08奥运开幕式倒计时钟的设计与制作

明达职业技术学院毕业生毕业论文（设计）

08奥运开幕式倒计时钟的设计与制作

作者：秦健

【摘要】:本文介绍的是以89系列单片机为核心，结合译码芯片、时钟芯片以及用LED数码显示管来达到显示功能的倒计时钟。该倒计时钟能显示当前日期（年、月、日、时、分），以及距离北京奥运开幕式所剩下的时间（天数）,倒计时天数可任意由按键调整。它具有成本低，简携轻便，耗电量小，操控简易，稳定性强，误差小的特点，投入使用后，也有商业价值

【关键词】：倒计时 单片机 时钟芯片 LED数码显示

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前言

本文主要的宗旨就是如何通过89系列单片机来控制LED显示屏，从而达到所要求的设计目的.该装置要能显示当前日期（年、月、日、时、分），以及距离北京奥运会开幕式所剩下的时间（天数）。其中倒计天数可任意调整。该装置完成后的产品雏形如图0-1所示。

距离08奥运会开幕式还有 天 今天是 年 月 日 现在时间为 时 分

复位 设定 +10 +1 明达学院设计工作室制作

图0-1 倒计时装置的产品雏形

该装置的设计任务需要很多的逻辑运算、控制及传输功能的芯片，运用模拟和数字电路也可完成此项任务，但这需要很多芯片的连线组合，因此选用单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）无疑是个不错的选择，单片机面向控制，特别适用于控制应用领域。具有体积小，可靠性高，控制功能强，使用方便，性能价格比高，易产品化等特点。因此该装置的设计我准备采用以处理器89C52为核心集合译码器、时钟芯片、地址锁存器、LED数码显示管、按键等来完成。

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第一章 系统的硬件电路的设计

1.1 设计方案论证与选择

方案一：

利用大量的数字逻辑器件来实现简单的计时和倒计时功能，其原理是利用计数器进行计时和倒计时，用数字逻辑器件设计电路，没有程序，完全通过硬件设施来完成，电路的结构很复杂，成本很高，且没有什么实际的运用价值。

方案二：

利用AT89C52单片机自身带有的晶振来确定基准时间，通过程序进行时间的确定，所有的功能全部用单片机来实现，这样一来，使得这个系统在硬件上变得简单，从而使得设计成本降低，能达到大量生产的目的。但对设计者来说，软件编程能力要求过高，对我们在短短一个月的毕业设计时间来说是远远不够的。

方案三：

利用AT89C52单片机和实时时钟芯片DS12C887来实现倒计时钟的设计，该设计时钟可以用DS12C887来实现，设计者无需考虑大小月、2月、闰年等问题的影响，电路简单、程序设计较为容易，功能扩展方便。这样可以尽可能用已知的元件来完善和简化系统，同时也能灵活运用已知知识达到设计要求。

由上比较，方案三最适合我们在短时间内的设计与制作，它既能够满足实际需要又更容易实现设计功能。

1.2系统功能分析

对当前国内外倒计时钟的现状调查分析，设计一个倒计时钟系统应具备三个功能：时

钟功能、倒计时功能、倒计时间调整功能。本系统在尽量达到功能、完成设计的同时又尽可能减小硬件成本，所以在时钟功能上只选择了对当前年、月、日、时、分的显示，而放弃了对当秒的显示，在倒计时功能上只选择了对倒计天数的四位显示，而放弃了对到达的时间（北京奥运会开幕式2008年8月8日）的显示。倒计时间调整功能则是可以将倒计天数调整，来完成对处理系统断电等意外问题。

1.3 系统的结构框图

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倒计时调整控制单元 处理器 时钟信息产生单元 显示单元

图1-1 倒计时系统结构框图

通过机构图我们可以看出：通过读时钟信息产生单元的数据，用单片机对其进行适当处理，通过显示单元展现给用户。至于对倒计时间的设定可由倒计时间调整控制单元来实现。

1.4 各功能部件单元电路设计

1.4.1 单片机的选择及其基本外围电路的设计

AT89C52单片机是89系列中的标准型产品，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性技术，其输出引脚和指令系统都与MCS-51系统兼容，因此AT89C52单片机是一种功能强、灵活性高的单片机。其引脚图如图1-2 所示。

图1-2 AT89C52引脚图

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AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes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，与标准MCS－51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。

图1-3 单片机的基本外围电路

图1-3中电容的大小为10uF，电阻为8.2KΩ，晶振为12MHz。

每个机器周期的时间为1us，复位的条件为：1）振荡器要工作；2）必须使RES引脚至少保持两个机器周期（即2us）的高电平。复位电路中的RC参数通常由实验调整，若C采用10uF，R采用8.2K，时间常数为

时间不超过10ms，这个时间常数足以保证完成复位操作

只要Vcc的上升时间不超过1ms，振荡器建立

1．4.2 时钟信息产生单元的电路设计

时钟芯片的选择无疑是本设计的重点所在，在本设计中我们选择了DS12C887作为时钟信息产生单元的主要芯片。

时钟芯片DS12C887S是实时时钟芯片，能自动记录当前时、分、秒和年、月、日等时钟日历信息，所需工作电流极微，在外部电源停电情况下，依靠电池，仍能进行计时，并能在正常工作时可保证时钟数据十年内不会丢失。

