上海羊羽卓进出口贸易有限公司AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟安装、调试与维修的教学任务
学习目标
1、 了解单片机指令的总体情况
3、掌握LED点阵显示电子钟的工作原理
4、掌握LED点阵显示电子钟的硬件和软件
5、了解LED点阵显示电子钟指令系统中的符号说明
6、会LED点阵显示电子钟数据传送类指令
学习内容：
1、+5V电源原理及设计
2、单片机复位电路工作原理及设计。
3、单片机晶振电路工作原理及设计。
4、按键电路的设计。
5、74LS373锁存驱动器的特性及使用。
6、74LS138译码器的特性及使用
7、AT89S52单片机引脚。
8、单片机汇编语言及程序设计。
本课题建议学时60学时。
本课题的教学步骤可分为：
1、下发任务书。2学时
2、学生根据任务书等资料解决相关问题。20 学时
3、教师对相关知识的疑难问题进行讲解。9学时
4、学生6－7人一组，讨论并确定安装方案，填写工艺卡3学时
5、学生按照工艺卡完成准备工作。1学时
6、学生绘制电原理图、方框图、安装图、元器件明细表。6学时
7、学生自行完成基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟的安装、调试、维修。15学时
8、对基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟的制作维修情况进行评价。
2学时
9、工作任务的小结。 1学时
任务书： （2个课时）
一、项目概述
随着科学技术日新月异的发展，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在。基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟具有结构简单，性能可靠、价格低和显示灵活等优点，因此得到了广泛应用。
二、项目要求
设计一种基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟，具体要求如下：
1. 时钟的显示由LED点阵构成。
2. 能正确显示时间，上电显示为12点。
3. 时间能够由按键调整。
4. 误差小于1s。
三、系统设计
根据设计要求，采用并行方式显示，通过锁存器芯片来扩展I/O口，达到控制LED点阵的40个列线的目的。方案中运用5片锁存器74LS373来组成5组双缓冲寄存器，驱动LED点阵的8组列线，用3/8译码器74LS138对LED点阵的8行进行扫描。在送每一行的数据到LED点阵时，先把数据分别送到5个74LS373，然后再把数据一起输出到LED点阵列中，送出去的时间数据由AT89S52来控制。电子钟由显示电路，行驱动电路、列驱动电路、中央控制器AT89S52、按键电路和复位电路组成。
四、硬件设计
单片机采用AT89S52，系统采用高精度的12MHZ的晶振，以获得较高的刷新频率及较准确的时钟频率使显示稳定和计时准确：采用RC上电加按键复位电路：单片机的P0口和P1口的低5位与列驱动去连接，用来显示数据；P2口的低3位与行驱动器相连，用来送行选信号。
单片机P2口的低3位输出的行信号经74LS138译码生成8条行扫描，这8条信号线所带的驱动能力足以驱动8个LED显示器，因此就不需要额外增加驱动电路。74LS138的其他控制引脚按工作状态分别接入相应的高低电平。
列驱动采用集成电路74LS373构成，它是一个8位并入和8位并出的带一定驱动能力的锁存器。用P1口的低5位分别接到第一脚作为选通用，连接P2口的低5位除了作输出驱动外，主要是起锁存数据的功能，所以11脚全部固定接地。
五、软件设计
LED点阵电子钟程序主要功能是屏幕显示时间稳定、精确。所以按照分块设计的方法可以把程序分为主程序、计时程序、显示程序、调时程序。主程序主要是用来初始化系统和控制各个子程序之间执行的顺序。由于计时需要精确，所以我们直接用T0计时器来产生一个20ms的中断程序，在计时中断程序中完成对时、分、秒的调整，而调时程序采用了两个外部中断来完成。
程序清单：
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0003H
LJMP PINT0
ORG 000BH
LJMP INTT0
ORG 0013H
LJMP PINT1
ORG 0030H
MAIN: MOV SP,#60H
MOV TMOD,#01H
MOV TL0,#0e0H
MOV TH0,#0b1H
MOV IE,#87H
MOV 30H,#01H ；时十位
