新颖的60秒旋转电子钟

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1、信息科学与工程学院信息科学与工程学院 课课 程程 设设 计计( 2005.7 )设计题目 新颖的 60 秒旋转电子钟 信息科学与工程学院计算机科学与技术计本 042(专升本)04191109潘金雪余水宝， 陈 希2005.7.7成 绩作者姓名专业学院班级指导老师完稿时间学号浙江师范大学信息科学与工程学院课程设计新颖的 60 秒旋转电子钟- 1 -目目 录录第第 1 节节 引引 言言 1.1 电子钟概述1.2 设计任务 1.3 系统主要功能第第 2 节节 电子钟硬件设计电子钟硬件设计2.1 系统的硬件构成及功能2.2 AT89C2051 单片机及其引脚说明2.3 60 秒旋转译码驱动原理第第 3

2、 节节 系统软件设计系统软件设计3.1 系统主程序设计3.2 定时计数中断程序设计3.3 时间调整或定闹设置程序设计第第 4 节节 系统调试与测试结果分析系统调试与测试结果分析4.1 使用的仪器仪表4.2 系统调试4.3 测试结果4.4 测试结果分析4.5 系统误差处理第第 5 节节 结束语结束语参考文献参考文献 附录附录 浙江师范大学信息科学与工程学院课程设计新颖的 60 秒旋转电子钟1新颖的新颖的 60 秒旋转电子钟秒旋转电子钟第第 1 1 节节 引引 言言目前市场上提供的无论是机械钟还是石英钟在晚上无照明的情况下都是不可见的。要知道当前的时间，必须先打开灯，这样就比较不便。现在市场上也出

3、现了一些电子钟，它以六只 LED 数码管来显示时分秒，与传统的以指针显示秒的方式不同，违背了人们传统的习惯与理念，而且这类电子钟一般是采用大型显示器件，适用于银行、车站等公共场所，且外观设计欠美观，很少进入百姓家庭。此外，无论是机械钟、石英钟还是电子钟，都存在着共同的问题：时间误差。针对以上存在的问题，我们设计了一款采用 LED 显示器件显示的电子时钟，有效的克服了时钟存在误差问题，并能在夜间不必其它照明就能看到时间，且以 60 只发光管实现秒显示，接近于传统的秒针来显示秒的形式，用户容易接受，而且美观大方，使整个时钟显的相当美观新颖，并且还可以作为室内装饰。 1.11.1 电子钟概述电子钟概

4、述本实验设计的电子钟为新颖的 60 秒旋转电子钟，它采用 LED 显示器件显示电子时钟，有效地克服了时钟误差。它能在夜间不必其它照明就能看到时间，并能在7 点以前和 21 点以后数码显示管的亮度变暗，实现节能功能。它以 60 只发光管实现秒显示，并且外观采用透明外壳，可以看见电子钟的内部构造，更具有美观性。它具有一天实现两次闹钟的功能，并可通过手工更改闹钟的时间，更具有实用性。 1.21.2 本次设计任务与要求本次设计任务与要求任务：设计一款电子钟。要求： 1、基本要求（1） 用 4 只 LED 数码管输出显示时和分。（2） 可通过按键设置闹钟功能，且停闹无须手工操作。（3） 可通过按键设置分

5、校时。（4） 月计时误差小于 45 秒。（5） 写出详细的设计报告。（6） 给出全部电路和源程序。 2、发挥部分（1） 用 60 只 LED 发光管旋转显示，模拟“秒针”的行走。（2） 增加停（掉）电保护功能。（3） 增加室温检测和显示功能（可与时间交替显示） 。（4） 增加红黄绿三色变色装饰。浙江师范大学信息科学与工程学院课程设计新颖的 60 秒旋转电子钟2（5） 提高计时精度，使年计时误差小于 30 秒。（6） 增加日自动校准功能，使得该电子钟“永无误差” 。（7） 可通过按键设置一天两闹（比如早晨、中午各一次） 。1.31.3 系统主要功能系统主要功能电子钟的外观如图 1 所示。周边 6

6、0 只发光管顺时旋转来显示秒，中间四只LED 数码管用于显示时间，中下方的七只 LED 灯顺时旋转，供装饰用。其主要功能有：整点报时；四只 LED 数码管显示当前时分；每隔一秒钟周边的 60 只 LED 发光管旋转一格，装饰用的 LED 每隔一秒旋转一次。当发生停电事件时，由后备电池供电，系统进入低功耗状态，所有显示部件停止显示，这样即延长了电池的寿命，同时又保证了 CPU 继续计数，不至于因停电而时钟停止运行。当恢复供电后，系统自动恢复工作状态，不影响计时。图 1 电子钟外观图浙江师范大学信息科学与工程学院课程设计新颖的 60 秒旋转电子钟3第第 2 2 节节 电子钟硬件设计电子钟硬件设计2

7、.12.1 系统的硬件构成及功能系统的硬件构成及功能电脑钟的原理框图如图 2 所示。它由以下几个部件组成：单片机 89C2051、电源、时分显示部件、60 秒旋转译码驱动电路。时分显示采用动态扫描，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低系统的功耗。时分显示模块、60 秒旋转译码驱动电路以及显示驱动都通过 89C2051 的 I/O 口控制。电源部分：电源部分有二部分组成。一部分是由 220V 的市电通过变压、整流稳压来得到+5V 电压，维持系统的正常工作；另一部分是由 3V 的电池供电，以保证停电时正常走时。正常情况下电池是不提供电能的，以保证电池的寿命。具体电路参见“新颖的 60 秒旋转电子

