簡易電子鐘的設(shè)計與實現(xiàn)

簡易電子鐘的設(shè)計與仿真設(shè)計要求和電路原理1.1設(shè)計要求可以準(zhǔn)確地顯示北京時間.時間顯示選擇24小時模式。選用AT89C52單片機，將編寫的程序下載到該單片機中，并能使數(shù)碼管顯示.采用KeilC51編譯,Proteus軟件進(jìn)行仿真。1。2設(shè)計原理與思路利用單片機的定時與中斷系統(tǒng)功能實現(xiàn)電子鐘的計數(shù)和調(diào)時。采用AT89C52定時中斷方式實現(xiàn)24小時制時鐘精確的計時。通過外部的12M（11。0529M）Hz晶振產(chǎn)生穩(wěn)定的諧振,在AT89C52的內(nèi)部定時器電路實現(xiàn)定時,當(dāng)定時器溢出時產(chǎn)生中斷，累計定時器的定時時間達(dá)一秒時，數(shù)碼管的秒顯示加1，判斷數(shù)碼管的秒顯示達(dá)60時，秒顯示自動清零，分顯示加1,判斷分顯示達(dá)60時,分顯示自動清零,時顯示加1,判斷時顯示達(dá)24時，時顯示自動清零。從而實現(xiàn)00：00:00—23：59:59之間的任意時刻顯示。為了使時鐘能夠靈活的對時間進(jìn)行調(diào)整、校對,通過增加外部的按鍵實現(xiàn)簡單的復(fù)位、時調(diào)整、分調(diào)整的功能.形成一個具有復(fù)位和校時功能的簡易電子時鐘.二、電子時鐘設(shè)計方案2。1電子鐘設(shè)計的基本方法2。1。1電子鐘實現(xiàn)計時的方法利用MCS—51系列單片機的可編程定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)來實現(xiàn)時鐘計時.（1）計數(shù)初值計算：把定時器T0設(shè)為工作方式2，產(chǎn)生0。25ms定時中斷，計數(shù)溢出4000次即得時鐘計時最小單位秒，而4000次計數(shù)可用軟件方法實現(xiàn).假設(shè)使用T/C0，方式2，0。25ms定時，fosc=12MHz。則初值a滿足（256-a）×1/12MHz×12μs=250μsa=6(6H)TH0=#6H；TL0=＃6H（2）采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)累計,計滿4000次為秒計時(1秒）；（3)從秒到分和從分到時的計時是通過累加和數(shù)值比較實現(xiàn)。2.1.2電子鐘的時間顯示電子鐘的時鐘時間在8位數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，時、分、秒的顯示值可以在單片機的內(nèi)部RAM設(shè)置三個緩沖單元，30H、31H、32H分別存儲時、分、秒的值。顯示如下表：表2.1電子鐘的時、分、秒顯示時十位時個位分十位分個位秒十位秒個位LED8LED7LED6LED5LED4

LED3LED2LED132H空31H空30H2。1。3電子鐘的時間調(diào)整電子鐘設(shè)置3個按鍵通過程序控制來完成電子鐘的時間調(diào)整.A鍵復(fù)位；按下A鍵，時鐘顯示初始值120000B鍵調(diào)整分；快速按下A鍵，分顯示加1，當(dāng)分顯示為59，加1變成00C鍵調(diào)整時；快速按下B鍵，時顯示加1，當(dāng)時顯示為23,加1變成002.2芯片以及元件2.2.1AT89C52簡介AT89C52是51系列單片機的一個型號，它是ATMEL公司生產(chǎn)的,是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機,片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM)，有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口,同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線.主要管腳有：XTAL1(19腳）和XTAL2(18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振.RST/Vpd(9腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40腳）和VSS(20腳)為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0～P3為可編程通用I/O腳,其功能用途由軟件定義.下面對相關(guān)的引腳作介紹:VCC：+5V電源。VSS:接地.P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié),校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路.