基于AT89C六位数字钟的设计与实现Word下载.docx
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关键词：
单片机，AT89C2051，数字钟，计时
1引言
钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。
诸如按时自动报警、按时自动打铃、时刻程序自动操纵、按时广播、按时启闭电路、按时开关烘箱、通断动力设备，乃至各类按时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。
随着数字集成电路的显现和飞速进展，和石英晶体振荡器的普遍应用，使得数字钟的精度稳固度远远超过了老式的机械表，用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的数字钟在数字显示方面，目前已有集成的计数、译码电路，它能够直接驱动数码显示器件，也能够直接采纳才COMS--LED光电组合器件，组成模块式石英晶体数字钟。
本设计主若是用中、小规模集成电路设计的一台能显示时、分、秒的数字电子钟。
是由晶振电路产生1HZ标准信号，分、秒为00--59六十进制计数器，时为00--23二十四进制计数器，可手动校正，且具有整点报时功能。
因此，研究数字钟及扩大其应用，有着超级现实的意义。
2数字钟的系统概述
整体方案设计
数字电子钟是用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置，要紧由振荡器、分频器、计数器、译码显示器、校时电路等部份组成。
而数字钟想准确的计时那么是由振荡器产生的时脉冲送到分频器，分频电路将时标信号分成每秒一次的方波信号。
秒脉冲发生器产生频率稳固很高的秒脉冲，秒脉冲被送到一个六十进制秒计数器计数，将计数结果送至秒个位和十位译码器，译码结果别离由两只七段数码管以十进制数形式显示来。
当秒六十进制计数器累计到第59秒时，假设再来一个秒脉冲，秒计数器的进位输出就产生进位脉冲（分计数脉冲），同时，秒计数器的十位和个位都复位到零。
分计数脉冲又被送到分六十进制计数器计数，经译码电路译码后数码管显示相应的分数。
当计满59分59秒时，假设再来一个秒脉冲，那么分计数器便向时计数器送出时计数脉冲，同时，分、秒计数器均复位到零。
时计数器是一个二十四进制计数器，当计数显示23时59分59秒时，假设再来一个秒脉冲，那么时、分、秒计数器都应回到零，并显示（00:
00:
00）表示已抵达午夜零点，第二天开始继续计数。
其要紧的功能模块如图2-1所示。
3AT89C2051单片机及其引脚说明
AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采纳ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处置器和Flash存储单元，AT89C2051单片机在电子类产品中有普遍的应用。
图3-1AT89C2051
内部结构
AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储器（EEPROM）的低电压，高性能8位CMOS微处置器。
它采纳ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS-51指令集和引脚结构兼容。
通过在单块芯片上组合通用的CPLI和闪速存储器，ATMEL的AT89C2051是一强劲的微型处置器，它对许多嵌入式操纵应用提供必然高度灵活和本钱低的解决方法。
AT89C2051提供以下标准功能：
2K字节闪速存储器，128字节RAM，15根I/O口，两个16位按时器，一个五向量两级中断结构，一个全双工串行口，一个周密模拟比较器和两种可选的软件节电工作方式。
空闲方停止CPU工作但许诺RAM、按时器/计数器、串行工作口和中断系统继续工作。
掉电方式保留RAM内容但振荡器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一个硬件复位。
引脚说明
图3-2AT89C20211
：
电源电压。
2．GND：
地。
3．P1口：
P1口是一个8位双向I/O口。
口引脚~提供内部上拉电阻，和要求外部上拉电阻。
和还别离作为片内周密模拟比较器的同相输入（ANI0）和反相输入（AIN1）。
P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。
当P!