MOV 31H,#02H ；时个位
MOV 32H,#0AH ；光标点位
MOV 33H,#00H ；分十位
MOV 34H,#00H ；分个位
MOV 35H,#00H ；秒十位
MOV 36H,#00H ；秒个位
SETB IT0
SETB IT1
SETB PT0
SETB TR0
LOOP: LCALL DISP
LJMP LOOP0
INTT0 MOV TL0,#0e0H
MOV TH0,#0b1H
PUSH ACC
PUSH PSW
INC 36H
MOV A,36H
CJNE A,#25,PLL
MOV 32H,#0BH
PLL CJNE A,#50,ENDD
MOV 32H,#0AH
MOV 36H,#00H
INC 35H
MOV A,35H
CJNE A,#60,ENDd
MOV 35H,#00H
INC 34H
MOV A,34H
CJNE A,#0AH,ENDd
MOV 34H,#00H
INC 33H
MOV A,33H
CJNE A,#06H,ENDd
MOV 33H,#00H
INC 31H
MOV A,30H
CJNE A,#02H,END1
MOV A,31H
CJNE A,#04H,END1
MOV 31H,#00H
MOV 30H,#00H
END1: MOV A,31H
CJNE A,#0AH,ENDd
MOV 31H,#00H
INC 30H
ENDd：POP PSW
POP ACC
RET1
DISP: PUSH ACC
PUSH PSW
MOV A,30H
MOV B,#08H
MUL AB
MOV 3BH,A
MOV R4,#00H
MOV R5,#08H
LOOP00:MOV A,3BH
MOV DPTR,#TABE
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,R4
MOV P0,A
MOV P1,#0FEH
INC 3BH
INC R4
LCALL DELAY
DJNZ R5,LOOP00
MOV A,31H
MOV B,#08H
MUL AB
MOV 3BH,A
MOV R4,#00H
MOV R5,#08H
LOOP11: MOV A,3BH
MOV DPTR,#TABE
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,R4
MOV P0,A
MOV P1,#0FDH
INC 3BH
INC R4
LCALL DELAY
DJNZ R5,LOOP11
MOV A,32H
MOV B,#08H
MUL AB
MOV 3BH,A
MOV R4,#00H
MOV R5,#08H
LOOP22: MOV A,3BH
MOV DPTR,#TABE
MOVC A, @A+DPTR
MOV P2,R4
MOV P0,A
MOV P1,#0FBH
INC 3BH
INC R4
LCALL DELAY
DJNE R5,LOOP22
MOV A,33H
MOV B,#08H
MUL AB
MOV 3BH,A
MOV R4,#00H
MOV R5,#08H
LOOP33: MOV A,3BH
MOV DPTR,#TABE
MOVC A, @A+DPTR
MOV P2,R4
MOV P0,A
MOV P1,#0F7H
INC 3BH
INC R4
LCALL DELAY
DJNE R5,LOOP33
MOV A,34H
MOV B,#08H
MUL AB
MOV 3BH,A
MOV R4,#00H
MOV R5,#08H
LOOP44: MOV A,3BH
MOV DPTR,#TABE
MOVC A, @A+DPTR
MOV P2,R4
MOV P0,A
MOV P1,#0EFH
INC 3BH
INC R4
LCALL DELAY
DJNE R5,LOOP44
POP PSW
POP ACC
RET
DELAY: MOV 37H,#50
DEL: MOV 38H#4
DJNE 38H,$
DJNE 37H,DEL
RET
TABE: ；0
DB 00H,18H,24H,24H,24H,24H,18H,00H
；1
DB 00H,10H,30H,10H,10H,10H,38H,00H
；2
DB 00H,18H,24H,04H,18H,20H,3CH,00H
；3
DB 00H,18H,24H,18H,04H,24H,18H,00H
；4
DB 00H,08H,18H,28H,7CH,08H,08H,00H
；5
DB 00H,1CH,10H,18H,04H,24H,18H,00H
；6