對端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL）.P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1"，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL)。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3口:P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1"時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）.P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能.P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位.XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。AT89C52芯片的引腳圖和芯片圖如下：圖2.1AT89C52引腳圖和芯片圖2。2。2八位動態(tài)顯示數(shù)碼管數(shù)碼管動態(tài)顯示接口圖圖2。2數(shù)碼管的動態(tài)顯示接口圖圖2。3數(shù)碼管實物圖數(shù)碼管的動態(tài)顯示驅(qū)動數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a，b，c，d，e，f,g，dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路,位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形,取決于單片機對位選通COM端電路的控制,所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端,就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快,給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。2.3電子鐘模塊化電路2。3。1電子鐘的硬件設(shè)備模塊電子鐘的總體硬件模塊電路有：晶振、手動復(fù)位、數(shù)碼管顯、和時間調(diào)整和單片機接口電路，如圖2.4所示。下面分別介紹個模塊的設(shè)計。圖2.4電子鐘硬件模塊2.3.2時鐘電路模塊圖2.5所示為時鐘電路原理圖,在AT89C52芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器,其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。而在芯片內(nèi)部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。圖2。5時鐘電路2。3。3復(fù)位電路模塊單片機復(fù)位的條件是：必須使RST/VPD或RST引(9）加上持續(xù)兩個機器周期(即24個振蕩周期）的高電平。例如,若時鐘頻率為12MHz，每機器周期為1μs,則只需2μs以上時間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機常見的復(fù)位如圖所示,這是一個微分型電路。電路為上電復(fù)位電路，它是利用電容充電來實現(xiàn)的。在接電瞬間，RST端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RST的電位逐漸下降。只要保證RST為高電平的時間大于兩個機器周期,便能正常復(fù)位（由電容的通電時間計算得到，復(fù)位電阻的阻值在10—30pF）。該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位,只需按圖中的RST鍵，此時電源VCC經(jīng)電阻R1、R2分壓，在RST端產(chǎn)生一個復(fù)位高電平。圖2.6復(fù)位電路2.3.4數(shù)碼管顯示電路模塊系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式,單片機AT89C52的P0口控制LED數(shù)碼管的段選線，P2口控制數(shù)碼管的位選線。動態(tài)顯示通常都是采用動態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，即循環(huán)點亮每一個數(shù)碼管，這樣雖然在任何時刻都只有一位數(shù)碼管被點亮，但由于人眼存在視覺殘留效應(yīng)，只要每位數(shù)碼管間隔時間足夠短，就可以給人以同時顯示的感覺.