虽然89C52也可以用编程计算的方法来获得时间信息，但既然已经有实时时钟芯片，只需从DS12C887内部RAM02H、04H、07H、08H、09H处直接读取分、时、日、月、年信息即

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可，简化了程序。同时其内部还包含：秒、秒报警、分报警、时报警、星期等信息。

DS12C887芯片采用24引脚双列直插式封装，其引脚接口逻辑和内部操作方式与MC146818B基本一致，不同的是晶体振荡器、振荡电路、充电电路和可充电锂电池等封装成一个加厚的集成电路模块。DS12C887通电时会自动对电池充电。 DS12C887内部有专门的接口电路，使用时无需任何外围电路即可和计算机总线连接，是一个真正的全自动日历时钟单元电路模块。是本设计的时钟模块的最佳芯片。

DS12C887主要技术特点：

（1）具有完备 的时钟、闹钟及到2100年的日历功能，可选择12小时制或24小时制计时，有上午（AM）和下午（PM）、星期、夏令时操作、闰年自动补偿等功能。精度可达到每月误差±1分钟。

（2）具有可编程选择的周期中断方式和方波发生器功能。

（3）DS12C887内部有15个时钟控制寄存器，其中，11个为时钟日历寄存器，4个为控制和状态寄存器，113个字节的低功耗用户RAM，可用作掉电保护的数据存放区，故DS12C887还可以兼作掉电保护电路。

（4）时钟日历可选择二进制或BCD码表示。 （5）工作电压范围为4.5-5.5V。 （6）工作电流范围为7-15mA。 （7）工作温度范围为0-70度。

DS12C887共有24个引脚，如图1-4所示。

图1-4 DS12C887的引脚图

外围电路的接线方法是：AD0---AD7接单片机的P0口；为选通号，接单片机第15脚；

接单片机第17脚；

接单片机第16脚；

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接单片机的第30脚。

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1.4.3 显示单元电路的设计

时钟及倒计时装置显然要应用具有显示功能的器件，我们采用了LED（Light Emitting Diode）发光二极管，由于其结构简单，价格便宜，在单片机系统中得到了广泛的应用。LED是发光二极管的简称。其应用形式有多种，例如：单个LED显示管，八段LED数码显示管以及点阵式LED字符显示器等。LED显示器具有结构简单、体积小、功耗较低、响应速度较快、可靠性高以及价格低廉等特点，因此，本设计选取八段双位共阳LED数码显示管作为输出设备。

LED显示管的基本单元均为LED。LED的基本特点是：①工作电压为1.5V左右；②功耗约为150mW左右；③响应时间大致为1.0μs；④正向工作电流为2～20mA时发光，在此电流范围内，LED的发光强度基本上与正向工作电流成比例。

LED数码显示管是单片机系统中最常用的显示器，它由若干个发光二极管组成。常用的八段LED数码显示管如图所示，它有共阳和共阴两种结构。发光二极管的正极连在一起的称共阳极显示管（CA），负极连在一起的称共阴极显示管（CC）。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔段发光。控制不同组合的笔段，就能显示数字、若干字母及符号，如下图1-5所示。

n g f a b

d h e c m

图1-5 八段LED共阳数码显示管原理和结构

1) LED采用动态显示方式的原因

单片机系统中的显示装置一般由N个LED数码显示管组成。常把每个数码显示管中并接的引出线称为位选线，而把组成显示内容的各段LED的引出线称为段选线。因此，由N个LED数码显示管组成的显示装置共有N根位选线和8×N根段选线。单片机系统中的CPU通过相应的硬件接口使这N个LED数码显示管工作在静态或动态两种显示方式。

LED数码显示管工作在静态显示方式时，各显示管的公共阴极或公共阳极连在一起（接地或+5V）；每位的段选线与一个八位并行口相连。CPU只要送一次与需显示的字符所对应的段选码到各I/O口锁存，经驱动后显示将一直保留到下一次CPU重新送段选码为止。显然，显示控制方便，占用CPU的工作时间少。但是，由于N位显示器要有N×8根I/O口

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线，因此，当位数较多时，占用I/O资源较多，此时往往采用动态显示方式。

LED数码显示管工作在动态显示方式时，所有位的段选码并联在一起由一个八位I/O口控制，而共阴极点或共阳极点分别由另外的I/O口控制。这样，八位LED动态显示电路只须两个八位I/O口，一个控制位选码。由于所有的段选码皆由一个八位I/O口控制，因此，要想每位显示不同的字符，必须采用扫描方式。即在每一瞬间，段选控制I/O口输出与显示字符相对应的段选码，位选控制I/O口在该显示位送出选通电平（共阴极送低电平，共阳极送高电平）。通过一位一位的轮流，使每位显示该位应显示的字符并保持一段时间。只要对每个显示管来说，选通频率大于50Hz，就可造成视觉暂留效果（即人的眼睛并不会感觉显示器是闪动的）。由于动态显示时每个LED显示管点亮的时间不大于扫描周期的1/N，因此，为保证动态显示时每个LED显示管仍能达到其单独亮点的亮度，每段驱动电流的大小应不小于静态显示方式的N倍。动态显示方式的特点是节省硬件，缺点是CPU须周期性的对各显示管进行扫描。