DB 00H,18H,24H,38H,24H,24H,18H,00H
；7
DB 00H,3CH,28H,08H,10H,10H,10H,00H
；8
DB 00H,18H,24H,18H,24H,24H,18H,00H
；9
DB 00H,18H,24H,24H,1CH,24H,18H,00H
；
DB 00H,00H,18H,18H,00H,18H,18H,00H
；
DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H
RET
PINT0:MOV 4AH,#20
DJNE 4AH,$
JB P3.2,END-DD
MOV 36H,#00H
INC 34H
MOV A,34H
CJNE A,#0AH,END-DD
MOV 34H,#00H
INC 33H
MOV A,33H
CJNE A,#06H,END-DD
MOV 33H,#00H
END-DD:RET1
PINT1: MOV 4AH,#20
DJNE 4AH,$
JB P3.3,END-DD
INC 31H
MOV A,30H
CJNE A,#02H,END-1
MOV A,31H
CJNE A,#04H,END-1
MOV 31H,#00H
MOV 30H,#00H
END1: MOV A,31H
CJNE A,#0AH,END-d
MOV 31H,#00H
INC 30H
END-D: RETI
END
流程卡： （2个课时）
操作流程卡
课题 基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟设计
序号
操作内容
工作时间
学生： 日期： 教师：
基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟设计： （15个课时）
1、 准备本项任务所需的材料、工具，
2、 如果不全，缺哪些？
3、 根据上一项目的制作步骤进行操作。
材料明细卡
代号
名称
型号
数量
用途
R1
排阻
10KΩ*8
1
个
LED限流
R2
碳膜电阻
10KΩ
1
个
复位电路
C1
电容
33PF
1个
晶振电路
C2
电容
33PF
1个
晶振电路
C3
电解电容
10vF/10V
1个
复位电路
单片机
AT89S52
1个
控制核心
晶振
12MHZ
1个
晶振电路
驱动器
74LS244
1个
数码管驱动
数码管
4位共阳
1个
显示装置
电源
+5V /0.5A
1个
提供+5V
按键
按键
2个
1个
分时调节
复位电路
驱动器
74LS07
1个
数码管驱动
D
LED
8*8
5个
显示电路
集成块
74LS373
5个
驱动锁存
集成块
74LS138
1个
行扫描
课题 基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟设计
参考资料提示
序号
书名
出版社
1
电工基础
中国劳动社会保障出版社
2
电子电路基础
中国劳动社会保障出版社
3
数字逻辑电路
中国劳动社会保障出版社
4
电子技术工艺基础
电子工业出版社
5
电子专业技能训练
中国劳动社会保障出版社
基本操作技能
中国劳动社会保障出版社
单片机应用技术
中国劳动社会保障出版社
平分卡： （2个课时）
基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟设计（满分100分）
评分页
姓名
学号
序号
项目及配分
工艺标准
扣分标准
学生自评分
教师评分
1
作图
30分
1. 布局合理\紧凑
2. 导线横平\竖直\转角成直角,无交叉
3. 元件间连接关系和电原理图一致
1. 布局不合理,每处扣5分
2. 导线不平直\转角不成直角, 每处扣2分,出现交叉, 每处扣5分
3. 连接关系错误, 每处扣10分
2
基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟设计安装45分
1. 电阻器\二极管水平安装,离万能电路板间距5mm,色标电阻的色环标志方向一致
2. 三极管、可控硅、电解电容垂直安装,元件底部离电路板间距8mm
3. 按图装配,元件的位置\极性正确
4. 焊点光亮\清洁\焊料适量
5. 布线平直
6. 无漏焊\虚焊\假焊\搭焊\溅锡等现象
7. 焊接后元件引脚剪脚留头长度小于1 mm
1. 元件安装歪斜\不对称\高度超差\色环电阻标志不一致, 每处扣1分
2. 错装\漏装, 每处扣5分
3. 焊点不亮\焊料过多过少\布线不平直, 每处扣0.5分
4. 漏焊\虚焊\假焊\搭焊\溅锡, 每处扣3分
5.
