简易电子钟的设计与实现docxWord文档下载推荐.docx

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形成一个具有复位和校时功能的简易电子时钟。

二、电子时钟设计方案

2.1电子钟设计的基本方法

2.1.1电子钟实现计时的方法

利用MCS-51系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计时。

（1）计数初值计算:

把定时器T0设为工作方式2，产生0.25ms定时中断，计数溢出4000次即得时钟计时最小单位秒，而4000次计数可用软件方法实现。

假设使用T/C0，方式2，0.25ms定时，fosc=12MHz。

则初值a满足（256-a）×

1/12MHz×

12μs=250μs

a=6（6H）

TH0=#6H;

TL0=#6H

（2）采用中断方式进行溢出次数累计,计满4000次为秒计时（1秒）；

（3）从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。

2.1.2电子钟的时间显示

电子钟的时钟时间在8位数码管上进行显示，时、分、秒的显示值可以在单片机的内部RAM设置三个缓冲单元，30H、31H、32H分别存储时、分、秒的值。

显示如下表：

表2.1电子钟的时、分、秒显示

时十位

时个位

分十位

分个位

秒十位

秒个位

LED8

LED7

LED6

LED5

LED4 

LED3

LED2

LED1

32H

空

31H

30H

2.1.3电子钟的时间调整

电子钟设置3个按键通过程序控制来完成电子钟的时间调整。

A键复位；

按下A键，时钟显示初始值120000

B键调整分；

快速按下A键，分显示加1，当分显示为59，加1变成00

C键调整时；

快速按下B键，时显示加1，当时显示为23，加1变成00

2.2芯片以及元件

2.2.1AT89C52简介

AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的，是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线。

主要管脚有：

XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。

RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义。

下面对相关的引脚作介绍：

Ø

VCC：

+5V电源。

VSS：

接地。

P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

P2口：

P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能。

P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

XTAL1：

振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

AT89C52芯片的引脚图和芯片图如下：

图2.1AT89C52引脚图和芯片图

2.2.2八位动态显示数码管

1）数码管动态显示接口图

图2.2数码管的动态显示接口图

图2.3数码管实物图

2）数码管的动态显示驱动

数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"

a,b,c,d,e,f,g,dp"

的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。

在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

2.3电子钟模块化电路

2.3.1电子钟的硬件设备模块

电子钟的总体硬件模块电路有：

晶振、手动复位、数码管显、和时间调整和单片机接口电路，如图2.4所示。

下面分别介绍个模块的设计。

图2.4电子钟硬件模块

2.3.2时钟电路模块

图2.5所示为时钟电路原理图，在AT89C52芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。

而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。

时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。

图2.5时钟电路

2.3.3复位电路模块

单片机复位的条件是：

必须使RST/VPD或RST引（9）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。

例如，若时钟频率为12MHz，每机器周期为1μs，则只需2μs以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。

单片机常见的复位如图所示，这是一个微分型电路。

电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。

在接电瞬间，RST端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。

只要保证RST为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位（由电容的通电时间计算得到，复位电阻的阻值在10—30pF）。

该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图中的RST键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RST端产生一个复位高电平。

图2.6复位电路

2.3.4数码管显示电路模块

系统采用动态显示方式，单片机AT89C52的P0口控制LED数码管的段选线，P2口控制数码管的位选线。

动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。

下图为共阴极8位数码管动态显示。

图2.7数码管显示电路

2.3.5按键电路模块

下图为按键模块电路原理图，A为复位键，B为时钟调控键，C为分钟调控键。

A、B、和C三个按键一路有上拉电阻连接高电平，另一路接入单片机的控制引脚P1.0,、P1.1、P1.2。

按钮断开时，控制引脚P1.0,、P1.1、P1.2均为高电平，当按下某一个按键时，控制引脚变为低电平，由程序控制其相应的作用。

图2.8按键电路

2.3.6电子时钟系统的设计原理图

结合所有的模块设计，综合得出电子钟系统的总体设计原理图如图2.9所示。

图2.9电子钟原理图

2.3.7相关引脚和元件

a）AT89C52单片机用到的引脚：

用于控制数码管的段选

P2口：

用于控制数码管的位选

P1口：

P1口的P1.0,、P1.1、P1.2脚分别控制时钟的复位、分调整、时调整。

XTAL1、XTAL2：

接晶振的脉冲输入

复位电路

b）其他的元件和相关作用

电阻R1—R11：

上拉电阻，保护电路，起限流的作用

电阻R12：

复位电路的充电电阻

8个8段数码管：

1、2显示时，4、5显示分，7、8显示秒，3、6不显示。

电容C1、C2：

晶振的微电容，单片机的脉冲周期产生

晶振：

12M，与电容构成晶振电路

材料清单见附录1

三、电子时钟的Protues仿真

3.1Protues软件概述

Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件，是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

　　Protues软件具有其它EDA工具软件（例：

multisim）的功能。

这些功能是：

（1）原理布图

（2）PCB自动或人工布线

　　（3）SPICE电路仿真

　　（4）互动的电路仿真，用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

（5）仿真处理器及其外围电路，可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。

还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。

配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Protues建立了完备的电子设计开发环境。

具有4大功能模块：

智能原理图设计