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4个74HC595控制的点阵时钟-时间由51单片机芯片中断产生

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楼主
ID:1175293 发表于 2026-9-4 14:51 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
研究完数码管时钟，我就准备做一个自己设计的点阵时钟。搜索过淘宝，自己现阶段能模仿的只有点阵时钟，而且是51自己中断计时，不加时钟芯片的那种。见下图。淘宝售卖的散件才30多元钱（可能还ESP芯片控制的，更高级），我自己做，从做PCB设计，到打板，采购零件，焊接，还要做外壳，不是3D打印，就是激光切割亚克力板，估计还得要自己做外壳的机械设计，想想都头痛。钱不会少花，估计得百元，但这是自己成长的必经之路，不走一遍还不行。这一遍走通了，我才敢进行更复杂的设计，并实践出来。

下面是点阵时钟的显示部分程序，按键修改时间部分，可以参考文章：解决了初学者常遇到的糟心问题,51单片机proteus仿真数码管点阵的动态显示乱码故障 - 单片机学习教程(初学者入门)

为了便于阅读，我让AI尽量帮我把每一句都写上了注释。关于AI编程，我的体会是可以让它给你思路，暂时别指望它能编出完美运行的程序，人脑和电脑目前还不能完美统一。反正AI给我出的程序是漏洞百出，冗余颇多，越改越烂，而且它还一本正经给你瞎解释。最终还是按我自己的思路与构思框架，将程序修改完善。像取个字模啥的烂事交给AI干还是挺让人舒心的。

/*
* 24小时点阵时钟程序
* 使用三个8*8点阵（24列）作为一个整体显示时间：HH:MM
* 布局：[间隔1列][小时十位4列][间隔1列][小时个位4列][间隔1列][冒号2列][间隔1列][分钟十位4列][间隔1列][分钟个位4列][间隔1列]
* 冒号每秒闪烁一次（亮1秒、灭1秒），指示秒的走动
*
* 硬件配置：
* - 行驱动：1个74HC595芯片，输出8位行选通信号
* - 列驱动：3个74HC595芯片，分别控制三个点阵的8位列数据
* - 级联方式：4片595串行级联，共32位数据一次移入后由RCLK同时锁存输出
*
* 列数据位序（按实际硬件接线）：
* 每个595的最高位输出Q7(bit7)接该组第1列（最左），最低位Q0(bit0)接第8列（最右）：
* - 小时595：bit7->第1列  ... bit0->第8列
* - 中间595：bit7->第9列  ... bit0->第16列
* - 分钟595：bit7->第17列 ... bit0->第24列
* 因此列字节内高位在左、低位在右（正序），字模也按"高位在左"定义
*
* 引脚定义：
* P3.0 -> SER   (串行数据输入)
* P3.1 -> SRCLK (移位寄存器时钟)
* P3.2 -> RCLK  (存储寄存器锁存时钟)
*
* 硬件极性：
* - 行控制：低电平有效（0=点亮）
* - 列控制：高电平有效（1=点亮）
*
* 显示布局（第1列为最左列，按每组字节内的位号标注）：
* col0(小时595)：bit7=第1列(间隔) bit6~3=第2~5列(小时十位) bit2=第6列(间隔) bit1~0=第7~8列(小时个位左2列)
* col1(中间595)：bit7~6=第9~10列(小时个位右2列) bit5=第11列(间隔) bit4~3=第12~13列(冒号) bit2=第14列(间隔) bit1~0=第15~16列(分钟十位左2列)
* col2(分钟595)：bit7~6=第17~18列(分钟十位右2列) bit5=第19列(间隔) bit4~1=第20~23列(分钟个位) bit0=第24列(间隔)
*
* 时序设计（11.0592MHz晶振，12分频后1个机器周期约1.085us）：
* - 定时器0：约5ms中断一次，逐行刷新点阵；
*  - 中断内只做一次32位移位（约0.5ms内完成）
*   保证主循环和秒计时有CPU时间可用（若中断耗时超过周期，主循环将被
*   完全饿死，表现为时间不走、冒号不闪）
* -
*/

// 引入51单片机寄存器定义头文件

  1. #include <reg51.h>


  4. // 定义74HC595芯片的串行数据引脚，接P3.0
  5. sbit SER = P3^0;
  6. // 定义74HC595芯片的移位寄存器时钟引脚，接P3.1
  7. sbit SRCLK = P3^1;
  8. // 定义74HC595芯片的存储寄存器锁存时钟引脚，接P3.2
  9. sbit RCLK = P3^2;

