恢复走时
****************************************/
voidint1（）interrupt3
{TR1=0;//关闭定时器1
TH1=0xf8;//对定时器1重新赋值定时2ms
TL1=0x30;
if（K_flag==0&&K3==0）//当时钟走停时若K3按下
{delay（）;
delay（）;//去除按键抖动
if（K_flag==0&&K3==0）//确定K3已经按下
{while（!
K3）;//等待K3键释放
if（hour<23）
hour++;
elsehour=0;
}
}
elseif（K_flag==0&&K4==0）//当时钟走停时若K4键按下
{delay（）;//去除按键抖动
if（K_flag==0&&K4==0）//确定K4已经按下
{
K_flag=0;TR0=1;//时钟恢复走时
}
}
TR1=1;//时钟恢复走时
}
/********主函数********/
voidmain（）
{
TMOD=0x11;//定时器初始化
TH0=0xd8;//定时器0赋初值10ms
TL0=0xf0;
TH1=0xf8;//定时器1赋初值2ms
TL1=0x30;
EA=1;//打开总中断
ET0=1;//定时器0开中断
TR0=1;//启动定时器0
EX0=1;//允许外部中断0开中断
IT0=1;//脉冲触发方式
EX1=1;//允许外部中断1开中断
IT1=1;//脉冲触发方式
ET1=1;//定时器1开中断
TR1=1;//启动定时器1
/****************************
>>以下是显示部分
****************************/
while
（1）
{
while（flag==1）//当时间为1秒时
{
if（second<59）//判断时间是否为1秒
second=second+1;//如果到了1秒则秒加1
elseif（minute<59）//判断时间是否为1分
{
second=0;//如果到了1分则秒归0
minute=minute+1;//分钟加1
}
elseif（hour<23）//判断时间是否为1小时
{
second=0;//如果到了则秒归0
minute=0;//分归0
hour=hour+1;//小时加1
}
else
{
second=0;//小时到24后重新计时
minute=0;
hour=0;
}
flag=0;
}
P2=0x00;
hour_h=hour/10;
hour_l=hour%10;
P0=led7[hour_h];//把数据送P0口显示
P2=0x01;//送P2控制被选取的数码管点亮
delay（）;
P2=0x00;
P0=led7[hour_l];
P2=0x02;
delay（）;
P2=0x00;
minute_h=minute/10;
minute_l=minute%10;
P0=led7[minute_h];
P2=0x04;
delay（）;
P2=0x00;
P0=led7[minute_l];
P2=0x08;
delay（）;
P2=0x00;
second_h=second/10;
second_l=second%10;
P0=led7[second_h];
P2=0x10;
delay（）;
P2=0x00;
P0=led7[second_l];
P2=0x20;
delay（）;
P2=0x00;
}
}
/******************************************
>>定时器0用于产生整个时钟系统的时基信号
>>定时10ms计数100次即为1s
******************************************/
voidint0（）interrupt1
{
TR0=0;//关闭定时器0
TH0=0xd8;//定时10ms
TL0=0xf0;
if（th<99）//计数100次
th=th+1;
else
{
th=0;
flag=1;//当时间为1s时flag置1
}
TR0=1;//定时器0重启
}
/*************************************
>>以下是延时函数
**************************************/
voiddelay（）
{
inti;
for（i=10;i>0;i--）
{
_nop_（）;
}
}
附2：
产品使用说明
1．接通电源后，时钟控制器开始工作。
2．本电子钟设有四个轻触式按键，分别为K1，K2，K3，K4。
K1为设置键，按下后可以停止时钟计时，从而进行时间设置。
时钟只有按下K1键后才可以调节时间，否则按其他键不起作用。
K2键按下一次，分钟加1，K3键按下一次，小时加1。
调节时间完成后，按K4键，时钟恢复。
3．如果时钟出现故障，按下复位键，本产品恢复
升级会员 