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1、电子时钟电路的设计 电子时钟电路的设计 作 者：薛东升（信息与控制系，自动 0202 班） 指导教师：张 玲（信息与控制系，高工)作 者：薛东升（信息与控制系，自动 0202 班） 指导教师：张 玲（信息与控制系，高工) 摘 要：摘 要： 本设计采用 AT89C51 单片机并通过一个按键开关来控制电子钟工作的三个状态， 即 上电后为正常显示状态，按一次键后进入省电状态，再按一次键进入调时状态，调时完毕自 动回到正常显示状态。在正常显示状态下，通过使用延时 1s 的方法计时。在省电状态下， 数码管熄灭但电子钟仍在继续计时。 在调时的状态下， 电子钟采用 44 扫描键盘进行调时。 六个共阴极数码管
2、作为电子钟的显示，单片机的 P1 口作为数码管的显示口，P2 口中的 6 位 作为数码管的片选位。由于数码管较多，所以其显示采用动态显示，间隔时间为 1ms，虽然 在同一时刻只有一个数码管在工作， 但是由于人眼睛的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的 余辉，我们看到的却是 6 个数码管同时点亮。 关键字：关键字：单片机 电子钟 动态显示 按键 44 扫描键盘 数码管 The Design of Electronic Clock Circuit Author：XUE Dong-sheng(Information and control department,Automation,Class0202)
3、 Advisor：ZHANG-Ling(Information and control department,Senior Engineer) Abstract：The controlling core of this Electronic clock system is AT89C51, which was using as the whole controller of Electronic Clocks normal display, saving power and regulating time three states. Six LED are used to be the dis
4、play of the Electronic Clock, AT89C51 MCUs port 1 were used as the displaying port of LED, and six bits in port 2 were used as the selected bits of LED. Because there are six LED, the display of them adopt dynamic display, the interval is 1ms, although only one LED is in the status of working at a t
5、ime, because of the vision temporality of peoples eyes and LBDs ember, we can see that six LED are lighted at a time. MCU adopt a key to control Electronic Clocks three working states, the detail description is when power on, the Electronic Clock enter the state of normal display, when you press the
6、 key at first, the Electronic Clock enter the state of saving power, and when you press the key again, the Electronic Clock enter the state of regulating time, after regulating time the Electronic Clock enter the state of normal display automationally. At the state of normal display, the Electronic
7、Clock adopts the way of delaying 1 second to counting time. At the state of saving power, although the LEDs are not lighted, the Electronic Clock is still counting time. At the state of regulating time, the Electronic Clock adopt 44 scanning keyboard to regulate time. All these doing are to make the
8、 Electronic Clock working normally. Keywords：MCU Electronic Clock Dynamic display Key 44 scanning keyboard LED 1 系统方案的选择和论证 1 系统方案的选择和论证 1.1 系统设计方案 1.1 系统设计方案 根据设计要求，系统可以分为三个部分：1、单片机及其外围电路；2、数码管显示及其 驱动电路； 3、 控制电路。 其中系统的核心部分采用 AT89C51 单片机,数码管驱动采用 74LS07 同相驱动器实现，控制电路由小按键和 44 扫描键盘组成，小按键改变状态，扫描键盘用 来调时。模