6. 剪脚留头长度大于1 mm, 每处扣0.5分
3
基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟设计调试25分
1.按调试要求和步骤正确测量
2.正确使用万用表
3.正确使用示波器观察波形
1.调试步骤错误,每次扣3分
2.测量结果错误, 每次扣5分误差大, 每次扣2分
3.万用表\示波器使用错误, 每次扣3分
4
安全文明操作
1. 安全用电,不人为损坏元器件\加工件和设备等
2. 保持操作环境整洁,秩序井然,操作习惯良好
1. 发生安全事故,扣总分20分
2. 违反文明操作规程,视情况扣总分5---20分
5
工时： min
超5min扣10分
6
合计
基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟的维修（满分100分）
评分页
姓名
学号
序号
项目及配分
工艺标准
扣分标准
学生自评分
教师评分
1
查找故障
正确使用电烙铁、万用表、示波器等
电烙铁、万用表\示波器使用错误, 每次扣3分
2
排除故障
1.元件的位置\极性正确
2.焊点光亮\清洁\焊料适量
3.布线平直
4.无漏焊\虚焊\假焊\搭焊\溅锡等现象
5.焊接后元件引脚剪脚留头长度小于1 mm
6.正确使用电烙铁、万用表、示波器等
1.元件安装歪斜\不对称\高度超差\色环电阻标志不一致, 每处扣1分
2.焊点不亮\焊料过多过少\布线不平直, 每处扣0.5分
3.漏焊\虚焊\假焊\搭焊\溅锡, 每处扣3分
7.
4.剪脚留头长度大于1 mm, 每处扣0.5分
5. 电烙铁、万用表、示波器、直流稳压电源、毫伏表、信号发生器使用错误, 每次扣3分
3
安全文明操作
3. 安全用电,不人为损坏元器件\加工件和设备等
4. 保持操作环境整洁,秩序井然,操作习惯良好
3. 发生安全事故,扣总分20分
4. 违反文明操作规程,视情况扣总分5---20分
4
工时： min
超5min扣10分
5
合计
工作小结： （1个课时）
工作任务小结表
日期：
1：你所在的小组从接受任务到完成共用了多少时间？
2：你认为此基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟设计的制作可以在哪些方面进行改进？
3：对你造成最大困难的是哪些工作？
4：你通过此基于AT89S52单片机的LED点阵显示电子钟仪设计制作在哪些方面得到了提高？
5：你认为在今后的教学中是否还应按照这种教学方法来安排？
基于STC15W204S单片机模拟单总线EEPROM芯片DS2431
张杰1，杨笔锋1,2，严学阳1，刘语嫣1
(1.成都信息工程大学 电子工程学院，四川 成都 610225；2.中国气象局大气探测重点开放实验室，四川 成都 610225)
：基于STC15W204S单片机研究模拟了单总线EEPROM芯片DS2431。SOP8封装的STC15W204S单片机具有引脚少、价格便宜、不需要外部晶振、内部时钟从5 MHz~35 MHz可设置的优点。DS2431是一款具有1 024 bit的1 Wire EEPROM芯片，它具有4页×256 bit的存储空间，64位唯一不可更改的光刻。64位光刻的唯一性使DS2431广泛应用于硬件电路的加密、硬件电路唯一的ID序列号以及密钥信息的存储等。主要介绍了1Wire通信协议、单片机模拟芯片硬件电路、单片机模拟DS2431的程序设计流程、单片机模拟DS2431的64位光刻以及EEPROM。
：TP368.1文献标识码：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.08.011
引用格式 ：张杰，杨笔锋，严学阳,等.基于STC15W204S单片机模拟单总线EEPROM芯片DS2431［J］.微型机与应用，2017,36（8）：31-33，38.
