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1103010116杜晓东硬件

摘要

随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，单片机太闲出越来越重要的价值，本系统为以单片机为核心的定时报时系统的设计论述了一种以AT89C52单片机为主控制单元的定时报时系统。

该控制系统可以设定当前时间和设定标时间并在到时后蜂鸣器工作。

该系统主要设计了相关的硬件电路。

硬件电路主要包括AT89S51单片机最小系统LED显示电路与报时电路等。

关键词：

单片机；定时；报时

目录

引言3

1．简介4

1.基于单片机的数字钟介绍4

2.硬件设计6

5.仿真10

6.总结11

参考文献12

引言

时间是现代社会中不可缺少的一项参数,无论是平时生活还是社会生产都需要对时间进行控制,有的场合对其精确性还有很高的要求.采用单片机进行计时，对于社会生产有着十分重要的作用。

本文首先介绍了单片机和时钟的概念，然后根据设计要求提出系统总体设计方案，并设计各部分硬件模块和软件模块，再用设计的具体软件程序，用PROTEUS软件进行仿真和调试,结果证明该设计系统的可行性。

由于AT89S51系列单片机的控制器运算能力强，处理速度快，可以精确计时，很好地解决了实际生产生活中对计时高精确度的要求，因此该设计在现代社会中具有广泛的适用性。

1．简介

1.基于单片机的数字钟介绍

1.1单片机定义：

“单片机”就是将计算机的基本部件集成到一块芯片上，包括CPU（CentralProcessingUnit）、ROM（ReadOnlyMemory）、RAM（RandomAccessMemory）、并行口（ParallelPort）、串行口（SerialPort）、定时器／计数器（Timer/Counter）、中断系统（InterruptSystem）、系统时钟及系统总线等。

2．数字钟介绍：

时钟是将小时、分钟、秒钟显示于人的肉眼的计时装置。

而单片机模块中最常见的正是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

而LED电子定时时钟是以单片机为基础的数字电路实现对时、分、秒的数字显示的数字计时装置,它的计时周期为12小时，另外应有校时功能和一些显示日期、闹钟等附加功能。

由于时钟的实用性和在人们生活中的重要性，所以尝试设计以单片机为核心的数字时钟是很有意义的。

钟表原先的报时功能已经原不能满足人们日益增长的要求，现代的电子时钟多带有类似自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等功能。

2.本系统的特点和功能介绍

1．特点：

我所设计的是LED显示的自动报时系统，是一种基于单片机技术的电子产品，用到的单片机芯片是AT89C52芯片，除此之外还包括晶振电路和复位电路构成单片机最小应用系统，还有按键电路，显示电路，报时电路等等。

计时方案采用软件控制利用AT89C52单片机内部的定时/计数器进行定时，配合软件延时实现时、分的计时。

2．本单片机报时控制系统具备以下功能

（1）有电子时钟，定时闹铃功能。

（2）时钟显示功能：

4位LED从左到右依次显示“分分秒秒”，采用12小时制显示。

（3）采用4个独立按键（移位键、加1键、减1键、校时置入键）

移位键：

每按动移位键一次，小数点从左向右移动1位。

加1键：

对小数点所在位的数什进行十进制加1。

减1键：

对小数点所在位的数值进行十进制减1。

校时置入键：

将显示的时间值置入实时时钟的计时缓冲区。

（4）预设定时时间到则发出闹铃声

2.硬件设计

一、总体设计方案

本LED定时闹钟，是以单片机及外围接口电路为核心硬件，辅以其他外围硬件电路，用软件程序来实现的。

单片机定时报时控制系统硬件原理图见设计原理图如下图所示。

主控制器

AT89C52

晶振

LED显示电路

图2-1总体设计方框图

二、硬件结构设计

1、51单片机的最小系统（见图2-2、2-3、2-4所示）

在晶振电路中XTAL1、XTAL2为AT89C52中连接晶振的管脚，本系统中所使用的晶振频率为12MHZ。

XTAL1为振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端，XTAL2为振荡器反相放大器的输出端。

其中电容C18、C19起着系统时钟频率微调的作用，因此，在本定时报时系统的实际应用中一定要注意正确选择参数（30±10PF），并保证对称性（尽可能匹配），可能的话，温度系数要尽可能的低。

