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1、郑州科技学院数字电子技术课程设计题 目基于AT89C2051多功能六位数数字钟设计 学生姓名 徐亚丽 专业班级 11级通信工程二班 学 号 201151063 院 （系） 信息工程学院 指导教师 邓国辉 完成时间 2013年11月29日目 录1数字钟的设计方案及任务要求11.1总体方案设计11.2 数字钟的任务要求22 AT89C2051集成芯片及其引脚说明22.1内部结构22.2 引脚说明33 电路的硬件设计43.1 复位电路43.2时钟电路43.3 按键电路53.4 迅响电路及输入、输出电路53.5 数码管显示电路63.5.1 LED数码管结构及工作原理63.5. 2 显示原理73.6稳压
2、电路74 安装与调试84.1安装、焊接元件到电路板上84.2调试95仿真电路图106总结10参考文献11附录1：总体电路原理图12附录2：元器件清单131 数字钟的设计方案及任务要求1.1总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，主要由振荡器、分频器、计数器、译码显示器、校时电路等部分组成。而数字钟想准确的计时则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定很高的秒脉冲，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，译码结果分别由两只七段数码管以十进制数形式显示来。当秒六十进制
3、计数器累计到第59秒时，若再来一个秒脉冲，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，若再来一个秒脉冲，则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，若再来一个秒脉冲，则时、分、秒计数器都应回到零，并显示（00:00:00）表示已到达午夜零点，第二天开始继续计数。其主要的功能模块如图1-1所示。图1-1系统结构框图1.2 数字钟的任务要求1. 上电后即显示时钟功能10：
4、10：00，实现校对功能先短按一次S1,按动S2小时位加1，按动S3分钟位加1。2.短按二次S1实现闹钟功能，显示状态为22：10：00。按动S2则小时位加1，按动S3则分钟位加1。当按动小时位超过23时关闭闹钟功能。闹铃声为蜂鸣器长鸣3秒钟。短按三次S1实现倒计时功能,按动S2则从低位依此显示高位，按动S3则相应位加1。3.短按四次实现秒表功能，按动 S2 则开始秒表计时，再次按动S2则停止计时。短按五次实现计数器功能按动S2则计数器加1，按动S3则计数器清零。2 AT89C2051集成芯片及其引脚说明AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位集成芯片，片内含2
5、k bytes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），器件采用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位中央处理器和Flash存储单元，AT89C2051集成芯片在电子类产品中有广泛的应用。图2-1 AT89C20512.1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微处理器。它采用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。AT89C2051是一强劲的微型处理器，它对许多嵌入式控制应用提供一定
6、高度灵活和成本低的解决办法。2.2引脚说明图2-2 AT89C20511.VCC：电源电压。2GND：地。3P1口：P1口是一个8位双向I/O口。口引脚P1.2P1.7提供内部上拉电阻，P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精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。4P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻 的七个双向I/O口引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3品缓冲器可吸收20mA电流。5RST：复位输入。RST一旦
7、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引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。 6XTAL1：作为振荡器反相器的输入和内部时钟发生器的输入。 7XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。3 电路的硬件设计3.1 复位电路AT89C2051集成芯片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，才能得到内部复位操作所需要的信号。图3-1 复位电路3.2时钟电路时钟是集成芯片的心脏，集成芯片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，时钟频率直接影响集成芯片的速度
8、，时钟电路的质量也直接影响集成芯片系统的稳定性。常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。图3-2 时钟电路AT89C2051集成芯片内部有一个用于构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，就构成一个稳定的自激振荡器。3.3按键电路按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的常长短