  11. // 显示缓冲区，8行×3字节（24列），每行对应24个LED列数据
  12. // 每个字节内高位在左（bit7=该组第1列），与硬件接线一致
  13. // display_buf[i][0] = 小时595：间隔 + h1(4列) + 间隔 + h2左2列
  14. // display_buf[i][1] = 中间595：h2右2列 + 间隔 + 冒号 + 间隔 + m1左2列
  15. // display_buf[i][2] = 分钟595：m1右2列 + 间隔 + m2(4列) + 间隔
  16. // 缓冲区内1=点亮，与列硬件极性（高电平点亮）一致，输出时无需取反
  17. unsigned char display_buf[8][3] = {0};
  18. // 当前扫描的行号，0-7循环
  19. unsigned char current_row = 0;

  21. // 当前小时数，范围0-23
  22. unsigned char hours = 12;
  23. // 当前分钟数，范围0-59
  24. unsigned char minutes = 0;
  25. // 当前秒数，范围0-59
  26. unsigned char seconds = 0;
  27. // 毫秒计数器，由定时器1每约1ms加1，累计到1000时秒数加1
  28. unsigned int ms_count = 0;
  29. // 定义秒标志位
  30. unsigned char secflag=0;
  31. // 冒号闪烁标志：秒数为偶数时置1（冒号亮），奇数时置0（冒号灭）
  32. // 由定时器0中断在每次秒变化时更新；主循环检测到秒变化后重绘显示，实现每秒闪烁
  33. bit colon_blink = 1;

  35. // 定义T0定时器高8位，低8位重载数值变量
  36. unsigned char T0RH,T0RL;

  38. // 4列宽数字字模表，digits_4col[数字][行号]
  39. // 字模为正序（高位在左）：bit3=数字最左列(第1列)，bit0=数字最右列(第4列)，这样设置硬件及取出的字模让人感觉清晰，后面的逻辑转换也更容易懂
  40. // 与硬件"bit7=最左列"的位序一致，1=点亮，0=熄灭
  41. // 每个数字占满8行（统一高度）
  42. // 加code关键字：字模表存放在程序存储器ROM中，不占用宝贵的内部RAM
  43. unsigned char code digits_4col[10][8] = {
  44.     {0x06, 0x09, 0x09, 0x09, 0x09, 0x09, 0x09, 0x06},  // 0
  45.     {0x04, 0x0C, 0x0C, 0x04, 0x04, 0x04, 0x04, 0x04},  // 1
  46.     {0x06, 0x09, 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x09, 0x06},  // 2
  47.     {0x06, 0x01, 0x01, 0x07, 0x01, 0x01, 0x01, 0x06},  // 3
  48.     {0x09, 0x09, 0x09, 0x0F, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01},  // 4
  49.     {0x0F, 0x08, 0x08, 0x0F, 0x01, 0x01, 0x01, 0x0F},  // 5
  50.     {0x06, 0x08, 0x08, 0x07, 0x09, 0x09, 0x09, 0x06},  // 6
  51.     {0x0F, 0x01, 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x08, 0x08},  // 7
  52.     {0x06, 0x09, 0x09, 0x06, 0x09, 0x09, 0x09, 0x06},  // 8
  53.     {0x06, 0x09, 0x09, 0x0F, 0x01, 0x01, 0x01, 0x06}   // 9
  54. };

  56. // 向74HC595芯片发送一个字节的数据
  57. // 参数dat：要发送的8位数据（高位在前）
  58. // 说明：使用固定掩码循环代替"变量位数移位"，每位移位开销小、耗时确定，
  59. //       保证显示扫描中断能在一个扫描周期内完成，不阻塞秒计时和主循环
  60. void shift_out_byte(unsigned char dat)
  61. {
  62.     unsigned char mask;
  63.     // 从最高位(bit7)到最低位(bit0)依次发送
  64.     for(mask = 0x80; mask != 0; mask >>= 1)
  65.     {
  66.         // 将当前位写入SER引脚（掩码对应位为1则SER=1，否则SER=0）
  67.         SER = (dat & mask) ? 1 : 0;
  68.         // SRCLK产生上升沿，将SER上的数据移入移位寄存器
  69.         SRCLK = 0;      // 拉低时钟，建立数据
  70.         SRCLK = 1;      // 拉高时钟，上升沿移入数据
  71.          }
  72. }