口引脚写入“1”时，其可用作输入端，当引脚~用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的写入“1”时，其可用作输入端。
当引脚~用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而流出电流。
4．P3口：
P3口的~、是带有内部上拉电阻的七个双向I/O口引脚。
用于固定输入片内比较器的输出信号而且它作为一通用I/O引脚而不可访问。
P3品缓冲器可吸收20mA电流。
当P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。
用作输入时，被外部时拉低的P3口脚将用上拉电阻而流出电流。
P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的操纵信号。
5．RST：
复位输入。
RST一旦变成高电平所有的I/O引脚就复位到“1”。
当振荡器正在运行时，持续给出RST引脚两个机械周期的高电平即可完成复位。
每一个机械周期需12个振荡器或时钟周期。
6．XTAL1：
作为振荡器反相器的输入和内部时钟发生器的输入。
7．XTAL2：
作为振荡器反相放大器的输出。
要紧性能
1．和MCS-51产品兼容；
2．2KB可重编程FLASH存储器（10000次）；
3．电压范围；
4．全静态工作：
0Hz-24MHz；
5．2级程序存储器保密锁定；
6．128*8位内部RAM；
7．15条可编程I/O线；
8．两个16位按时器/计数器；
9．6个中断源；
10．可编程串行通道；
11．高精度电压比较器（，，）；
12．直接驱动LED的输出端口。
4电路的硬件设计
复位电路
AT89C2051单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。
复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每一个机械周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能取得内部复位操作所需要的信号。
上电复位电路是—种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就能够够了。
上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，那个复位信号随着VCC对电容的充电进程而回落，因此RST引脚复位的高电平维持时刻取决于电容的充电时刻。
为了保证系统平安靠得住的复位，RST引脚的高电平信号必需维持足够长的时刻。
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。
只要VCC的上升时刻不超过1ms，就能够够实现自动上电复位
时钟电路
时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。
因此，时钟频率直接阻碍单片机的速度，时钟电路的质量也直接阻碍单片机系统的稳固性。
经常使用的时钟电路有两种方式：
一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。
本文用的是内部时钟方式。
AT89C2051单片机内部有一个用于组成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。
这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就组成一个稳固的自激振荡器。
按键电路
按键的开关状态通过必然的电路转换为高、低电平状态。
按键闭合进程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。
闭合和释放进程都要通过必然的进程才能达到稳固，这一进程是处于高、低电平之间的一种不稳固状态，称为抖动。
抖动持续时刻的常长短与开关的机械特性有关，一样在5-10ms之间。
为了幸免CPU多次处置按键的一次闭合，应采纳方法排除抖动。
本文采纳的是独立式按键，直接用I/O口线组成单个按键电路，每一个按键占用一条I/O口线，每一个按键的工作状态可不能产生相互阻碍。
按键S1～S3采纳复用的方式与显示部份的、、口复用。
其工作方式为，在相应端口输出高电平常读取按键的状态并由单片机排除抖动并给予相应的键值。
输入、输出电路
输出电路是与迅响电路复合作用的，其电路结构为有源蜂鸣器，定值电阻R6，排针J3并联。
当有源蜂鸣器无迅响时J3输出低电平，当有源蜂鸣器发作声响时J3输出高电平，J3可接入数字电路等各类需要。
驱动方式为迅响复合输出，不占端口。
输入电路是与迅响电路复合作用的，其电路结构是在迅响电路的PNP型三极管的基极电路中接入排针J2。
引脚排针可改变单片机I/O口的电平状态，从而达到输入的目的。
驱动方式为复合端口驱动，占用端口。
数码管显示电路
LED数码管结构及工作原理
LED数码管（LEDSegmentDisplays）是由多个发光二极管封装在一路组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔画，公共电极。
每一笔画都是对应一个字母表示DP是小数点。
以下图为经常使用LED数码管内部引脚图。
图4-4-1LED数码管正面个字段引脚
LED数码管依照LED的接法不同分为共阴和共阳两类