9、块框图如图 1 所示，为了实现各个模块的功能，分别做出了几种不同的设计方案 并进行了论证. 1.2 各模块方案选择和论证 1.2 各模块方案选择和论证 （1） 单片机及其外围电路 本单元采用ATMEL公司的AT89系列单片机作为系统的控制芯片。89C51的时钟电路由 频率为12MHz的晶振和两个30PF的电容组成。单片机的复位电路采用上电复位方式。 （2） 控制电路 本设计的控制电路使用一个按键开关和一个 44 扫描键盘即可完成三种 不同的状态，按键接在 P2.7 口上，采用软件查询方式来改变电子钟的状态。小键盘接在 P3 口上在调时状态对电子钟进行调时。优点是软件部分较简单，操作方便，缺点是
10、硬件电路稍 复杂。 （3） 数码管显示及其驱动电路 如果说单片机及其外围电路是本系统的核心， 控制电路是关键， 那数码管显示及其驱动 电路则是重点，因为电子钟的正常走钟、省电、调时都要体现在六个数码管上，如果数码管 不能正常显示， 那这个电子钟就没什么意义了。 数码管显示及其驱动电路采用同相驱动器驱 动共阴极数码管动态显示 1.3 系统各个模块的最终方案 1.3 系统各个模块的最终方案 综上所述，在这次设计中我所选择的各个模块分别是： 1. 单片机采用AT89C51，采用12MHz晶振，上电复位方式 2. 控制电路采用一个小按键加一个44扫描键盘 3. 数码管显示及其驱动电路采用同相驱动器驱动
11、共阴极数码管动态显示 2 系统的硬件设计 2 系统的硬件设计 2.1 系统的硬件电路图 2.1 系统的硬件电路图 图3 电子钟系统硬件电路图 系统的硬件电路如图3所示，从图中可以看出，本系统用到了：1片89C51、2片74LS07、 1片74LS04、6个共阴极数码管、1个44扫描键盘、1个小按键以及若干电阻、电容。 2.2 系统的工作流程 2.2 系统的工作流程 系统的工作流程电路图如图4所示，以下是它所实现的功能和工作流程。 图 4 系统的工作流程图 电子钟系统所实现的功 能及工作流程简述： 一开机系 统就进入正常显示状态，从 00：00：00开始走钟。若按下 小按键， 系统随即进入省电状
12、 态， 否则系统一直处于正常走 钟显示状态。在省电状态中， 数码管熄灭， 但电子钟仍在走 钟。若再按一下小按键，系统 由省电状态转为调时状态， 显 示按下小按键时刻的时间， 但 不走钟直到有小按键或小键 盘再次按下。若按下小按键， 表明电子钟不调时， 系统重新 回到正常显示状态，接着走 钟； 若按下小键盘， 进入调时， 从小键盘输入6个合法的数字 后， 系统自动回到正常显示状 态，从输入的时刻开始走钟。 这样系统又进入了下一个正 常显示、 省电、 调时的循环中。 系统的工作流程图如图4所 示。 3 系统的软件设计 3 系统的软件设计 软件采用模块化程序设计方法， 由主程序、 显示子程序、 走钟
13、子程序、 键盘扫描子程序、 拆字子程序、并字子程序等几部分组成。详细的程序源代码见附录部分。 3.1 主程序介绍 3.1 主程序介绍 图 5 主程序流程图 3.2 各子程序程序介绍 3.2 各子程序程序介绍 （1） 显示子程序 图6 图7 图 8 显示子程序流程图 对显示子程序的说明： 时、分、秒存放在数据区 70H-72H（如图 6 所示） ，调用拆 字子程序后，时、分、秒的个位 和十位被拆开， 变成 hh、 hl、 mh、 ml、 sh、 sl 分别存入显示缓冲区 （如 图 7 所示） ，每一地址单元内均为 十进制 BCD 码。显示子程序采用 动态扫描方式，显示时，先取出 73H-78H
14、某一地址中的数据，然 后查 TAB 得对应的显示用段码从 P1 口输出。 P2 口将对应的数码管 选中，就能显示该地址单元的数 据值。 为了使电子钟显示更完美， 更接近显示中的电子钟表，需显 示时的个位和分的个位上的点 （dp） ，因此当 P2 口选中这两位 时，改查 TAB3 转换成字形码， 从 P1 口输出。 （2） 键盘扫描子程序 图9 键盘扫描子程序流程图 （3） 走钟子程序 图 10 走钟子程序流程图 左边的图 10 为走钟子程序 流程图。 刚开始编写走钟子程 序时是用定时/计数器中断方 式来实现， 定时溢出中断周期 设为50ms， 中断累计20次 （即 1s）时对秒计数单元进行加
15、1 操作。 但由于工作寄存器 0 组 中的寄存器不够用， 用到工作 寄存器 1 组后， 程序总是进不 了定时/计数器的中断。后改 为调用延时子程序， 循环显示 1s 后调用走钟子程序， 完成对 时、分、秒等单元的累计及判 断。 另外它在省电状态下也被 主程序调用， 完成省电状态下 的走钟功能。 （4） 拆字和并字子程序 图 11 拆字子程序流程图 图 12 并字子程序流程图 4 调试过程中遇到的问题及解决方法 4 调试过程中遇到的问题及解决方法 4.1 硬件调试 4.1 硬件调试 （1）P0 口的问题及解决方法 在设计的最开始时，我是用 P0 口作为位选口来选中数码管的，而由 P1 口输出相应
16、位 的显示字符段数据，P2 口则接小键盘，P3 口由于它管脚的复用功能加上考虑到要用中断所 以没有用，只是在 P3.7 上接了个小按键。上电后，我发现数码管全部处于熄灭状态，本来 P0P3 口都应该是高电平，但是使用万用表测量 P0 口的输出电平全部是低电平，但其它口 都正常。后来我才想到原来是键盘接在有问题的 P0 口上了，这次我将键盘接到了 P3 口上， 小按键改接在 P2.7 上。效果又是立竿见影，再改正程序中的一些小问题后，我的电子钟就 正常工作了。 (2) 在使用 44 扫描键盘调时的过程中，键盘对两次按键的时间间隔要求很高，时间不能太 长，不然的话，单片机把它当作两次输入处理。这样的话就没有办法达到正常调时的功能。 另外扫描键盘还有一个缺点
