多功能数字钟的设计与实现
多功能数字钟的设计与实现[20200131184511]
【摘要】
随着生活水平不断提高，人们对电子产品的要求越来越高，数字钟逐渐成为家庭里必不可少的电子产品。本文基于AT89C2051芯片,结合时钟电路、复位电路、按键电路、迅响电路、LED电路等外围电路，设计实现了一个多功能数字钟，该数字钟具有时钟功能、闹钟功能、倒计时功能、秒表功能和计数器等功能,与传统机械表相比，它具有走时精确、功能全面、显示直观等优点，同时具有校时功能和断电后记忆功能，恢复供电时可实现计时同步等优点，解决了原有电路只显示时间、使用寿命短的缺点。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】数字钟,AT89C2051,多功能
一 引言 1
二 系统硬件电路设计 1
（一）原理总框图 1
（二）各组成电路设计 2
1.时钟电路 2
2.复位电路 3
3.按键电路 3
4.迅响电路及输入输出电路 4
5.LED显示电路 5
6.开关控制电路 5
(三) 系统电路原理图及PCB图 6
三 系统软件设计 7
(一) AT89C2051芯片简介 7
(二) 程序设计流程图 8
1. 主程序系统结构 8
2. 软件任务分析 8
3. 程序设计流程图 9
四 安装与调试 10
（一）安装焊接 10
（二）实物调试 10
五 结束语 10
致谢 12
参考文献 13
附录1 实物图 14
附录2元器件清单表 15
附录3 程序 16
一 引言
近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子钟、数字钟等等。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理,由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时,实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能,输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。
现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，如电子钟，石英表等都采用了石英技术，因为走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，用数字集成电路设计时，译码代替机械传动，用LED显示器替代指针转动显示，减小计时误差，这种计时方式，具有显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现计时计数的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有很长的使用寿命。
多功能数字钟是采用数字电路实现对时，分，秒数字显示的计时装置，另加外围电路，对其功能进行扩展，实现数字钟表的多功能化。多功能数字钟给人们生产生活带来了极大的便利，大大地扩展了钟表原先的报时功能，诸如定时自动报警、时间程序自动控制、自动开启关闭路灯、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究多功能数字钟及扩大其应用，有着非常重要的意义和作用。
二 系统硬件电路设计
（一）原理总框图
数字钟是一个对标准频率进行计数的计数时钟电路。它的计时周期是24小时，由于计数器的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致所以采用校准功能和报时功能。本文设计的多功能数字钟主要由时钟电路、复位电路、按键电路、迅响电路、输入输出电路、LED电路、开关控制电路、单次脉冲产生电路组成，如图2-1所示。
图2-1 系统总框图
电路系统由秒信号发生器、“时”、“分”、“秒”计数器、译码器及显示器、校准电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时钟基准信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器和分频器来实现，将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个时脉冲信号，该信号将被送到时计数器。时计数器采用24进制计时器，可实现对一天24小时的计时。当计数器显示23时59分59秒时，再来一个脉冲，则时、分、秒都应回到零，并显示00:00:00表示已经到达午夜零点，第二天开始继续计数。通过驱动系统驱动数码管显示时间，通过位选网络对多功能数字钟进行功能选择和切换，通过AT89C2051单片机芯片控制端口程序，最终实现数字钟的多功能化。
（二）各组成电路设计
1.时钟电路
时钟是单片机的心脏，时钟电路的质量直接影响单片机系统的稳定性。单片机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的工作，因此，时钟频率直接影响单片机的速度。常见的时钟电路有两种方式：一种是外部时钟方式，另一种是内部时钟方式。本文使用的是内部时钟方式，如图2-2所示。
图2-2 时钟电路
AT89C2051单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为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。
2.复位电路
AT89C2051片机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，斯密特触发器用来抑制噪音，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。
上电复位电路是一种简单的复位电路，在RST 复位引脚接一个电容到VCC，起到滤波和稳压的作用，接一个电阻到地，下拉电阻，就可以实现上电复位了。如下图2-3所示,上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容给RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位 ，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。
图2-3时复位电路
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，只有VCC的上升时间不超过1ms就可以实现自动上电复位。
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输入输出端口形成一个负的脉冲。闭合和释放过程才能达到稳定，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。抖动持续时间的长短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，应该采取相应措施去消除抖动。本文采用独立按键，直接用I/O输入输出口线构成单个按键电路，每个按键占用一条线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。按键S1-S3采用的方式与显示部分的P3.5、P3.4、P3.2口复用。其工作方式为，在相应端口输出高电平时读取按键的状态并由单片机消除抖动并赋予相应的键值，如图2-4所示。
图2-4 按键电路
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，有源蜂鸣器立即发生定频声响，驱动方式为端口驱动，占用P3.7端口，如图2-5所示。
输入电路是与迅响电路复合作用的，电路结构是迅响电路的PNP型三极管的基极电路接入排针J2。引脚排针可改变单片机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2-5迅响电路
输出电路与迅响电路复合作用的，其电路结构为有源蜂鸣器。4.7K定值电阻R，排针J3并联。有源蜂鸣器无迅响时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。
【摘要】
