成绩课程论文题目：基于Proteus的简易机械时钟的设计和仿真电子工程学院制2015年5月目录摘要 (1)1 绪论 (1)1.1 LED机械时钟的背景 (1)1.2 LED机械时钟国内的研究现状 (2)1.3 LED机械时钟国外的研究现状 (2)1.4 LED机械时钟的应用领域及发展 (2)2 设计任务和要求 (2)2.1仿真软件介绍 (2)3.方案设计及论证 (3)4硬件单元电路设计 (4)4.1单片机最小系统 (4)4.2特殊器件的介绍 (4)4.2 机械时钟显示模块 (7)5 软件设计与流程图 (9)5.1程序设计说明 (9)5.2 程序流程图 (10)6.系统电路图及仿真效果图........................................................................................... 错误!未定义书签。

6.1 系统电路图....................................................................................................... 错误!未定义书签。

6.2 仿真效果图 (11)6.3系统电路的PCB设计 (12)6.4 结论 (12)7 总结 (13)附录1：元件清单 (14)附录2：程序 (15)基于Proteus的简易机械时钟的设计和仿真摘要：随着社会的发展，LED灯的运用也越来越广泛，本文针对当今社会使用LED灯较为广泛的情况下，在缺少利用LED灯做一些生活中的小工具的背景下，提出利用单片机AT89C52微处理器作为主控元件设计LED机械时钟，实现了LED灯的运用进入平常生活中，达到了实现准点报时的时钟功能，并通过proteus仿真软件仿真其工作过程，验证机械时钟设计的可靠性，达到了设计目的。

对后继LED的发展进入民用阶段，及LED在民间的普及有很大的促进作用。

关键词：单片机AT89C52，LED点阵，机械时钟。

前言：本文针对当今社会使用LED灯较为广泛的情况下，在缺少利用LED灯做一些生活中的小工具的背景下，提出利用单片机AT89C52微处理器作为主控元件设计LED机械时钟，实现了LED灯的运用进入平常生活中，达到了实现准点报时的时钟功能，并通过proteus仿真软件仿真其工作过程，验证机械时钟设计的可靠性，达到了设计目的。

1 绪论1.1 LED机械时钟的背景在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口越来越多的场所需用LED点阵显示图形和汉字。

LED行业已成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。

随着信息产业的高速发展，LED显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公共场所，例如户内外公共场所广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证劵与银行信息显示、餐馆报价信息显示、高速公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号、景观照明等。

显然，LED 显示已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。

1.2 LED机械时钟国内的研究现状在国内，绝大部分学者都用数码管或液晶显示屛做研究，应为那样他们觉得那样比较方便，简洁。

但是通过这么多的广告牌和LED的迅猛发张，我们就知道其实采用LED 点阵做一些研究也是很方便的。

所以我希望通过这次设计LED机械时钟来尝试一下创新。

1.3 LED机械时钟国外的研究现状在国外，LED的发展也是迅猛，LED的发展已经成为一个信息化社会的标志，国外LED的设计也是很多，眼花缭乱，但是用LED实现设计机械时钟的还是比较少见的，同样数码管和液晶显示屏还是使用的比较多的，同样传统的时钟也是比较重要的一个方面。

1.4 LED机械时钟的应用领域及发展随着信息产业的高速发展，LED显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公共场所，例如户内外公共场所广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证劵与银行信息显示、餐馆报价信息显示、高速公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号、景观照明等。

显然，LED显示已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。

2 设计任务和要求用AT89C52单片机作为控制器件设计一个简易的机械时钟，机械时钟的工作过程要和现实生活中的时钟一样或者类似，机械时钟能够体现现实生活中的时间。

用不同长度的指针指示不同的时间。

2.1仿真软件介绍本次课程设计所用的仿真软件是Keil uVision4 ，它是KeilSoftware公司推出的一款可用于多种8051MCU的集成开发环境(IDE)，该IDE同时也是PK51及其它开发套件的一个重要组件。

除增加了源代码、功能导航器、模板编辑以及改进的搜索功能外，uVision4还提供了一个配置向导功能，加速了启动代码和配置文件的生成。

此外其内置的仿真器可模拟目标MCU，包括指令集、片上外围设备及外部信号等。

uVision4提供逻辑分析器，可监控基于MCUI/O引脚和外设状态变化下的程序变量。

它还提供对多种最新的8051类微处理器的支持，包括AnalogDevices的ADuC83x和ADuC84x，以及Infineon的XC866等。

3.方案设计及论证[1] [6]方案一：本方案采用AT89C52单片机作为控制器件，用液晶显示器LCD12864作为显示器件。

通过取字模软件可以取出机械时钟需要的数据，把数据烤到单片机中，然后通过单片机控制LCD12864就可以显示时钟了，其相比与LED点阵操作简单，但不利于理解，价格相对于LED点阵较高点，其系统框图如下。

