多动能六位电子钟设计方案

1 多动能六位电子钟设计方案 第一章 数字电子钟的设计方案论证 字电子钟的应用意义 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、报时电路等六部分组成。这些都是数字电路中应用最广的基本电路。数字电子钟具有计时准确的功能。 字电子钟设计的要求及技术指标 六位数码管分别显示时、“分”、“秒”；附加 “星期”数码 1位 显示。 间单位数字变化时闪烁一次。 3计时误差不超过 4具有整点报时、手动设置修改时间功能控制功能。 计方案论证 石英晶体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半导体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 第二章 设计任务 2 计题目及要求 设计制作一个多功能六位电子钟。 1、准时计时，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。 体电路逻辑 体电路图 原理方框图如图（ R S R X D ) P 3 T X D ) P 3 A L 24X T A L 15( I N T 0) P 3 I N T 1) P 3 T 0 ) P 3. 48( T 1 ) P 3. 59G N A I N 0)12P 1 A I N 1)13P 1 c T 89 C 2 05 1 H 0 0 5 D 1 D 2 D 32222222R 1 01 11 21 31 41 51355 V + 5 V + 5 V + 5 V + 5 V + 5 e c b a f g d e c b a f g d e c b a f D+ 5 V + 5 72 82 65. 1 L W E D+ 5 DV i o 8 L 05G N u F+ 5 2 2 D+ 5 钟 秒钟R 3 R 9 2 20图（ 位电子钟原理方框图 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 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 口 ，段码由 冒号部分采用 4 个 红色发光 二极管 ，驱动方式为独立端口 3 图 (阳极 码管的内部结构原理图 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 以分为静态式和动态式两类。 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/者使用如 十进位 *器 *进行驱动。静态驱动的优点是编程简 4 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 89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。 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,的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 元选通由各自独立的 I/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 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 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 2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/且功耗更低。 图 ( 数码管显示 盘原理： 如下图； 按键 用复用的方式与显示部分的 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。 5 图（ 盘原理图 计算：由于 码管典型静态电流为 10右，如果不接上拉电阻的话，电流将会过大烧坏数码管，所以要加上拉电阻，经计算电阻值需 R=10V/10000 欧姆 =1K 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 三极管组成。其工作原理是当 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， 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， 图（ 迅响电路及输入、输出电路原理 阻 针 有源蜂鸣器无迅响时 出低电平，当有源蜂鸣器发出声响时字电路等各种需要。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 三极管的基极电路中接入排针 脚排针可改变单片机 I/而达到输入的目的。驱动方式为复合端口驱动，占用 产品采用了单片机 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。 计算：蜂鸣器的驱动电流一般为 20从 输出接限流电阻 后接极管基极，集电极接蜂鸣 器一端，另一端接地，发射结接 果电流不是很大的话， k,经计算，另一端可接一电阻 6 图（ 图（ 表（ 脚功能 引脚 功能 行输入端口 ) 行输出端口 ) 中断 0) 中断 1) 时器 0 外部输入 ) 时器 1 外部输入 ) 7 低电压 ,高性能 8位 图 采用 51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的 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。 