班 号 单片机设计实验报告12013 年小学期单片机设计实验报告年小学期单片机设计实验报告题目：基于题目：基于 PIC16F877 单片机的单片机的 LED 旋转时钟旋转时钟班班 级：级： 学学 号：号： 班内序号：班内序号： 实验组号：实验组号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 班 号 单片机设计实验报告2期中检查教师评语指导教师签字：年 月 日班 号 单片机设计实验报告3基于基于 PIC16F877 单片机的单片机的 LED 旋转时钟旋转时钟 班班 实验摘要本次我们制作的基于 PIC16F877 单片机的 LED 旋转时钟是能够输入、显示时间的时钟。结构新颖，效果奇特。加入了现代科技的元素，利用人眼的视觉暂留特性，解决了传统时钟结构单一，显示效果固定的缺陷，更好了满足了人们对美的追求。整个系统中，微控制器采用了 Microchip 公司的 PIC16F877，软件设计中涉及 PORTA用作普通数字 I/O 脚控制按键输入，PORTB、PORTC 控制灯的亮灭，PORTD 向时钟芯片DS1302 写入和读出时间。概括来说，本实验就是用人眼的视觉暂留特性，用 PIC16F877 单片机作为主控芯片，采用电机带动发光二极管高速旋转，利用频闪显示原理呈现时钟画面。AbstractAbstractAbstractIn this experiment, we made a LED rotating clock base on PIC16F877 MCU. It can input and show time. Its structure is novel and its effect is amazing. Its full of modern technology element. With human eyes persistence of vision, it solves traditional clocks structure and effects disadvantage, fits human pursue for beauty better.The system uses the production of the Microchip cord-PIC16F877. The design includes the drive of PORTA as general digital ports to input time, the drive of PORTB and PORTC to control the LEDs on, the drive of PORTD to write and read time on DS1302. In conclusion, with human eyes persistence of vision, this experiment uses PIC16F877 MCU as master chip, uses motor to drive LED rotate at high speed, uses strobe display principle to show the clock.关键字班 号 单片机设计实验报告4单片机microcontroller 芯片CMOS chipLED 旋转时钟- LED rotating clock一一一一. . .实验论证与比较实验论证与比较实验论证与比较实验论证与比较1.LED 显示模块LED 的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED 的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达 8090%。将 LED 与普通白炽灯、螺旋节能灯及 T5 三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为 12lmW，寿命小于 2000 小时，螺旋节能灯的光效为 60lmW，寿命小于 8000 小时，T5 荧光灯则为 96lmW，寿命大约为10000 小时，而直径为 5 毫米的白光 LED 为 2028lmW，寿命可大于 100000 小时。有人还预测，未来的 LED 寿命上限将无穷大。由于 LED 的种种优势，使得其在现在的各个领域里运用越来越广泛，我们设计的旋转 LED 显示屏幕，具有结构新颖，节约材料的特点，一列 16 个 LED 灯旋转显示之后，可以代替显示近似于 16x120 像素的显示宽度和内容。旋转时钟是利用视觉暂留效应设计出来的，物体在快速运动时, 当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像 0.1-0.4 秒左右的图像，这种现象被称为视觉暂留现象。是人眼具有的一种性质。人眼观看物体时，成像于视网膜上，并由视神经输入人脑，感觉到物体的像。但当物体移去时，视神经对物体的印象不会立即消失，而要延续 0.1 -0.4 秒的时间，人眼的这种性质被称为“眼睛的视觉暂留” 。假设我们设定我们的眼睛的暂留时间是 0.4 秒，如果我们的 16 个 LED 旋转一周的时间快过 0.4 秒，那么我们看到的图像就是这一列 LED 在各个位置显示的图像的叠加，如右图，如果我们用定时器把 LED 旋转一周的各个位置分割出 120 分，让它在相应的位置显示相应的图像，那么我们就可以得到一个累加的图像效果了。班 号 单片机设计实验报告5旋转 LED 时钟的实现方法是把一组 LED（16 个左右） 紧密的排列成一条直线，组成一条 LED 列，每个 LED 都由 PIC 单片机来控制其点灭。把整个电路板固定在电机上，使得紧密排列的 LED 条的一端固定在电机的旋转轴附近，如图所示。电路板转过一圈的时间极短，远小于 0.1 秒。通过单片机控制 LED 灯在一圈内转到不同位置时的亮灭，来显示图像或文字。