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？

单片机追求差异化，Microchip让显示屏颜值大提升

随着这几年单片机(MCU)公司的兼并整合，一家单片机公司已经成为了产品无所不包的聚宝盆，仅仅32位单片机，很多公司有数百种产品之多，而且各个单片机公司由于基于同样的架构，产品兼容性高、同质化。

在如此芸芸产品中，还有哪些创新可寻?还有哪些缝隙市场?

目前来看，大家都在做面向物联网(IoT)的单片机、且集成度不断提高。另外，从电子产品世界编辑角度看，在某些功能特色方面布局重兵，以突出某些特性，也是单片机的创新方向。但重要的是，哪些功能特色是需要彰显的?这就要看各家公司对市场的理解了。

近日，电子产品世界编辑参加了Microchip的新品发布会，认为Microchip就是注重某类功能的差异化创新典范：其推出业界首款具有集成2D GPU和集成DDR2存储器的MCU——PIC32MZ DA，简化了24位彩色大屏幕的图形设计，实现了图形功能的突破。

增强图形功能，且易于开发

会上，笔者问Microchip公司的发言人——32位单片机产品部资深产品营销经理Bill Hutchings先生一个有趣的问题：是不是其他的32位MCU厂商也可以做这种图形功能，但是他们也许不太重视这方面的开发，而贵公司专注在这部分?

Hutchings经理称，实际上我们聚焦的是客户的痛点是什么，来替客户解决问题。这是Microchip一贯坚持的理念。Microchip会非常仔细地分析客户面临的问题和烦恼是什么。通过公司全方位的解决方案，来真正地为客户解决他们的问题，来了解客户的所思所想，并提供一系列的工具，包括这次新发布的MPLAB Hamony的图形设计器。

这种竞争性是竞争对手很难赶上的，因为Microchip实际上并不仅仅着眼于某一个方面的功能，而是把很多的功能都以解决客户问题、能够更好地替客户服务的角度把它整合在一起，包括LCD的控制器及开发工具等，要把所有这些都做好，对于竞争对手来是很难的，而且也是很耗时日的。

Microchip提供的是一套完整的解决方案，因为认为完整的解决方案是其竞争优势一个非常大的亮点。因为客户有这样或者那样的需求，Microchip会把这些需求整合在一起全方位地替他解决问题。比如客户要求在现在一些工业设备里要有触屏的功能，因为Microchip也生产maXTouch系列的处理器，所以把它加载在一起，这样能够形成一个整体解决方案。

另外，像Microchip开发的MPLAB Hamony的图形设计器，是免费让客户可以下载使用的，所以，不会增加客户额外的成本。这是Microchip的竞争优势之一。

图：图形设计器MPLAB Harmony可免费下载

在此我们解读一下Hutchings经理的发言，首先，Microchip强调是围绕客户开发产品，由于Microchip有广泛的客户群，这样他们推出的产品就有的放矢，因为做产品相对容易一些，但是找到应用、让客户买单是最难的。其次，能提供完整的解决方案，在做图形处理方面，从芯片到开发工具有全套方案，甚至触屏方案也能捆绑提供，方便客户开发。第三，其他公司是否也可以做这种产品?笔者认为可以，但是其他公司可能在此方向没有投入重兵，就像世面上各种手机千姿百态，有的品牌好，有的外形漂亮，有的功能多价格低，有的拍照好，有的充电快，有的结实耐用等。

图：Microchip公司32位单片机产品部资深产品营销经理Bill Hutchings在展示开发板，手指处是新的PIC32MZ DA单片机

那么，图形功能过去就有，为何现在Microchip想到要增强图形功能?

因为IoT(物联网)时代到来，显示变得更复杂。例如，新芯片的典型应用之一是咖啡机，如果做成物联网时代的智能咖啡机的，首先图形界面非常漂亮，另外，它能够实时地把数据传给咖啡制造商，比如这个客户的购买行为，他更多的是买哪种口味的咖啡，这样商家可以有针对性地向这名消费者提供打折券或者是代金卷。另外，商家也可以了解什么时段、哪种咖啡最畅销，商家在备货的时候，在后台的库存和备货都可以相应地做准备。这都体现了物联网时代万物互联带来的好处。

再有，在楼宇自动化中，房间空调显示屏往往是黑白屏，图形简单，很多客户希望增强图形效果。

另一个问题：芯片上为何有三层的数字控制器?