码显示单元电路的介绍 图（ 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 474驱动器，输出高电平有效，专用于驱动 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 8 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，需要根据标准时间进行校时。 校正开关。不校正时， 关是闭和的。当校正时位时，需要把 后用手拨动 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 正分位时和校正时位的方法一样。其电路图如下 : 图 时电路） 第三章 设计方案 体设计方案说明 性能 位 单片机 ，片内含 2k 128器件采用 易失性存储技术生产，兼容标准 内置通用 8位中央处理器和 3 k &至 时 个 位 计 数 器&至 分 个 位 计 数 器& & &1 1分十位进 位 脉 冲秒十位进 位 脉 冲3 . 3 k 0 1 0 1 脉 冲 5V 9 泛的应用。 图（ 体设计说明 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 能使用说明 1、功能按键说明： 2、功能及操作说明： 操作时，连续短时间 (小于 1秒 )按动 可在以上的 6个功能中连续循环。中途如果长按 (大于 2 秒 )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 当前时间和冒号为闪烁状态，按动 小时位加 1，按动 ，秒时不可调。 3）闹钟功能：短按二次 示状态为 22： 10： 00，冒号为长亮。按动 小时位加 1，按动 分钟位加 1，秒时不可调。当按动小时位超过 23 时则会显示 -： 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 示状态为 0，冒号为长灭。按动 从低位依此显示高位，按动 ，当 次时会在所设定的时间状态下开始倒计时，再次按动 调整功能，并且停止倒计时。 5）秒表功能：短按四次 示状态为 00： 00： 00，冒号为长亮。按动 开始秒表计时，再次按动 停止计时的时候按动 6）计数器功能：短按五次 示状态为 00： 00： 00，冒号为长灭，按动 ，按动 10 块结构与方框图 如图（ 图（ 软件系统结构方框图 位电路原理 片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚 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声，在每个机器周期的 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 种简单的复位电路，只要在 位引脚接一个电容到 一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到 个复位信号随着 以了保证系统安全可靠的复位， 图 电容充电时间的计算： 设 电容初始电压值， 1V 为电容最终可充到或放到的电压值， t 时刻电容上的 11 电压值。则 )( 1,求充电到 90 时间（ 0， 1V =）： 代入上式： ) 10 ,代入 0,10 得： 30 ， 12单片机的机器周期为 1以能可靠复位。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要 上升时间不超过 1可以实现自动上电复位。 钟电路 时钟是单片机的心脏，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地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。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（ 钟电路 高增益反向放大器的输入端为芯片引脚 出端为引脚 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。 第四章 软件设计与安装调试 件任务与安装调试 12 流程与任务 软件任务分析 软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完成，在硬件电路设计基本定型后，也就基本上决定下来了 9。 软件任务分析环节是为软件设计做一个总体规划。从软件的功能来看可分为两大类：一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量，计算，显示，打印，输出控制和通信等，另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织调度角色的软件。这两类软件的设计方法各有特色，执行软件的设计偏重算法效率，与硬件关系密切，千变万化。 软件任务分 析时，应将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义（输入输出定义）。在各执行模块进行定义时，将要牵扯到的数据结构和数据类型问题也一并规划好。 各执行模块规划好后，就可以监控程序了。首先根据系统功能和键盘设置选择一种最适合的监控程序结构。相对来讲，执行模块任务明确单纯，比较容易编程，而监控程序较易出问题。这如同当一名操作工人比较容易，而当一个厂长就比较难了。 软件任务分析的另一个内容是如何安排监控软件和各执行模块。整个系统软件可分为后台程序（背景程序）和前台程序。后台程序指主程序及其调用的 子程序，这类程序对实时性要求不是太高，延误几十 通常将监控程序（键盘解释程序），显示程序和打印程序等与操作者打交道的程序放在后台程序中执行；而前台程序安排一些实时性要求较高的内容，如定时系统和外部中断（如掉电中断）。