2.DS1302 时钟模块大多数的单片机没有实时时钟部件,一旦系统掉电时钟就不能运行,下次再运行，时间就不准确了。即便使用备用电池,但要维持单片机系统的较大功耗也是坚持不了多久的。而我所做的旋转时钟用到的单片机主要是来准确显示时间的，因此实时时钟部件必不可少，这里我用了 MAXIM 公司的 DS1302 时钟芯片作为实时时钟部件，保证时间的长久准确性。DS1302 有着很强的功能。包括时钟/日历寄存器和 31 字节（8 位）的数据暂存寄存器，数据通信仅通过一条串行输入输出口。实时时钟/日历提供包括秒、分、时、日期、月份和年份信息。闰年可自行调整，可选择 AM/PM 的 12 小时制或 24 小时制。只通过三根线进行数据的控制和传递：CE(输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一，CE 开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CE 提供结束单字节或多字节数据传班 号 单片机设计实验报告6输的方法。)；I/O(三线接口时的双向数据线)；SCLK(串行时钟输入)。通过备用电源可以让芯片在小于 1MW 的功率下运作。对时钟寄存器初始化可以设定当前时间,控制芯片的运行,时间是用 BCD 码保存的,RAM 可以用来存取用户数据,在用了备用电池后 RAM 内的数据在系统掉电时能够保持不丢失。芯片采用了简单的 I2C 三线通信方式,便于节省芯片资源和与之接口的 MCU 的引脚。芯片有着 2.05.5V 的宽供电电压范围,在 5V 供电时其接口与 TTL 电平兼容。并且有着很低的功耗,在 2.0V 供电时仅耗 300nA 的电流。引脚 X1 和 X2 连接32.768kHz 晶体,与内部振荡器组成时钟。晶体的精度直接影响着芯片时间的准确与否。DS1302 有两个电源引脚 VCC1 和 VCC2,分别连接备用电池和电源 VCC。VCC2 与主电源连接，VCC1 接备用电池。当 VCC2 低于 VCC1 时,芯片由 VCC1 供电；当 VCC2-VCC10.2V 时,备用电池为芯片供电。在 VCC2 供电时芯片能够对接在 VCC1 的备用电池充电,并且是否充电和充电电流都可以由芯片内地址为 08H 的时钟寄存器进行控制。DS1302 与单片机的硬件接线图如图三所示。图三 DS1302 硬件接线图在进行任何数据传输时，CE 必须被制高电平（虽然 CE 被置为高电平，但内部时钟还是在晶振作用下不停地计时的） ，在每个 SCLK 上升沿时读入数据，下降沿时写出数据。每个字节的传输都是由控制字节(如表 1 所示)指定的，控制字节的最高位 Bit7 必须是“1” ，否则读写将会被禁止。bit6 为“0”则指定对时钟/日历寄存器进行读写操作，为“1”则对 RAM 区的数据进行读写操作，bit1-bit5 指定相关寄存器进行输入输出操作，最低位bit0 指定是输入还是输出，为“0”则为写，相反则为读，输入输出根据脉冲的上升沿和班 号 单片机设计实验报告7下降沿串行进行。765432101RAM/CK用来表示相关寄存器的地址RD/WR表 1 DS1302 控制字节控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时，数据被写入 DS1302，数据输入从最低位（0 位）开始。同样，在紧跟 8 位的控制字指令后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿，读出 DS1302 的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图四所示。图四 DS1302 数据读写时序通过 8 个脉冲便可读取一个字节，从而实现串行输入与输出。最初通过 8 个时钟周期载入控制字节到移位寄存器。如果控制指令选择的是单字节模式，连续的 8 个时钟脉冲可以进行 8 位数据的读写操作。8 个脉冲便可读写一个字节。载入控制字节后就可以对时钟/日历寄存器进行相应操作，时钟/日历寄存器如下表所示。读寄存 器写寄存 器BIT7BIT 6BIT5BIT4BIT 3BIT2- BIT0范围81h80hCH16-59 秒0-15 秒00- 5983h82h16-59 分0-15 分00- 591220-2385h84h240/PAMM15-19 时0-15 时1- 12/ 0-2387h86h00016-31 日0-15 日1-3189h88h00010 月月1-12班 号 单片机设计实验报告88Bh8Ah000001-7 周1-78Dh8Ch015-99 年0-15 年00-998Fh8EhWP0秒寄存器（81h、80h）的位 7 定义为时钟暂停标志（CH） 。当该位置 1 时，时钟振荡器停止，DS1302 处于低功耗状态；当该位置为 0 时，时钟开始运行。小时寄存器（85h、84h）的位 7 用于定义 DS1302 是运行于 12 小时模式还是 24 小时模式。当为高时，选择 12 小时模式。在 12 小时模式下，位 5 为 1 时，表示 PM。在 24 小时模式时，位 5 是第二个 10小时位(20-23 时)。控制寄存器（8Fh、8Eh）的位 7 是写保护位（WP） ，其它 7 位均置为 0。在任何的对时钟和 RAM 的写操作之前，WP 位必须为 0。当 WP 位为 1 时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。二二二二. . .系统总体设计系统总体设计系统总体设计系统总体设计系统模块总体框图如下：底座 转动部分2.7V 电源电动机控制转动单片机 （PIC16F877）6V 电源输入模块（按键）输 入 时 间显示模块 （LED 灯）控制亮灭时间存储模块DS1302班 号 单片机设计实验报告9程序总体框图：输入时间模块框图该模块利用两个按键 sw1 和 sw2 实现时间输入。sw1 按一次时间加 1，sw2 按一次切换时、分、秒的输入。按完三次 sw2