多功能六位电子钟设计报告

模电课程设计11《模拟电子线路基础》课程设计报告多动能六位电子钟专业应用电子班级10级电子三班学生姓名杨振指导教师邹云峰、万行花提交日期2011年12月23日JINGCHUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY模电课程设计22目录第一部分设计任务1.1设计题目及要求………………………………………………………………31.2主体电路与各电路原理………………………………………………………31.2.1主体电路图………………………………………………………………31.2.2显示电路原理……………………………………………………………41.2.3键盘原理…………………………………………………………………41.2.4迅响电路及输入、输出电路原理………………………………………51.2.5单片机原理………………………………………………………………51.2.6译码显示单元电路………………………………………………………71.2.7校时电路…………………………………………………………………7第二部分设计方案2.1总体设计方案说明……………………………………………………………82.2功能使用说明…………………………………………………………………92.3模块结构与方框图……………………………………………………………92.4复位电路………………………………………………………………………102.5时钟电路………………………………………………………………………11第三部分软件设计与调试3.1软件任务与安装调试……………………………………………………………123.1.1软件流程与任务………………………………………………………123.1.2安装与调试……………………………………………………………143.1.3元件清单………………………………………………………………14第四部分课程设计总结（心得体会）………………………………………………15第五部分参考文献……………………………………………………………………16模电课程设计33第一部分设计任务1.1设计题目及要求AT89C2051多功能六位电子钟设计制作一个多功能六位电子钟。1、准时计时，一数字形式显示时、分、秒的时间；2、小时的计时要求为“12翻1”分和秒的计时要求为60秒进位；3、校正时间。1.2主体电路逻辑图1.2.1主体电路图原理方框图如图（1）：RST1(RXD)P3.02(TXD)P3.13XTAL24XTAL15(INT0)P3.26(INT1)P3.37(T0)P3.48(T1)P3.59GND10P3.711P1.0(AIN0)12P1.1(AIN1)13P1.214P1.315P1.416P1.517P1.618P1.719Vcc20U1AT89C2051Y112MHzC230C330GNDL1L2L3L4L5L6R110KGNDC110uF+5Vabfcgded1dp2e3c4b6a7f8g9dpabfcgdedpC15C210LED1abfcgded1dp2e3c4b6a7f8g9dpabfcgdedpC15C210LED2abfcgded1dp2e3c4b6a7f8g9dpabfcgdedpC15C210LED3Q19012Q29012Q39012Q49012Q59012Q79012Q69012R101KR111KR121KR131KR141KR151KL1L2L3L4L5L6+5V+5V+5V+5V+5V+5VdecbafgdecbafgdecbafgdecbafgD1LEDD2LEDD3LEDD4LED+5V+5VR172KR182KR21KR165.1KU3BELL12J1POWER12J2IN12J3OUTGND+5VGNDVin1GND2Vout3U278L05C4104C5104GNDC6100uF+5VS1S2S3L1L2L4GND+5V小时分钟秒钟R3~R9220模电课程设计44图（1）六位电子钟原理方框图1.2.2显示电路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P3.0～P3.5端口，段码由P1.0～P1.6输出。冒号部分采用4个Φ3.0的红色发光二极管，驱动方式为独立端口P1.7驱动。共阳极LED数码管的内部结构原理图：图4-4-2共阳极LED数码管的内部结构原理图LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。1.静态显示驱动静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O模电课程设计55埠进行驱动，或者使用如BCD码二-十进位*器*进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O埠多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8＝40根I/O埠来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O埠才32个呢。故实际应用时必须增加*驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。2.动态显示驱动：数码管动态显示介面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COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，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，取决于单片机对位元选通COM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，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个LED数码管的COM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，每位元数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，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资料，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埠，而且功耗更低。图4-4-1LED数码管正面个字段引脚模电课程设计661.2.3键盘原理：如下图；按键S1～S3采用复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。1.2.4迅响电路及输入、输出电路原理如下图示；迅响电路由有源蜂鸣器和PNP型三极管组成。其工作原理是当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型三极管模电课程设计77的基极电路中接入排针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。1.2.5单片机系统：本产品采用了单片机AT89C2051为核心器件，并配合所有的外围电路，具有上电复位的功能，无手动复位功能。AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体(EEPROM)的低电压,高性能8位CMOS微型计算机。如图10.2所示。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业P3口引脚功能P3.0RXD(串行输入端口)P3.1TXD(串行输出端口)P3.2INT0(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4TO(定时器0外部输入)P3.5T1(定时器1外部输入)模电课程设计88标准MCS—51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPL1和闪速存储器,ATMELAT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。1.2.6译码显示单元电路的介绍方框图如图（2）：图（2）译码显示电路译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用与驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端，便可以进行不同数字的显示。在译码管输出与数码管之间串联电阻R作为限流电阻。1.2.7校时电路原理校时电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时模电课程设计99间进行校时。K1、K2分别是时校正、分校正开关。不校正时，K1、K2开关是闭和的。当校正时位时，需要把K1开关打开，然后用手拨动K3开关，来回拨动一次，就能使时位增加1，根据需要去拨动开关的次数，校正完毕后把K1开关闭上。校正分位时和校正时位的方法一样。其电路图如下:第二部分设计方案2.1总体设计方案说明AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes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单片机在电子类产品中有广泛的应用。3.3k&至时个位计数器&至分个位计数器&&&&11分十位进位脉冲秒十位进位脉冲3.3kC20.01FC10.01FS2S1校时脉冲＋5V模电课程设计1010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2-1所示。2.2功能使用说明；1、功能按键说明：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、功能及操作说明：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，则立即回到时钟功能的状态。1）时钟功能：上电后即显示10：10：00，寓意十全十美。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。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刚小时位加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。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将再次进入调整功能，并且停止倒计时。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。6）计数器功能：短按五次S1，显示状态为00：00：0