CD4511与数码管结合显示电路.docx

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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。

单片机

复位电路

晶振电路

显示电路

按键电路

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。

N

N

N

N

Y

Y

Y

Y

秒单元加1

60s了吗？

秒单元清零，分单元加1

60分了吗？

分单元清零，时单元加1

到24小时了？

时单元清零

主程序入口

到1s了吗？

定时器初始化

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

/*****************************************************************************

/：

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