0引言
*基金项目：国家重大科学仪器设备开发专项（2012YQ110205）DS2431是一款具有64位唯一光刻的1 024 bit EEPROM芯片。模拟DS2431就是要模拟DS2431的64位光刻和数据的存储，从而实现用单片机模拟的DS2431和原来的DS2431具有相同的64位光刻和数据存储功能。利用64位光刻的不可更改的特性，DS2431广泛应用于硬件电路加密、设备唯一ID序列号、关键信息存储、知识产权保护、安全功能控制等。单总线设备具有简单的线路、较少的硬件开销和低廉的成本等优点，便于总线扩展和维护［12］。作为一种简单的信号传输电路，1Wire总线用一根数据线来实现一个或者一个以上的从器件和主控制器之间的半双工通信。单总线通信可以通过初始化1Wire器件、识别1Wire器件和主机与从机之间数据交换三个步骤来实现［34］。它是主从结构，主机呼叫从器件的时候，从器件才进行应答［5］。所以，主机只有通过严格的单总线命令序列来访问1Wire器件，即初始化从器件、ROM、功能命令［67］。如果出现序列混乱，1Wire器件将不会相应主机的命令［89］。模拟1Wire器件要求单片机严格应对单总线命令序列和命令时隙，要求单片机对主机发出的命令进行应答［10］。通过对DS2431应答模拟从而达到用单片机模拟DS2431的目的，用这种方法也可以对其他的1Wire器件进行模拟。
1单总线协议
1.11-Wire单总线时序
1Wire器件在数据传输过程中都会遵循严格的通信协议，单总线通信协议有复位脉冲、应答脉冲、写1、写0、读1、读0几种类型［11］。
单总线的初始化步骤如图1所示。
（1）主机拉低总线480 μs~960 μs，然后主机释放总线进入接收状态［12］。
（2）从机监测到主机不少于480 μs的复位信号后等待15 μs~60 μs,然后产生一个应答信号（拉低总线60 μs~240 μs）［13］。
（3）从机释放总线至少一个2 μs的恢复时间。
写1和写0时序步骤如图2所示。
（1）主机拉低总线5 μs~15 μs，然后主机将总线拉高或者拉低45 μs。
（2）从机在15 μs后开始采样。
（3）主机释放总线并且有至少一个2 μs的恢复时间（标准是5 μs）。
（4）整个写1时隙至少60 μs。
读数据时序步骤如图3所示。
（1）主机将总线拉低至少1 μs。
（2）从机从下降沿到来之后将总线拉低或者拉高并保持15 μs。
（3）在主机拉低总线后15 μs内主机释放总线并采样。
（4）15 μs后由电阻将总线拉高。
（5）整个时间不少于60 s，每个时间片之后有一个至少2 μs的恢复时间。
1.2单总线接口
图4单总线接口单总线接口电路是非常简单的，DS2431的读和写的电压范围是2.8 V~5.25 V。在I/O口接一个上拉电阻，根据DS2431数据手册，上拉电阻电阻的范围是0.3 kΩ~2.2 kΩ。单总线接口如图4所示。
2模拟单总线器件时序及接口
2.1模拟单总线器件时序
模拟单总线器件的时序最重要的是在符合单总线通信协议的规定时间内对主机发起的信号进行应答，其中需要对延时把握精确，错过了时序主机有可能视从机没有应答从而通信失败。在模拟时序的时候可以借助逻辑分析仪来对时序进行分析并通过分析结果对模拟时序进行微调。
模拟单总线初始化步骤如图5所示。
（1）单片机等待主机复位信号，监测主机拉低总线并在480 μs内再次确认主机拉低了总线。
（2）单片机在确认了复位信号后延时等待总线拉高。
（3）单片机监测到主机将总线释放拉高后拉低总线（从机应答）60~240 μs。
（4）单片机释放总线（拉高总线表示应答完成）。
模拟主机写1和写0时序步骤：
（1）单片机等待主机拉低总线发起通信。
（2）在监测到主机拉低总线后，单片机延时几微秒后开始采样。
（3）单片机采样后开始延时，主机写完数据后恢复总线。
（4）整个时间持续60 μs。
时序图如图5所示，其中采样时间可以微调，可以借助逻辑分析仪分析时序。主机写命令55h并匹配。
