简易电子钟的设计与实现

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1、简易电子钟的设计与仿真一、设计要求和电路原理1.1设计要求1) 可以准确地显示时间。2) 时间显示选择24小时模式。3) 选用AT89C52单片机，将编写的程序下载到该单片机中，并能使数码管 显示。4) 采用Keil C51编译，Proteus软件进行仿真。1.2 设计原理与思路利用单片机的定时与中断系统功能实现电子钟的计数和调时。采用AT89C52 定时中断方式实现24小时制时钟精确的计时。通过外部的12M (11.0529M) Hz 晶振产生稳定的谐振，在AT89C52的内部定时器电路实现定时，当定时器溢出 时产生中断，累计定时器的定时时间达一秒时，数码管的秒显示加1，判断数码 管的秒显示

2、达60时，秒显示自动清零，分显示加1，判断分显示达60时，分显 示自动清零，时显示加1，判断时显示达24时，时显示自动清零。从而实现 00： 00：0023：59：59 之间的任意时刻显示。为了使时钟能够灵活的对时间进行调整、校对，通过增加外部的按键实现简单的 复位、时调整、分调整的功能。形成一个具有复位和校时功能的简易电子时钟。二、电子时钟设计方案2.1电子钟设计的基本方法2.1.1电子钟实现计时的方法利用MCS-51系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计时。(1) 计数初值计算:把定时器T0设为工作方式2,产生0.25ms定时中断，计数溢出4000次即 得时钟计时最小单位秒，

3、而4000次计数可用软件方法实现。假设使用 T/C0，方式 2，0.25ms 定时，fosc=12MHz。则初值 a 满足(256-a)X1/12MHzX12us =250 u sa=6 (6H)TH0=#6H;TL0=#6H(2) 采用中断方式进行溢出次数累计,计满4000次为秒计时(1秒)；(3) 从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。2.1.2 电子钟的时间显示电子钟的时钟时间在 8 位数码管上进行显示，时、分、秒的显示值可以在单片机的内部RAM设置三个缓冲单元，30H、31H、32H分别存储时、分、秒的值。显示如下表：表 2.1 电子钟的时、分、秒显示时十位时个位分十位分个

4、位秒十位秒个位LED8LED7LED6LED5LED4LED3LED2LED132H空31H空30H2.1.3 电子钟的时间调整电子钟设置 3 个按键通过程序控制来完成电子钟的时间调整。A 键复位；按下 A 键，时钟显示初始值 12 00 00B键调整分；快速按下A键，分显示加1,当分显示为59,加1变成00C键调整时；快速按下B键，时显示加1,当时显示为23,加1变成002.2芯片以及元件2.2.1 AT89C52 简介AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是 ATMEL公司生产的，是一 个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Fl ash只

5、读程序存储器和256 by tes的随机存取数据存储器（RAM）,有40个 引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3 个16位可编程定时计数器 ,2个全双工串行通信口， 2个读写口线。 主要 管脚有：XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接 12MHz晶振。RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位 电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负 端。P0P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义。下面对相关的 引脚作介绍： VCC： +5V 电源。 VSS：接地。 P0 口 ： P0

6、口是一组8位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总 线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑 门电路，对端口 P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据 总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上 拉电阻。 P1 口： P1 口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 口， P1的输出 缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑 门电路。对端口写“1”， 通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

7、作输入口使 用时，因为内部存在上拉 电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一 个电流（IIL）。 P2 口： P2 口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2的输出 缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口 P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口， 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和 一些控制信号。 P3 口： P3 口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O 口。P3 口输出 缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻 辑门电路。对P3 口写 入

8、“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能。 P3 口还接收一些用于 Fl ash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。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。 XTAL1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2 :振荡器反相放大器的输出端。AT89C52 芯片的引脚图和芯片图如下：AT89C5224PC0046T2；F1.Ii WoVccI2E/P1.1 匚2311PO.O/ADOE12匚338

9、ipo.iaoiE1仁匚3TP0.2aD2Fl.4 匚53&1P0.3/AD3F1.5 C&351P0.MFl.6 C?341P0.5/AD5Elf匚8331P0.&/AD&RST匚9321P0.T/ADTBXD/P3.0 匚1031i n/vppTKD/F3.1 匚1130kLEPTOIBT0/F3.2 C12四1PESHIBT1/F3.3 C13281P2.T/A15T0/F3.4 C14 2T1P2.&/A14T1/F3.5 C152&1P2.5/A13m/pj.e 匚1&251P2.4/A121 241P2.3/A11IHL2 C1823P2.2aiOmy c19221P2.1/A3p

10、iip 爼c20 211P2.0/A82.2.2 八位动态显示数码管图2.1 AT89C52 引脚图和芯片图1) 数码管动态显示接口图庭 LE討AgEkLMHIEE 話Egm01 s腔& Li*氏CL 氏?M.3一爱口着更LT刍兰rEMr-lEUEMBESEM5E豆 psEEMrlECEMESlemle口县吕BL图 2.3 数码管实物图2) 数码管的动态显示驱动数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一， 动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端连 在一起，另外为每个数码管的公共极增加位选通控制电路，位选通由各自 独立的 I/O 线控

11、制，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，取决于单片机对位选通端电 路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显 示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的 的端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程 中，每位数码管的点亮时间为 12ms,由于人的视觉暂留现象及发光二极 管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度 足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示 的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。2.3 电子

12、钟模块化电路2.3.1 电子钟的硬件设备模块电子钟的总体硬件模块电路有：晶振、手动复位、数码管显、和时间调整和单片机接口电路，如图 2.4 所示。下面分别介绍个模块的设计。图 2.4 电子钟硬件模块2.3.2 时钟电路模块图 2.5 所示为时钟电路原理图，在 AT89C52 芯片内部有一个高增益反相放大 器，其输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。而在芯片内部，XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。时 钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信 号。22pr 22prX12UHZ图 2.5 时钟电路2.

13、3.3 复位电路模块单片机复位的条件是：必须使RST/VPD或RST引（9）加上持续两个机器周 期（即24个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为12 MHz，每机器周期为 1us,则只需2us以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器 周期执行复位。单片机常见的复位如图所示，这是一个微分型电路。电路为上电 复位电路，它是利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RST端的电位与VCC相同， 随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。只要保证RST为高电平的时间大于 两个机器周期，便能正常复位（由电容的通电时间计算得到，复位电阻的阻值在 1030pF）。该电路除具有上电复位功能外，若要复位

14、，只需按图中的RST键, 此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RST端产生一个复位高电平。-4-5W./KFI 侣 IR12.3.4 数码管显示电路模块系统米用动态显示方式,单片机AT89C52的P0 口控制LED数码管的段选线， P2 口控制数码管的位选线。动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示， 即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由 于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时 显示的感觉。下图为共阴极 8 位数码管动态显示。Ll/9起 LmFod 6一 CKIMS 口Em2nw 垦 gE 呂窘Od tOWbOd WAES gzd LOWE -Bx-ogLJ1:mg5:Qnz.2T.命H斗卜卜,h图 2.7 数码管显示电路2.3.5 按键电路模块下图为按键模块电路原理图，A为复位键，B为时钟调控键，C为分钟调控 键。A、B、和C三个按键一路有上拉电阻连接高电平，另一路接入单片机的控制 引脚Pl.O,、Pl.l、P1.2。按钮断开时，控制引脚Pl.O,、Pl.l、P1.2均为高电 平，当按下某一个按键时，控制引脚变为低电平，由程序控制其相应的作用。2.3.6 电子时钟系统