下圖為共陰極8位數(shù)碼管動態(tài)顯示。圖2。7數(shù)碼管顯示電路2。3.5按鍵電路模塊下圖為按鍵模塊電路原理圖，A為復(fù)位鍵，B為時鐘調(diào)控鍵,C為分鐘調(diào)控鍵。A、B、和C三個按鍵一路有上拉電阻連接高電平，另一路接入單片機的控制引腳P1.0,、P1.1、P1。2。按鈕斷開時,控制引腳P1.0，、P1。1、P1.2均為高電平,當(dāng)按下某一個按鍵時，控制引腳變?yōu)榈碗娖?，由程序控制其相?yīng)的作用.圖2。8按鍵電路2.3.6電子時鐘系統(tǒng)的設(shè)計原理圖結(jié)合所有的模塊設(shè)計，綜合得出電子鐘系統(tǒng)的總體設(shè)計原理圖如圖2.9所示.圖2。9電子鐘原理圖2.3.7相關(guān)引腳和元件AT89C52單片機用到的引腳：P0口：用于控制數(shù)碼管的段選P2口：用于控制數(shù)碼管的位選P1口：P1口的P1.0,、P1。1、P1。2腳分別控制時鐘的復(fù)位、分調(diào)整、時調(diào)整。XTAL1、XTAL2：接晶振的脈沖輸入RST：復(fù)位電路其他的元件和相關(guān)作用電阻R1—R11：上拉電阻,保護(hù)電路，起限流的作用電阻R12:復(fù)位電路的充電電阻8個8段數(shù)碼管:1、2顯示時，4、5顯示分,7、8顯示秒，3、6不顯示。電容C1、C2:晶振的微電容，單片機的脈沖周期產(chǎn)生晶振：12M,與電容構(gòu)成晶振電路材料清單見附錄1三、電子時鐘的Protues仿真3.1Protues軟件概述Protues軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件.它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件，是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具，是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Protues軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：(1）原理布圖（2）PCB自動或人工布線（3）SPICE電路仿真（4）互動的電路仿真，用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM,鍵盤,馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（5)仿真處理器及其外圍電路，可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程,再配合顯示及輸出,能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等,Protues建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。具有4大功能模塊：智能原理圖設(shè)計（ISIS）；完善的電路仿真功能（Prospice)；獨特的單片機協(xié)同仿真功能（VSM）和實用的PCB設(shè)計平臺。3。2編寫實驗程序、畫出實驗原理圖簡易電子鐘匯編程序見附錄2.由理論設(shè)計的電子時鐘在protues軟件上進(jìn)行仿真實驗，實驗原理圖如圖3。1,按照設(shè)計的實驗原理圖在仿真軟件protues上連線。圖3。1電子鐘仿真實驗原理圖3。3仿真流程圖圖3。2電子鐘仿真流程圖3.4仿真電路調(diào)試及結(jié)果分析第一、在Keil環(huán)境下建立目標(biāo)工程——編譯程序--無錯（若有錯，則需重新檢查程序知道無錯為止）,則生成.hex文件——雙擊單片機，導(dǎo)入文件。第二、單擊運行按鈕,電路仿真上電，觀察數(shù)碼管的顯示以及通過控制按鍵對時間的調(diào)整，檢查是否正確，若不正確，則需重新檢查程序，重復(fù)上述步驟，直到仿真能夠達(dá)到所需的要求。實驗的結(jié)果如圖3。2。圖3。3仿真實驗結(jié)果四、電子時鐘的硬件實現(xiàn)由于條件的允許，電子時鐘可在單片機的開發(fā)板平臺實現(xiàn)。實現(xiàn)的過程如下：接線與準(zhǔn)備——上電——程序燒錄——調(diào)試與檢查——結(jié)果分析檢查電子鐘所需的元件能在開發(fā)板上實施按照仿真設(shè)計的原理圖連好線，（開發(fā)板上只需連接部分的信號控制線路,其他模塊的線路可能已經(jīng)連好）。接上電源，按下power按鍵,用程序燒錄工具將生成的。hex下載到單片機內(nèi)部。