共阳极LED数码管的内部结构原理图：
图4-4-2共阳极LED数码管的内部结构原理图
LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出咱们要的数位，因此依照LED数码管的驱动方式的不同，能够分为静态式和动态式两类。
1.静态显示驱动
静态驱动也称直流驱动。
静态驱动是指每一个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进行驱动，或利用如BCD码二-十进位*器*进行驱动。
静态驱动的优势是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O埠多，如驱动5个数码管静态显示那么需要5×
8＝40根I/O埠来驱动，要明白一个89S51单片机可用的I/O埠才32个呢。
故实际应历时必需增加*驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。
2.动态显示驱动：
数码管动态显示介面是单片机中应用最为普遍的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔画"
a,b,c,d,e,f,g,dp"
的同名端连在一路，另外为每一个数码管的公共极COM增加位元选通操纵电路，位元选通由各自独立的I/O线操纵，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，取决于单片机对位元选通COM端电路的操纵，因此咱们只要将需要显示的数码管的选通操纵打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就可不能亮。
透过度时连番操纵各个LED数码管的COM端，就使各个数码管连番受控显示，这确实是动态驱动。
在连番显示进程中，每位元数码管的点亮时刻为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余晖效应，尽管事实上列位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象确实是一组稳固的显示资料，可不能有闪烁感，动态显示的成效和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O埠，而且功耗更低。
4.5.2显示原理
显示部份要紧器件为3只两位一体共阳极数码管，驱动采纳PNP型三极管驱动，各端口配有限流电阻，驱动方式为动态扫描，占用～端口，段码由～输出。
冒号部份采纳4个Φ的红色发光二极管，驱动方式为独立端口驱动。
图4-4-5数码管电路
5软件设计
程序里先概念两个中断按时器T0和T1,一个作为秒记数用,另一个做为调整时闪烁用。
编程时先将P1和P3口数据清零,然后P1和P3口作动态扫描显示,由于人的眼睛有延迟性,当扫描频率超级高时人就感觉数码管一直亮着,而同时记数器在遵循时刻的转变方式执行着秒到了60分加一，分到了60小时加一，小时到了24就归零。
作为时刻调整按钮当长按按住2秒以上进入校准时刻状态及换档和退出，快速点触用于调剂时刻数值,归零是复位按钮。
6安装与调试
安装、焊接元件到电路板上
依照先低后高，先小后大，先卧式后立式的顺序，正确插入元件，其高低、极性要符合规定。
1.先从最低元件安装。
应先安装、焊接跳线机及电阻，用电阻多余的脚做跳线，电阻引脚不分正负，焊接时刻最好操纵在2-3秒。
2.安装、焊接瓷片电容。
瓷片电容部份正负极。
3.安装、焊接轻触开关
4.安装、焊接三极管。
三极管的外形大体一样，注意分青，且方向要和电路板上的方向一致。
5.安装、焊接12MHZ晶振。
晶振没有正负极。
6.安装、焊接电解电容，装的时候要躺着安装，立着会阻碍发光二极管的显示不整齐。
7.安装、焊接20脚IC插座，从用一小缺口或小圆点标记的地址以逆时针数依次为1-20脚，安装时要注意缺口和电路上的缺口相一致。
20只引脚都插到位后，先用手指按住，固定对角两只引脚，避免插入的引脚掉出来，再把板放到桌面上把剩下的引脚焊好。
焊好后不要急于插入单片机芯片，因为还有其他元件焊接，避免电烙铁带静电击坏单片机芯片。
8.安装、焊接LED。
LED和一般二极管一样，有正负极之分，不能装错。
安装、焊接数码管。
熟悉数码管内部结构。
调试
S1按纽用于校准时刻，按住2秒以上进入时刻校准、换档、退出，快速点触用于调剂时刻数值。
元器件清单：
序号
元件名称
规格型号
数量
位号
备注
1
稳压IC
78L05
IC1
2
单片机
AT89C2051
IC2
3
晶振
12M
Y1
4
二极管
1N4148
D1D2D3
5
LED
3mm红
LED1LED2LED3LED4
6
三极管
S9012
Q1Q2Q3Q4Q5Q6
7
2位供阳数码管
寸
DS1DS2DS3
8
电解电容
10UF
C2C3C5
9
220UF
C1
10
固定电容
30P
C6C7
11
140
C4
12
电阻
470欧姆
R1R2R3R4R5R6R7R16
黄紫黑黑棕
13
千欧
R9R10R11R12R13R14
黄紫黑棕棕
14
10千欧
R8R15
棕黑黑红棕
15
接线端子
KF-301
X1
16
轻触开关
6x6x5
S1
17
纽扣电池座
CR2032
BT1
18
PCB电路板
19
说明书
附录2
电路原理图
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