图1方案二：本方案采用AT89C52单片机作为控制器件，用LED点阵作为显示器件。

通过控制LED 点阵中各个点的点亮来显示时钟，控制过程清晰，易于理解，其系统框图如下。

图 2通过以上综合分析可以看出，方案二具有综合设计优点，因此机械时钟设计采用方案二的设计思路。

4硬件单元电路设计4.1单片机最小系统[10]单片机最小系统包括时钟电路、复位电路和主控制系统。

时钟电路是时钟电路由一个晶体振荡器12MHZ和两个30pF的瓷片电容组成。

时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。

单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地工作。

复位电路是使单片机的CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这状态开始工作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位电路以重新启动。

本设计采用的是按键复位电路。

主控制器采用AT89S52，是ATMEL公司生产的一款性能稳定的8位单片机。

AT89S52具有1个8KB的FLASH程序存储器，1个512字节的RAM，4个8位的双向可位寻址I/O端口，3个16位定时/计数器及1个串行口和6个向量二级中断结构。

其最小系统电路图如下:图 34.2特殊器件的介绍（1）单片机的定时器[2] [3]MCS-51 系列的单片机一般有两个内部的16位定时器/计数器，分别称为T0和T1。

这两个计数器分别是两个8位的RAM单元组成的，即每个计数器都是16位的计数器，最大的计数量是65536.那么这个定时器/计数器是如何产生定时作用的呢？例如：如果将时钟定时到1分钟，那么秒针计数到60次，时钟闹铃就会响。

这里有个计数和定时之间的概念转化，时间表示为秒针的计数值，即秒针每一次走动的时间正好是1s。

单片机中定时器和计数器是复用的，计数器是记录外部脉冲的个数，而定时器则是出单片机提供的一个非常稳定的计数源。

定时器是又单片机的晶振经过12分频后获得的一个脉冲源。

当单片机的晶振为12MHz时，计数值为1代表的时间就是1us。

计数器的容量是16位，也就是最大的计数值到65536，因此计数到65536就会产生溢出，当定时器/计数器溢出时，就会使得相关寄存器标志产生变化，单片机将由此而产生定时中断，在中断服务程序中处理定时到而需要完成的任务。

TMOD是一个8位的特殊功能寄存器，对应的地址为89H，不可位寻址，TMOD控制字中可以完成3个功能：1，确定选择定时器，还是计数器。

2，选择何种工作方式。

3，是否借用外中断控制定时器和计数器的启停。

TMOD的低4位是用于控制T0的字段，高4位用于控制T1。

TMOD的控制字的格式和含义如下：表1 TMOD的控制字这里，以TMOD的低4位来说明各位的定义和功能。

GATE：分为两种情况，GATE=0时，定时器的启停和INT1无关，在这种情况下，定时器的启停只取决TR0，GATE=1时，在这种情况下定时器/计数器的开关不仅要由TR0来控制而且还要受到INT1一脚的控制，只有TR1为1，且INT1引脚也是高电平，定时器才开始工作。

C/T:定时器/计数器即可做定时也可用于计数。

选择何种功能，由C/T的控制字决定。

如果C/T为0就用作定时器，如果为1就用作计数器。

当然，一个定时/计数器同时要么作定时用，要么作计数用，不能同时用。

M1,M0:用M1,M0来控制定时器/计数器4种工作方式的选择。

1,工作方式0：M0=0，M1=0，13位定时/计数方式，它由TL（1/0）的低5位和TH（0/1）的8位构成13位计数器，此时TL（1/0）的高3位未用。

2，工作方式1：M0=0,M1=1，是16位的定时/计数方式，其他特性与工作方式0相同。

3，工作方式2：M0=1,M1=0，自动重装初值的8位定时/计数器。

初值放在T（0/1）的高8位，在工作方式2，只有低8位参与计数，而高8位不参与计数，用作预制数的存在，计数范围256.每当计数溢出，就会打开T(0/1)的高，低8位之间的开关，预制数进入8位，这是由硬件自动完成的，不需要由人工干预。

定时器就是为了提供一个时间基准，计数溢出后重新装入预制数，再开始计数，不要任何延迟。

4，工作方式3：M0=1,M1=1，这种工作方式之下，定时/计数器0被拆成2个独立的定时/计数器来用，其中，TL0可以构成8位的定时器或计数器的工作方式，而TH0则只能作为定时器来用，一般情况下，只有在T1以工作方式2运行时，才让T0工作方式3。

接下来，介绍定时器/计数器的控制器TCON。

TCON是一个8位的特殊功能寄存器，对应的地址为88H，可位寻址。

TCON中的低4位用于外部中断的控制，在后文中将加以介绍，此处只对高4位的T0，T1控制字及其控制原理进行介绍。

TCON控制寄存器的格式和含义如表：表2 TCON控制寄存器TRO:T0的运行控制位。