調(diào)試電路，檢查電子鐘是否出錯，功能是否實現(xiàn)，如果有錯，則排除錯誤，再次調(diào)試，直至達(dá)到要求為止實驗結(jié)束，對結(jié)果進(jìn)行分析，如果調(diào)試有錯，找出出錯的原因，并借助相關(guān)的資料進(jìn)行解釋。AT89C52的P0口和P2口外接由八個LED數(shù)碼管(共陰極）構(gòu)成的顯示器，用P0口作LED的段碼輸出口，P2口作八個LED數(shù)碼管的位控輸出線，P1口外接三個按鍵A、B、C構(gòu)成鍵盤電路。結(jié)果顯示如下：圖4.1電子鐘的開發(fā)板實現(xiàn)圖附錄1元器件清單序號元件名稱規(guī)格型號/參數(shù)數(shù)量（個)備注1單片機AT89C5212晶振12MHz13電容22pF2晶振電容4電容22μF1復(fù)位電容5按鍵BUTTON3復(fù)位、校分，校時6電阻RESPACK—8/10K11數(shù)碼管上拉電阻、按鍵上拉電阻7電阻RESPACK-1K1復(fù)位電阻附錄2電子鐘匯編程序ORG0000HAJMPMAIN ；跳轉(zhuǎn)到主程序ORG000BH;T0中斷入口AJMPPTF0;中斷處理首地址；；；;；；;；;；；；;；主程序；；;；；；;；；;；；;；;MOV30H,＃0；緩沖單元設(shè)置初值12：00：00MOV31H，＃0MOV32H，＃0MAIN：MOVSP,#0EFH MOV36H，#0FH；設(shè)置4000次中斷計數(shù) MOV37H，#0A0HMOVTMOD,＃2;定時器啟動 MOVTL0，#6 MOVTH0,＃6 SETBTR0 MOVIE,#82H MOVIP，＃2；；；;;；數(shù)碼管動態(tài)顯示；；；；；；；；;LED6：MOVDPTR,#TAB；表的首地址給16位數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR MOVA,30H；時為的十位顯示 SWAPA ANLA,#0FH MOVCA,@A+DPTR MOV40H，＃7FH MOVP2,40H MOVP0，A LCALLDELAY MOVA，30H;時位的個位顯示 ANLA,#0FH MOVCA，@A+DPTR MOV40H,#0BFH MOVP2，40H MOVP0，A LCALLDELAY MOVA,31H;分位的十位顯示 SWAPA ANLA,＃0FH MOVCA,@A+DPTR MOV40H，#0EFH MOVP2，40H MOVP0，A LCALLDELAY MOVA,31H；分位的個位顯示 ANLA,＃0FH MOVCA，@A+DPTR MOV40H，#0F7H MOVP2，40H MOVP0，A LCALLDELAY MOVA，32H;秒位的十位顯示 SWAPA ANLA，#0FH MOVCA,＠A+DPTR MOV40H，#0FDH MOVP2,40H MOVP0，A LCALLDELAY MOVA，32H;秒位的個位顯示 ANLA，#0FH MOVCA，@A+DPTR MOV40H,#0FEH MOVP2,40H MOVP0,A LCALLDELAY JNBP1。0,CLEAR;判斷鍵盤輸入 JNBP1.1,SET_MINUTE JNBP1.2,SET_HOUR AJMPLED6;；；；；；；；中斷程序；；；；；；;;；；；；；;；；；；;PTF0：PUSHPSW ;中斷處理PUSHACC MOVPSW,#8 DJNZ37H,PTF0R DJNZ36H,PTF0R MOV36H,＃0FH MOV37H,＃0A0H MOVR0，#32H;定時到一秒 MOVA,＠R0 ADDA，#1 DAA MOV@R0，A CJNEA，#60H，PTF0R MOV@R0,0 DECR0 MOVA,@R0 ADDA，#1 DAA MOV@R0,A CJNEA，#60H,PTF0R MOV@R0，＃0 DECR0 MOVA,@R0 ADDA，＃1 DAA MOV@R0，A CJNEA，＃24H,PTF0R MOV@R0，#0PTF0R：POPACCPOPPSW RETIDELAY：MOVR6，＃9H;動態(tài)顯示延時L0:MOVR7,＃19HDJNZR7,＄ DJNZR6,L0 RETDELAY1:MOVR5,#1BH;調(diào)整時、分顯示延時L1:MOVR6,＃9H L2:MOVR7，19H DJNZR7，＄ DJNZR6,L2 DJNZR5,L1 RETCLEAR：MOV30H，#12H；時鐘顯示復(fù)位A鍵MOV31H，#0 MOV32H，＃0 RETSET_MINUTE:MOVA，31H；調(diào)節(jié)分加1B鍵CJNEA,#59H，MIN MOV31H，＃0 RETSET_HOUR：MOVR1,＃30H;調(diào)節(jié)時加1C鍵MOVA,@R1 CJNEA，＃23H，HOUR MOV30H，＃0MIN：ADDA ，#1DAA MOV31H,A LCALLDELAY1 AJMPLED6HOUR:ADDA,＃1DAAMOV30