也可以将全部程序均安排在前台，后台程序为“使系统进入睡眠状态”，以利于系统节电和抗干扰。 软件流程图 13 图 程序里先定义两个中断定时器 个作为秒记数用 ,另一个做为调整时闪烁用。编程时先将 3口 数据清零 ,然后 3口作动态扫描显示 ,由于人的眼睛有延迟性 ,当扫描频率非常高时人就感觉数码管一直亮着 ,而同时记数器在遵循时间的变化方式执行着秒到了 60分加一，分到了 60小时加一，小时到了 24就归零。 以上进入校准时间状态及换档和退出，快速点触用于调节时间数值 ,归零是复位按钮。 装与调试 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。 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 接瓷片电容。瓷片电容部分正负极。 接轻触开关 接三极管。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。 接 12振。晶振没有正负极。 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。 接 20脚 用一小缺口或小圆点标记的地方以逆时针数依次为 1装时要注意缺口和电路上的缺口相一致。 20只引脚都插到位后，先 用手指按住，固定对角两只引脚，防止插入的引脚掉出来，再把板放到桌面上把剩下的引脚焊好。焊好后不要急于插入单片机芯片，因为还有其他元件焊接，防止电烙铁带静电击坏单片机芯片。 接蜂鸣器。 接 正负极之分，不能装错。 安装、焊接数码管。认识数码管内部结构。 14 表（ 件清单表 第五章 课程设计总结（心得体会） 经过大量查找资料和老师的不断指点，我将所设计的六位数码管电子钟焊接成功，虽然不是很稳定，但在这个过程中，我了解了各个元器 件的识别与测量，也了解了 片机及其引脚功能。同时明白了六位数码管电子钟的工作原理并实现了其功能。 本程序设计时，只用了一个定时器 他的中断全部关断，定时器工作在两个 8 位自动加载初始值状态。简短的定时中断程序只负责时间的计数和进位功能，这是保证走时精确。有三个轻触式按键： 功能选择按键 能扩展按键 值加一按键 此数字钟采用了一只 通过这次的课程设计，我对自己的动手能力有了信心。面临着就业，我将充分发挥我的主观能动性和在学校学到的一切 知识。为母校添砖加瓦，为自己的前程奋斗！这次课程设计的顺利进行，我深刻明白了理论知识与社会实践相结合的道理，从中得到了以前书本知识所序号 名称 规格 位号 数量 序号 名称 规格 位号 数量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 单片 机 三端集成稳压 2 位共阳数码管 发光二极管 蜂鸣器 瓷片电容 2 位排针 集成电路插座 电解电容 晶振 8色 红色 3 5V 有源 30距 0P 100021 1 3 4、 1 1 6 1 3 4 1 2 2 3 1 1 1 1 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 三极管 电阻 按键 电池盒 电源线 电路板 说明书 9012 220 1K 2K 0K 6*6*5 4节 5号 色 2P 105*55 3 2、 15 16 1、 热缩管 7 7 7 2 1 1 3 1 1 1 1 1 15 不曾得到的知识。更加明白了如今信息时代电子技能知识的重要性。增强了我对实际工艺技术、电子技术和设备技术等方面的认识，掌握了分析处理方法，调试、计算等基本技能的训练，并具备了一定程度的实际工作能力。 面对如此激烈的市场竞争体系，只有努力掌握好电子技能知识方可在竞争中立于不败之地，我对从事电子产品的开发和研究充满了兴趣。本次课程设计是我的电子研发之路的良好开端。我会以此 为契机，在日后的工作中深入学习、加深研究，在实际工作中创造自己的价值。 第六章 参考文献 实验电子技术 电子技术基础课程设计 电路基本分析 电路基础 单片机原理与应用技术 单片机应用技术 高级单片机教程 李振声 任为民 石生 徐熙文 李全利 刘守义 何立民 国防工业出版社 中央广播电视大学出版社 高等教育出版社 高等教育出版社 高等教育出版社 西安电子科技大学出版社 北航出版社 程序 #0=0 /号 )口高电平 ,; /状态标志 ,; 0,0,; /时间变量 2,0,; /定时变量 ,; /计时计数变量 ,; t) /延时子程序 i,j; 16 i=0;i=199) ; ; if(60) ; ; if(60) ; ; if(24); if(& & 99 & (0|0|0) ; if(60) 9; 17 if(60) 9; if(100) 9; if(0&0&0&5000) 4000; if(1) /秒表程序 ; if(2) ; ; if(100) ; ; if(60) ; ; if(60) ; x=0,y=0; : 0; /时钟秒的个位 : if(90) 0; /校正秒的个位 : if(24) /闹钟秒的个位 1&=0; : if(0) 0;/倒计时秒的个位 1=0: 0; /秒表秒的个位 : 0; /计数器个位 18 ; 0); 3_5=0) /功能键 1 识别 ; if(0) 0; /校正秒的十位 : if(24) /闹钟秒的十位 1&=0; : if(1) 0;/倒计时秒的十位 1=0: 0; /秒表秒的十位 : 0; /计数器十位 ; 0); ; 0 : 0; /时钟分的个位 : if(90) 0; /校正分的个位 : if(24) /闹钟 分的个位 1&=0; : if(2) 0;/倒计时分的个位 1=0: 0; /秒表分的个位 19 : 0; /计数器百位 ; 0); ; 0 : 0; /时钟秒的个位 : if(90) 0; /校正秒的个位 : if(24) /闹钟秒的个位 1&=0; : if