随着生活水平不断提高，人们对电子产品的要求越来越高，数字钟逐渐成为家庭里必不可少的电子产品。本文基于AT89C2051芯片,结合时钟电路、复位电路、按键电路、迅响电路、LED电路等外围电路，设计实现了一个多功能数字钟，该数字钟具有时钟功能、闹钟功能、倒计时功能、秒表功能和计数器等功能,与传统机械表相比，它具有走时精确、功能全面、显示直观等优点，同时具有校时功能和断电后记忆功能，恢复供电时可实现计时同步等优点，解决了原有电路只显示时间、使用寿命短的缺点。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】数字钟,AT89C2051,多功能
一 引言 1
二 系统硬件电路设计 1
（一）原理总框图 1
（二）各组成电路设计 2
1.时钟电路 2
2.复位电路 3
3.按键电路 3
4.迅响电路及输入输出电路 4
5.LED显示电路 5
6.开关控制电路 5
(三) 系统电路原理图及PCB图 6
三 系统软件设计 7
(一) AT89C2051芯片简介 7
(二) 程序设计流程图 8
1. 主程序系统结构 8
2. 软件任务分析 8
3. 程序设计流程图 9
四 安装与调试 10
（一）安装焊接 10
（二）实物调试 10
五 结束语 10
致谢 12
参考文献 13
附录1 实物图 14
附录2元器件清单表 15
附录3 程序 16
一 引言
近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子钟、数字钟等等。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理,由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时,实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能,输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。
现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，如电子钟，石英表等都采用了石英技术，因为走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，用数字集成电路设计时，译码代替机械传动，用LED显示器替代指针转动显示，减小计时误差，这种计时方式，具有显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现计时计数的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有很长的使用寿命。
多功能数字钟是采用数字电路实现对时，分，秒数字显示的计时装置，另加外围电路，对其功能进行扩展，实现数字钟表的多功能化。多功能数字钟给人们生产生活带来了极大的便利，大大地扩展了钟表原先的报时功能，诸如定时自动报警、时间程序自动控制、自动开启关闭路灯、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究多功能数字钟及扩大其应用，有着非常重要的意义和作用。
二 系统硬件电路设计
（一）原理总框图
数字钟是一个对标准频率进行计数的计数时钟电路。它的计时周期是24小时，由于计数器的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致所以采用校准功能和报时功能。本文设计的多功能数字钟主要由时钟电路、复位电路、按键电路、迅响电路、输入输出电路、LED电路、开关控制电路、单次脉冲产生电路组成，如图2-1所示。
图2-1 系统总框图
电路系统由秒信号发生器、“时”、“分”、“秒”计数器、译码器及显示器、校准电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时钟基准信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器和分频器来实现，将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个时脉冲信号，该信号将被送到时计数器。时计数器采用24进制计时器，可实现对一天24小时的计时。当计数器显示23时59分59秒时，再来一个脉冲，则时、分、秒都应回到零，并显示00:00:00表示已经到达午夜零点，第二天开始继续计数。通过驱动系统驱动数码管显示时间，通过位选网络对多功能数字钟进行功能选择和切换，通过AT89C2051单片机芯片控制端口程序，最终实现数字钟的多功能化。
（二）各组成电路设计
1.时钟电路
时钟是单片机的心脏，时钟电路的质量直接影响单片机系统的稳定性。单片机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的工作，因此，时钟频率直接影响单片机的速度。常见的时钟电路有两种方式：一种是外部时钟方式，另一种是内部时钟方式。本文使用的是内部时钟方式，如图2-2所示。
图2-2 时钟电路
AT89C2051单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为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。
2.复位电路
AT89C2051片机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，斯密特触发器用来抑制噪音，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。
上电复位电路是一种简单的复位电路，在RST 复位引脚接一个电容到VCC，起到滤波和稳压的作用，接一个电阻到地，下拉电阻，就可以实现上电复位了。如下图2-3所示,上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容给RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位 ，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。
图2-3时复位电路
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，只有VCC的上升时间不超过1ms就可以实现自动上电复位。
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输入输出端口形成一个负的脉冲。闭合和释放过程才能达到稳定，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。抖动持续时间的长短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，应该采取相应措施去消除抖动。本文采用独立按键，直接用I/O输入输出口线构成单个按键电路，每个按键占用一条线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。按键S1-S3采用的方式与显示部分的P3.5、P3.4、P3.2口复用。其工作方式为，在相应端口输出高电平时读取按键的状态并由单片机消除抖动并赋予相应的键值，如图2-4所示。
图2-4 按键电路
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，有源蜂鸣器立即发生定频声响，驱动方式为端口驱动，占用P3.7端口，如图2-5所示。
输入电路是与迅响电路复合作用的，电路结构是迅响电路的PNP型三极管的基极电路接入排针J2。引脚排针可改变单片机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2-5迅响电路
输出电路与迅响电路复合作用的，其电路结构为有源蜂鸣器。4.7K定值电阻R，排针J3并联。有源蜂鸣器无迅响时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。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/4283.html