  74. // 向4个级联的74HC595芯片发送32位数据（1字节行+3字节列）
  75. // 参数row_data：行选通数据（8位）
  76. // 参数col0：小时595列数据（第1~8列），间隔+h1+间隔+h2左2列
  77. // 参数col1：中间595列数据（第9~16列），h2右2列+间隔+冒号+间隔+m1左2列
  78. // 参数col2：分钟595列数据（第17~24列），m1右2列+间隔+m2+间隔
  79. // 发送顺序：row_data -> col2 -> col1 -> col0
  80. // 先发送的数据经过整条级联链，最终row_data到达最远端的行595，
  81. // col2/col1/col0分别落在分钟/中间/小时点阵对应的列595
  82. // 全部32位移完后RCLK统一锁存，行与列同时更新输出，所以就不需要消隐了。
  83. void shift_out_32bit(unsigned char row_data, unsigned char col0, unsigned char col1, unsigned char col2)
  84. {
  85.     // 1. 发送行数据（移到级联链最远端的行驱动595）
  86.     shift_out_byte(row_data);
  87.     // 2. 发送分钟点阵列数据（col2）
  88.     shift_out_byte(col2);
  89.     // 3. 发送中间点阵列数据（col1，含冒号和小时个位高2位）
  90.     shift_out_byte(col1);
  91.     // 4. 发送小时点阵列数据（col0，最后发送，落在最靠近MCU的列595）
  92.     shift_out_byte(col0);
  93.     // RCLK产生上升沿，将移位寄存器中的32位数据同时锁存到输出端
  94.     RCLK = 0;       // 拉低锁存时钟
  95.     RCLK = 1;       // 拉高时钟，数据输出到引脚
  96. }

  98. // 初始化函数：配置定时器和中断
  99. void configtime(unsigned char ms)
  100. {
  101.         unsigned long tmp;
  102.         tmp=ms*11059200/12/1000;
  103.     //延时补偿，我根据经验加了15，当然也不一定是15，根据你的检测平均而来。
  104.         tmp=65536-tmp+15;
  105.         T0RH=(unsigned char)(tmp>>8);
  106.         T0RL=(unsigned char)tmp;
  107.         EA=1;
  108.         TMOD=0X01;
  109.         TH0=T0RH;
  110.         TL0=T0RL;
  111.         ET0=1;
  112.         TR0=1;
  113. }



  117. // 定时器0中断服务函数，用于点阵动态扫描刷新
  118. // 每约5ms触发一次，依次点亮每行LED
  119. // 说明：4片595的输出由RCLK同时锁存，行与列在同一锁存边沿一起切换，
  120. // 不存在"新行数据遇上旧列数据"的中间状态，因此不需要消隐步骤，
  121. // 每次中断只移位一次32位，中断耗时约0.5ms，远小于扫描周期，
  122. // 主循环和秒计时都能分到CPU时间
  123. void display_refresh() interrupt 1
  124. {
  125.     // 重置定时器0初值，下次中断间隔约5ms
  126.     TH0 =T0RH;  // 高8位
  127.     TL0 = T0RL;  // 低8位

  129.     // ========== 显示当前行 ==========
  130.     // ~(0x01 << current_row)：当前行位为0（行低有效，0=点亮该行）
  131.     // display_buf[current_row][x]：列数据直接输出（列高有效，1=点亮）
  132.     shift_out_32bit(~(0x01 << current_row),
  133.                     display_buf[current_row][0],
  134.                     display_buf[current_row][1],
  135.                     display_buf[current_row][2]);

  137.     // 行号递增，循环扫描0-7行
  138.     current_row++;
  139.     if(current_row >= 8)
  140.         current_row = 0;

  142. // 毫秒计数器递增
  143.     ms_count++;
  144.     // 累计1000ms（1秒）
  145.     if(ms_count >= 200)
  146.     {
  147.         // 重置毫秒计数器
  148.         ms_count = 0;
  149.         secflag=1;
  150.    }

  152. }


  155. // 更新显示缓冲区函数：将当前时间转换为24列LED点阵数据
  156. // 列字节内高位在左（bit7=该组第1列），字模正序（bit3=数字最左列）
  157. void update_display()
  158. {
  159.     unsigned char i;                    // 行索引
  160.     unsigned char h1 = hours / 10;      // 小时十位（0-2）
  161.     unsigned char h2 = hours % 10;      // 小时个位（0-9）
  162.     unsigned char m1 = minutes / 10;    // 分钟十位（0-5）
  163.     unsigned char m2 = minutes % 10;    // 分钟个位（0-9）
  164.     unsigned char temp[3];              // 临时缓冲区，构建当前行的24列数据
  165.     unsigned char d;                    // 当前数字的行数据