9、与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。本文采用的是独立式按键，直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。按键S1S3 采用复用的方式与显示部分的P3.5、P3.4、P3.2 口复用。图3-3 按键电路3.4 迅响电路及输入、输出电路迅响电路由有源蜂鸣器和PNP型三极管组成。其工作是当 PNP 型三极管导通后有源蜂鸣器立即发出定频声响。驱动方式为独立端口驱动，占用P3.7端口。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，5.1K定值电阻R6，排针J3并联。当有源蜂
10、鸣器无迅响时J3输出低电平，当有源蜂鸣器发出声响时J3输出高电平，J3可接入数字电路等各种需要。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。引脚排针可改变集成芯片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P3.7端口。图3-4 迅响电路及输入、输出电路3.5 数码管显示电路3.5.1 LED数码管结构及工作原理LED数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“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划，公共电极。每一笔划
11、都是对应一个字母表示 DP是小数点。下图为常用LED数码管内部引脚图。图3-5-1 LED数码管正面个字段引脚共阳极LED数码管的内部结构原理图：图3-5-2 共阳极LED数码管的内部结构原理图3.5. 2 显示原理显示部分主要器件为3只两位一体共阳极数码管，驱动采用 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P3.0P3.5 端口，段码由P1.0P1.6输出。冒号部分采用 4 个 3.0的红色发光二极管，驱动方式为独立端口P1.7驱动。图3-5-3数码管电路3.6稳压电路78L05是一个线性的稳压器，不论其输入端接多少伏电源，其输出是固定的5伏，主要给小容量的器件提供电
12、源。因为是线性稳压，所以其输出波形杂波比较严重，而且其输出会复制输入的波形出来。所以前后都要滤波，在输入端加电容时相当于平滑电容。起到一个滤波的作用，提高IC工作稳定性。输出端加电容是为本地器件提供能量的存储器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。图3-6稳压电路4安装与调试4.1 安装、焊接元件到电路板上按照先低后高，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，焊接时间最好控制在2-3秒。2.安装、焊接瓷片电容。瓷片电容部分正负极。3.安装、焊接轻触开关4.安装、焊接三极管
13、。三极管的外形基本一样，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，立着会影响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方以逆时针数依次为1-20脚，安装时要注意缺口和电路上的缺口相一致。8.安装、焊接蜂鸣器。9.安装、焊接LED。LED和普通二极管一样，有正负极之分。4.2 调试1.功能按键S1为功能选择按键，S2为功能扩展按键，S3为数值加一按键。2.功能及操作操作时，连续短时间(小于1秒)按动S1，即可在以上的6个功能中连续循环。中途如果长按(大于2秒)S1，则立
14、即回到时钟功能的状态。2.1时钟功能：上电后即显示10：10：00 ，寓意十全十美。2.2校时功能：短按一次 S1，即当前时间和冒号为闪烁状态，按动 S2 则小时位加 1，按动 S3则分钟位加1，秒时不可调。2.3闹钟功能：短按二次S1，显示状态为22：10：00，冒号为长亮。按动S2则小时位加1，按动S3则分钟位加1，秒时不可调。当按动小时位超过23时则会显示-：-：-，这个表示关闭闹钟功能。闹铃声为蜂鸣器长鸣3秒钟。2.4倒计时功能：短按三次S1，显示状态为 0，冒号为长灭。按动S2则从低位依此显示高位，按动S3则相应位加1，当S2按到第6次时会在所设定的时间状态下开始倒计时，再次按动S2
15、将再次进入调整功能，并且停止倒计时。2.5秒表功能：短按四次 S1，显示状态为 00：00：00，冒号为长亮。按动 S2 则开始秒表计时，再次按动S2则停止计时，当停止计时的时候按动S3则秒表清零。2.6计数器功能：短按五次S1，显示状态为00：00：00，冒号为长灭，按动S2则计数器加1，按动S3则计数器清零。5 仿真电路图图5-1 仿真电路图6总结在两个星期的设计，一个基本完整AT89C2051六位数字钟完成了。设计完此数字钟设计，首先让自己对AT89C2051六位数字钟设计的掌握有了进一步的加深和巩固，能够更熟练的应用各种元件功能。还要掌握了解AT89C2051六位数字钟设计的元件分布和电路分布，还有它的效能和其他。AT89C2051六位数字钟是以集成芯片（AT89C2051）为核心的数字时钟，结合相关的元器件，再配以相应的软件，达到制作简易数字时钟的目的，其硬件部分难点在于元器件的选择、分布及焊接，程序的调试。参考文献1 石生，电路基本分析M高等教育出版社.2008,9：64662何立民，高级集成芯片教程M北航出版社.2009,6:218220.3