实验表明这两个电容元件对时钟走时误差有较大关系。

本系统采用了RC复位电路，其实现简单，成本低，但复位可靠性相对较低。

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。

2、显示部分设计

用4位LED七段数码管作为显示器，到达定时时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。

其驱动电路简单。

采用了两片74HC595来驱动段码，8个510欧姆的限流电阻。

图2-2引脚图

图2-3晶振图2-4复位电路

图2-4LED显示器

图2-5显示驱动部分

3、电源部分设计

如果是用电池供电，就比较方便携带，但是本系统，采用了数码管作为显示器，功耗较大，需要经常更换电池。

况且，本系统的体积较大，即使使用电池供电也不能随身携带，因此，用电池供电不大合适，所以用外部稳压电源来供电。

应当说明的是，尽管有很多型号的7805三端稳压集成芯片，其标称最大输出电流均为1.5v，但在实际应用中，该最大的输出电流值往往取决于两个方面：

足够的散热面积和不同的成产厂家。

在设计中必须保证7805的输入电压Vi和输出电压Vo的压差大于2.5v，否则会失去稳压能力；同时考虑到功耗问题，此压差有不宜太大，太大则增加7805本身的功率消耗，增加芯片的温升，不利于安全。

因此，本系统采用9v直流稳压源。

图2-6电源电路

4、串口通部分块设计

软件程序可通过此口写入51单片机中，其原理图如图2-7所示。

5、报时部分的设计

报时指示可以有声或光两种形式，本系统采用声音指示。

关键元件是蜂鸣器，蜂鸣器有无源和有源两种，前者需要输入声音频率信号才能正常发声，后者则只需外加适当直流电源电压即可，元件内部已封装了音频震荡电路，在得电状态下即起振发声。

市场上的有源蜂鸣器分为3V、5V、6V等系列，以适应不同的应用需要，本系统采用5V有源蜂鸣器实现报时。

由软件产生方波输出经三极管放大后驱动蜂鸣器发音，不用硬件振荡电路，电路图如图2-8所示。

图2-7串口通信电路

图2-8报时电路

6、键盘部分的设计

如果设置过多按键，将会占用较多I/O口，而且会给布线带来不便，因此采用4个独立按键。

由于按键较少，在修改时间时就不能直接输入，只能通过加或减完成，稍为麻烦一些，但其程序简单，而且并不需要经常修改时间。

5.仿真

通过Proteus画出的总体硬件电路图如下所示。

图2-10总体硬件电路图

6.总结

由于时间，还有能力与精力的关系，对程序还不完善，键盘处理部分的程序未能加入进去，该系统还需要以后进行完善。

通过本次的课程设计，我学会了单片机的一般设计过程，通常都要进行系统扩展与配置，因此，要完成一个单片机的设计工作，必须依次做到下述工作：

1、硬件电路的设计、组装与调试；

2、应用软件的编写、调试；

3、完整应用软件的调试、固化和脱机运行。

而在进行硬件系统设计时我们应当尽量做到：

（1）、尽可能的选择典型电路，并符合单片机的常规使用方法；

（2）、在充分满足系统功能要求前提下，留余地以便于二次开发；（3）、硬件结构设计应与软件设计方案一并考虑；（4）、整个系统相关器件要力求性能的匹配；（5）、硬件上要有可靠性与抗干扰设计；（6）、充分考虑单片机的带载驱动能力。

课程设计过程也使我了解了自己能力的不足，在实际的编程以及调试程序过程中，我发现自己应该学的还有太多太多，不过通过资料收集和文献查询等方法，找出了设计过程中的一些问题以及解决问题的方法，从而完成了这个设计任务。

这次自己所做的设计取得了一些宝贵的经验，提高了自己的动手能力，为将来的学习和工作很有好处。

总之，理论必须和实际结合才有威力，知识必须通过应用才能实现其价值！

所学的东西最终是要面向社会，是在以后的工作能够更好的应用，此时的知识积累是为以后的工作做好坚实的基础。

这个设计总体上不算完美，但是在这个课程设计的经历的好处是不可估量的。

参考文献

[1]孙育才.《单片微型计算机及其应用》.南京：

东南大学出版社.2004

[2]潘新民王燕芳.《微型计算机控制技术》.北京：

电子工业出版社2003

[4]李群芳.《单片机原理及接口技术》.北京：

电子工业出版社，2008

[5]李光飞.《单片机课程设计实例指导》.北京：

北京航空航天大学出版社