  168.     // 逐行构建显示数据（共8行）
  169.     for(i = 0; i < 8; i++)
  170.     {
  171.         // 初始化临时缓冲区为全0
  172.         temp[0] = 0x00;
  173.         temp[1] = 0x00;
  174.         temp[2] = 0x00;

  176.         // ========== 小时十位（h1）：第2~5列 -> col0的bit6~3 ==========
  177.         // 字模bit3(最左列)对应col0的bit6，即左移3位：
  178.         // bit3->bit6(第2列), bit2->bit5(第3列), bit1->bit4(第4列), bit0->bit3(第5列)
  179.         d = digits_4col[h1][i] & 0x0F;
  180.         temp[0] |= (d << 3);

  182.         // ========== 小时个位（h2）：第7~10列，跨col0和col1两个字节 ==========
  183.         // 左2列（第7~8列）：字模bit3->col0的bit1(第7列)，bit2->bit0(第8列)，即右移2位
  184.         // 右2列（第9~10列）：字模bit1->col1的bit7(第9列)，bit0->bit6(第10列)，即左移6位
  185.         d = digits_4col[h2][i] & 0x0F;
  186.         temp[0] |= (d >> 2);
  187.         temp[1] |= (d << 6);

  189.         // ========== 冒号：第12~13列 -> col1的bit4~3 ==========
  190.         // 只在第2、3、5、6行点亮（形成上下两个圆点）
  191.         // colon_blink为1时显示，实现每秒闪烁
  192.         // 0x18 = 0b00011000，对应col1的bit4(第12列)和bit3(第13列)
  193.         if(colon_blink && (i == 2 || i == 3 || i == 5 || i == 6))
  194.         {
  195.             temp[1] |= 0x18;
  196.         }

  198.         // ========== 分钟十位（m1）：第15~18列，跨col1和col2两个字节 ==========
  199.         // 左2列（第15~16列）：字模bit3->col1的bit1(第15列)，bit2->bit0(第16列)，即右移2位
  200.         // 右2列（第17~18列）：字模bit1->col2的bit7(第17列)，bit0->bit6(第18列)，即左移6位
  201.         d = digits_4col[m1][i] & 0x0F;
  202.         temp[1] |= (d >> 2);
  203.         temp[2] |= (d << 6);

  205.         // ========== 分钟个位（m2）：第20~23列 -> col2的bit4~1 ==========
  206.         // 字模bit3(最左列)对应col2的bit4，即左移1位：
  207.         // bit3->bit4(第20列), bit2->bit3(第21列), bit1->bit2(第22列), bit0->bit1(第23列)
  208.         d = digits_4col[m2][i] & 0x0F;
  209.         temp[2] |= (d << 1);

  211.         // 将构建好的当前行数据写入显示缓冲区
  212.         display_buf[i][0] = temp[0];
  213.         display_buf[i][1] = temp[1];
  214.         display_buf[i][2] = temp[2];
  215.     }

  217. }


  220. void time()
  221. {
  222.   if (secflag==1)
  223.    {
  224.        secflag=0;
  225.         // 冒号闪烁控制：秒数为偶数时亮，奇数时灭（每秒切换一次）
  226.         colon_blink = (seconds % 2 == 0);
  227.         // 秒数加1
  228.       update_display();
  229.         seconds++;
  230.         // 秒数达到60，进位到分钟
  231.         if(seconds >= 60)
  232.         {
  233.             seconds = 0;
  234.                  update_display();  // 可能不需要，第一个update_display()就把时分秒显示全干了。
  235.             minutes++;
  236.             // 分钟达到60，进位到小时
  237.             if(minutes >= 60)
  238.             {
  239.                 minutes = 0;
  240.                 update_display(); //  也许用不到，第一个update_display()就把时分秒的事办了。
  241.                 hours++;
  242.                 // 小时达到24，归零（24小时制）
  243.                 if(hours >= 24)
  244.                     hours = 0;
  245.                 }

  247.         }
  248.         }
  249. }



  253. // 主函数
  254. void main()
  255. {

  257.     // 初始化定时器和中断
  258.        configtime(5);

  260.     // 首次更新显示缓冲区（初始时间12:00，秒数为偶数，冒号点亮）
  261.     // 主循环：持续检测时间变化并更新显示
  262.     while(1)
  263.     {

  265.          time();
  266.     }
  267. }
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