8、钟参考电路原理图” 。 AT89C2051时间显示(时,分)显示驱动60秒旋转译码驱动电路电源图 2 电子钟系统原理框图2.22.2 AT89C2051AT89C2051 单片机及其引脚说明单片机及其引脚说明AT89C2051 单片机是 51 系列单片机的一个成员，是 8051 单片机的简化版。内部自带 2K 字节可编程 FLASH 存储器的低电压、高性能 COMS 八位微处理器，与Intel MCS-51 系列单片机的指令和输出管脚相兼容。由于将多功能八位 CPU 和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C2051 构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去

9、了外部的 RAM、ROM 和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。AT89C2051 是一个有 20 个引脚的芯片，引脚配置如图 3 所示。与 8051 相比，AT89C2051 减少了两个对外端口（即 P0、P2 口） ，使它最大可能地减少了对外引脚下，因而芯片尺寸有所减小。浙江师范大学信息科学与工程学院课程设计新颖的 60 秒旋转电子钟4图 3 AT89C2051 引脚配置AT89C2051 芯片的 20 个引脚功能为：VCC 电源电压。GND 接地。RST 复位输入。当 RST 变为高电平并保持 2 个机器周期时，所有 I/O 引脚复位至“1” 。XTAL1 反向振荡

10、放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2 来自反向振荡放大器的输出。P1 口 8 位双向 I/O 口。引脚 P1.2P1.7 提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。P1.0和 P1.1 需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1） ，P1 口输出缓冲器能接收 20mA 电流，并能直接驱动 LED 显示器；P1 口引脚写入“1” 后，可用作输入。在闪速编程与编程校验期间，P1 口也可接收编码数据。P3 口 引脚 P3.0P3.5 与 P3.7 为 7 个带内部上拉的双向 I/0 引脚。P3.6 在内部已

11、与片内比较器输出相连，不能作为通用 I/O 引脚访问。P3 口的输出缓冲器能接收 20mA 的灌电流；P3 口写入“1”后，内部上拉，可用输入。P3 口也可用作特殊功能口，其功能见表 1。P3 口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。2.32.3 6060 秒旋转译码驱动原理秒旋转译码驱动原理按常规传统设计，需 60 进制译码驱动电路才能实现 60 秒旋转译码驱动，若用六片十进制计数译码器构成六十进制计数译码电路，则电路连线多（需要 120 根连线） ，硬件电路庞大，开销大。为此，我们巧妙地采用了两片 CD4017浙江师范大学信息科学与工程学院课程设计新颖的 60 秒旋转电子钟5表

12、1 P3 口特殊功能 P3 口引脚特殊功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断 0）P3.3（外部中断 1）P3.4T0（定时器 0 外部输入）P3.5T1（定时器 1 外部输入）进行六十进制计数译码，实现 60 秒旋转译码驱动。既减少了电路的复杂程度又可降低了成本。图 4 为 CD4017 功能引脚及时序图。图 4 CD4017 引脚、时序图CD4017 集成电路是十进制计数/时序译码器，共有 10 个译码输出 Q0Q9；每个译码输出通常处于低电平，且在时钟脉冲由低到高的上升沿输出高电平；每个高电平输出维持 1 个时钟周期；每输入 10 个时钟脉冲，输出

13、一个进位脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。在清零输入端（R）加高电平或正脉冲时，CD4017 计数器中各计数单元输出低电平“0” ，仅在译码器中只有对应“0”状态的输出端 Q0 为高电平。为实现对发光二极管的驱动，将每一个译码输出端口接一只发光二极管，并将二极管串联限流电阻后接地。当译码端口 Q0Q9 中任一端口为高电平，则对应的发光二极管点亮，如图 5（左）所示。仔细考查 CD4017 的功能，可发现其 10 个输出的高电平是相互排斥的，即任一时刻只有一只发光二极管点亮，因此可将图 5（左）电路进一步简化为如图 5（右）所示，从而简化电路设计。浙江师范大学信息科学与工程学院

14、课程设计新颖的 60 秒旋转电子钟6图 5 CD4017 控制发光二极管原理图在本电子钟设计中，每秒点亮一个发光二极管，循环点亮一周共需 60 个发光二极管，若用上述的 6 片 CD4017 实现驱动，显然电路复杂。为此我们选用两片CD4017 和一片 6 反相器，采用“纵横双译码”技术，实现 60 秒旋转译码驱动，其中一片接成 10 进制，一片接成 6 进制，实现 610=60 的功能，具体连接方法如图6 所示。将周期为 1 秒的输入脉冲作为其中一片 CD4017 的时钟脉冲，而此片的级联进位输出端（QC）作为另一片的时钟输入，并将 Q6 与复位端相连。在两片译码输出端交叉点上接入发光二极管，构成 610 矩阵。根据 CD4017 时序特点，在初始状态，作为高位（纵）的 CD4017 译码器输出端口 Q0 处于高平，经反相器反相后为低电平。当作为低位（横）的 CD4017 译码器输出端口 Q0Q9 依次输出高电平后，则对应的二极管 LD1LD10 依次点亮；此后由于 QC端的进位，高位 CD4017 译码输出端口 Q1输出高电平，反相后输出低电平，当低位的 CD4017 译码输出端口 Q0Q9 依次输出高电平后，