如下图的咖啡机显示屏是有三层构图的，第一层构图全是按钮，比如你要选什么口味的，或者是什么咖啡。这个第一层是透明的，可以穿透到底下的第二层。第二层是个背景层，是漂亮的咖啡豆的图片。开发者在开发的时候，可以基于这个背景，在上面加载不同的层，比如加载一层不同的按钮层。开发者开发时，把这几层加载在一起，非常简便易用。

而消费者在看到这个界面的时候立体感更强，因为不是2D的感受，而是3D的感受。正是因为它有三层加载，且有穿透感，视觉效果很好，而且也不用开发人员自己写代码开发这个东西，因为它都是整合在一起，它是MCU控制的一个部分。

图：咖啡机的三层图形

PIC32MZ DA MCU的主要特点

Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)的32位PIC32MZ DA单片机(MCU)系列是业界首款具有集成2D图形处理单元(GPU)和高达32 MB集成DDR2存储器的MCU。客户能够借助使用方便的单片机(MCU)资源和工具(包括MPLAB®集成开发环境(IDE)和MPLAB Harmony集成软件框架)，提高其应用的颜色分辨率和显示尺寸(最大12英寸)。

图：PIC32MZ DA GPU提供实时图像渲染和控制，以加快2D图形生成

对于希望继续使用熟悉的MCU设计环境的客户而言，PIC32MZ DA系列填补了MCU和微处理器单元(MPU)之间的图形性能差距。Microchip的PIC32与MPLAB IDE及Harmony软件框架实现了无缝集成，通过其编程模型，这些器件提供了类似MPU的图形功能。这些工具具有可视化图形设计环境、定制显示屏驱动程序创建、图形库和资产转换器等特性，可以针对所选择的显示尺寸对图形进行定制并优化。

这些新器件的特性包括：

· 能够驱动24位彩色超宽屏图形阵列(SXGA)显示的三层图形控制器

· 高性能2D图形处理单元(GPU)

· 32 MB集成SDRAM或者128 MB外部可寻址SDRAM，支持存储扩展

· 丰富的片上闪存、SRAM和连接选项

MCU中集成DDR2存储器，在业内属于首创。这不但将日益复杂的通信协议栈和算法的吞吐率提高了2倍，而且还增大了图形缓冲和/或存储空间。其结果是，帮助客户在竞争激励的通信控制市场中推出引人注目、易于使用的解决方案，而无需增加产品型号。

图: 存储容量在图形应用中的重要性

采用业界容量最大的集成存储器，这些MCU满足了设计人员对应用存储空间的需求，其存储速度是市场上其他任何存储器的两倍。PIC32MZ DA MCU和MPLAB Harmony相结合后，业界的图形设计比以前简单很多。

可以应用的范围非常广，例如：

. 烹饪系统 . 自动售货机

. 门禁控制 . 家居自动化

. 商用苏打/制冰机 . 恒温器

. 医疗控制 . 户外导航系统

. 病患监控设备 . 工业应用中的HMI

. 消防控制器 . 音频会议系统

. 标签打印机(条码) . 扩展坞

. 白色家电

最后，关于命名，为何称之为PIC32MZ DA系列?原来DA是Microchip内部一个命名的编码，Microchip所有和图形处理相关的系列产品基本上是DA打头的。MZ也是Microchip内部的一个编码，它是以功能划分为标准的系列产品命名的一个组合。

小结

Microchip的PIC32MZ DA采用的MIPS核，可谓32位MCU世界的一朵奇葩。其主频达到200MHz，制程工艺是90nm，属于业界主流的高性能32位MCU。

该公司的特点是单片机、混合信号、模拟和闪存专利解决方案的一艘芯片航母，多年来一直坚持自己的处理器架构路线，不为外界的流行处理器架构所冲击。

这些年大家都在说以客户为中心，Microchip之所以做得好，因为多年来已积累了大量客户，并懂得客户的痛点与需求。不是吗?此次发布的图形界面方案，可以让很多昔日的黑白屏美容，颜值大大提升，变得时尚光鲜，以增强用户的体验!

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