由以上分析，动态显示和静态显示都有自己的优缺点。在时钟及倒计时装置的设计中由于要显示现在的时间（年、月、日、时、分）和距北京奥运会开幕式还剩余的时间（天），这样需要16位LED数码显示管，这样全采用静态方式是不行的，因为采用静态显示每一个八段双位LED数码显示管要用10个引脚（包括两个控制端）来控制的，这样以来10位LED需要不少的I/O引脚。对于系统硬件设计而言很复杂，对硬件资源造成极大浪费，硬件选择方面要本着成本低，性能高，操作方便等原则，因此不全选用静态显示。相对而言采用动态显示要好的多，可以共用段驱动和位驱动，这样不仅可以减少硬件成本而且也是满足系统设计所必须的。所以16个LED数码显示管都采用动态显示，但牵扯到位数较多，我们在字型码输出时又是通过CD4514来驱动。

2) LED显示字型代码编制

系统设计中我采用的八段共阳LED数码显示管字型代码编制如下表1-7：

显示内容 0 1 2 3 4 共阳极代码 0C0H 0F9H 0A4H 0B0H 99H 显示内容 5 6 7 8 9 共阳极代码 92H 82H 0FH 80H 90H 表1-7 八段共阳极LED显示字型代码编制

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系统设计中LED数码显示管接线为：a b c d e f g ph（字形口）是由：74LS373芯片直接提供的，m、n片选端（字位口）是由CD4514芯片经三极管电路提供的。具体电路如图1-8所示：

图1-8 显示模块电路图

1.4.4 倒计时间调整控制单元电路的设计

本设计的倒计时间的调整基本是靠按键去完成的。本设计计划使用4个键，一个键用来实现手动复位功能，一个键用来实现模式功能，一个键用来实现加10功能，一个键用来实现加1功能，这样可以使操作方便，同时降低成本。

键盘接线如图1-9，分别接在单片机的RESET、P3.3、P3.4、P3.0口，经上拉电阻接在+5V电源Vcc，另一端接地。接线如图1-13所示：

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图1-9 键盘接线图

图中上拉电阻的阻值为10KΩ，其主要作用是使电路中高低电平区别更为明显，是一种硬件消抖动的方法。

1.4.5 电源电路的设计

要让整个系统能正常工作，我们采用的是直流+5V稳压电源供电，对于电源部分的电路设计模块图如图1-10所示。 AC220V 变压器变压 桥式整流器 滤波 变压 DC+5V

图1-10 电源部分框图

交流电先进行变压，得到12V交流电，通过桥式整流、滤波得到直流电压，再通过稳压芯片7805稳压后输出各功能部件所需要的直流+5V稳压电源。 电源电路图如图1-11所示。

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MOV DJ2,R1 S4,JY13

RET

LCALL DELAY2 JNB RET MOV ADD

A,R1 A,#10H S3,JS1

Q112: JNB JS:

AJMP Q113 JY13: LCALL JY

MOV

DJ2,R1 46H,DAO2

JS1:

Q113: DJNZ

DJNZ 45H,DAO11 DA A CLR CLR MOV MOV MOVX MOV MOV MOVX SETB

SETB EA

RETI XS2: MOV SWAP ANL MOVC MOV MOV

LCALL INC INC MOV ANL MOVC MOV MOV

LCALL P3.6 P1.0 A,DJ1 DPTR,#DJG @DPTR,A A,DJ2 DPTR,#DJD @DPTR,A P3.6

R1,A A A,#0FH A,@A+DPTR P1,R2 P2,A

DELAY R2 R2 A,R1 A,#0FH A,@A+DPTR P1,R2 P2,A

DELAY MOV R1,A MOV

MOV 46H,#20

RET

JY: LCALL JNB

RET JY1: MOV INC DA

MOV

MOV

MOV 46H,#20

RET

DELAY: MOV D1: MOV

D2: DJNZ DJNZ

RET

DELAY1:MOV D3: MOV D4: DJNZ DJNZ

RET

DELAY2:MOV D5:

MOV

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45H,#200

DELAY2 S4,JY1

A,R1 A A R1,A 45H,#200 R7,#50 R6,#10

R6,D2 R7,D1 37H,#194 38H,#50 38H,D4 37H,D3

39H,#200 40H,#256

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D6:

DJNZ DJNZ RET DB DB DB DB

40H,D6 39H,D5

DB DB DB DB DB DB END

99H 92H 82H 0F8H 80H 90H

TAB:

0C0H 0F9H 0A4H 0B0H

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7ejh.html