ROM的模拟时序如图6所示。
模拟主机读数据时序步骤：
（1）主机将总线拉低至少1 μs。
（2）单片机监测到主机拉低总线1 μs后立即对总线拉高或者拉低，要确保主机能够进行采样。
（3）主机采样后，单片机恢复总线。
（4）整个时间不少于60 μs，每个时间片之后有一个至少2 μs的恢复时间。
时序图如图3所示，其中单片机对总线操作的时间可以微调，可以借助逻辑分析仪分析时序。主机写命令FOh并搜索ROM的模拟时序如图7所示。
2.2模拟单总线器件硬件电路接口设计
STC15W204S单片机工作电压范围为2.5 V~5.5 V,在ISP编程时内部时钟在5 MHz~35 MHz范围内可调，±1%温飘（-40℃~+85℃）常温下温飘±0.6%（-20℃~+65℃），可以满足硬件指标要求。STC15W204S有8个引脚6个I/O口。调试时P3.0和P3.1做串行接口用于烧写程序，P3.3、P5.4、P5.5可以接一个LED灯用于调试观测单片机状态。烧写好程序的单片机只需要3个引脚便可以工作。电路接口设计如图8所示。
3模拟DS2431的程序设计
3.1程序设计的流程
图9程序设计流程主机会在一开始发出复位信号，一旦检测到有从器件存在就可以发出ROM操作命令［14］。ROM命令有“读”ROM【33h】、“匹配”ROM【55h】、“跳过”ROM【CCh】、“搜索”ROM【F0h】等。如果主机发出了ROM命令，那么单片机接收到了ROM命令就要做出相应的回应。同样接下来主机会发出读写操作，单片机也进行相应的回应。程序设计流程如图9所示。
3.2模拟64位光刻和EEPROM
因为每一片单总线芯片的64位光刻都是唯一且不可更改的，所以DS2431的光刻可以用来做硬件ID序列号，也可以用来加密硬件，EEPROM可以用来存储关键信息。
为模拟光刻，首先读出一块DS2431的光刻，然后用单片机开一个8 B的数组存储这些光刻。当主机发出33h命令时单片机就按字节给它吐光刻，当主机发出F0h命令时单片机就按位吐出光刻。当主机发出55h命令时单片机默认接收相应的数据即可［15］。需要注意的是主机发出的命令是先写高位再写低位，在接收命令的时候也是先接收高位再接收低位。
模拟EEPROM可以用单片机开一块数组用来存储数据，可以一开始就给这些数组写一些固定的值，主机来读的时候就吐数给它。也可以开一片内存来存储主机写的数，单片机可以将这些数据存到片内EEPROM。在设计这个数组的时候要参照模拟目标的EEPROM结构，单片机在接到地址命令和页码命令时用相应的数组结构来对应。
4结论
利用STC15W204S单片机模拟DS2431有很好的发展前景和利用价值，STC15W204S单片机具有引脚少、功耗低、不需外部晶振、价格低廉等优点。本研究实现了用单片机模拟DS2431，破解了DS2431光刻不可以复制的难题。本研究实现了用单片机模拟单总线从机的应答时序，利用这种方法还可以模拟其他的单总线设备。DS2431广泛应用于打印设备、医疗设备、硬件电路的加密。利用STC15W204S单片机模拟DS2431的部分功能就可以破解某些加密设备、复制硬件电路等。STC15W204S单片机具有温度漂移，在复制的时候应考虑温度漂移范围。单片机的工作范围应设置不同的频率多次下载程序测试，并结合延时函数的修改来确定，下载程序时应取其正常工作范围的中间值来克服温度漂移问题。可以利用高低温实验来验证程序及模拟单片机的可靠性。
参考文献
［1］ 陈浩. 基于智能传感器和单片机的温度监测系统［D］. 北京：华北电力大学,2005.
［2］ 陈志英，李光辉. 单总线技术及其应用［J］. 电气时代,2015（8）:74-75.
［3］ 杨张利. IC卡燃气表智能控制及检测系统研究［D］. 重庆：重庆大学,2007
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