祝良+郭臣鵬+蘇宏鋒

摘要：設(shè)計(jì)了一種以AT89S51單片機(jī)為控制器的數(shù)字鐘，基于Proteus 7.8開發(fā)平臺(tái)與Keil軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真，實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的PCB實(shí)物制作、元件焊接與程序設(shè)計(jì)。軟件仿真與試驗(yàn)結(jié)果表明，數(shù)字鐘電路通電后工作穩(wěn)定，具有自動(dòng)計(jì)時(shí)，時(shí)間設(shè)置與鬧鐘功能。

關(guān)鍵詞：AT89S51；數(shù)字鐘；PCB；電路仿真

中圖分類號(hào)：TH39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）05-0160-02

Design and Implementation of Digital Clock Based on AT89S51 Single Chip Microcomputer

Zhu Liang，Guo Chenpeng，Su Hongfeng

（Sichuan Vocational and Technical College of Communication， Sichuan Chengdu，611130）

Abstract：A digital clock with AT89S51 microcontroller as the controller is designed. Circuit designing and simulation are realized based on Proteus 7.8 development platform and Keil software.It achieves the PCB physical production， component welding and program design. Software simulation and test results show that the digital clock circuit with power works well and has automatic timing， time setting and alarm function.

Key Words：AT89S51；Digital Clock；PCB； Circuit simulation

1 引言

數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的鐘表，與機(jī)械鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，具有更長(zhǎng)的使用壽命，已得到廣泛的使用[1]。本文所設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘具有如下功能：

（1）數(shù)字鐘電路上電后，系統(tǒng)從00：00：00開始計(jì)時(shí)自動(dòng)顯示時(shí)間，6位LED顯示器分別顯示時(shí)、分、秒；

（2）具有時(shí)鐘校準(zhǔn)功能，可設(shè)置當(dāng)前時(shí)間；

（3）具有鬧鐘設(shè)置/啟鬧/停鬧功能：按下鬧鐘設(shè)置鍵，數(shù)碼管顯示00：00：00，進(jìn)入鬧鐘設(shè)置狀態(tài)；可以設(shè)置啟鬧時(shí)間，等待鍵入啟鬧時(shí)間，按一次設(shè)置分，按兩次設(shè)置小時(shí)，按三次確認(rèn)設(shè)置完畢；當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，蜂鳴器鳴叫10秒后停鬧。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選用主流芯片AT89S51單片機(jī)作為主控制器，利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)、以行列式鍵盤（4*4矩陣鍵盤）完成時(shí)鐘的設(shè)置、修改，利用單片機(jī)并行I/O端口連接6位數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的動(dòng)態(tài)LED顯示。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖1所示。

3 數(shù)字鐘設(shè)計(jì)

3.1 硬件電路設(shè)計(jì)

控制器選用主流芯片AT89S51[2]，內(nèi)部帶有4KB的Flash ROM，無需外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器。由于數(shù)字鐘不需要進(jìn)行大量運(yùn)算和數(shù)據(jù)暫存，片內(nèi)128B的RAM可以滿足設(shè)計(jì)要求，無須外擴(kuò)片外RAM。AT89S51內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行中斷定時(shí)，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的設(shè)計(jì)。使用單片機(jī)并行口作為顯示接口，無須外擴(kuò)接口芯片，實(shí)現(xiàn)LED動(dòng)態(tài)顯示。

單片機(jī)的P1口作為6位LED顯示的位選口，其中P0.0～P0.5分別對(duì)應(yīng)連接LED0～LED5，P0口作為段選口，由于采用共陰數(shù)碼管，因此P1口輸出低電平選中相應(yīng)的位，而P0口輸出高電平則點(diǎn)亮相應(yīng)的段。單片機(jī)P2口的P2.3～P2.6為鍵盤輸入端（行輸入掃描口），對(duì)應(yīng)0～3行，P2口的P2.0～P2.2做鍵盤的列掃描口。單片機(jī)的P2.7引腳接蜂鳴器，高電平驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴叫，模擬鬧鐘啟鬧。所設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘硬件電路原理圖與PCB圖如圖2與圖3所示。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

主程序函數(shù)用于完成系統(tǒng)初始化工作，主要包括時(shí)鐘、鬧鐘初始參數(shù)及初始標(biāo)記的設(shè)定；I/O端口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器初始狀態(tài)的設(shè)定；時(shí)間更新顯示，循環(huán)掃描按鍵，根據(jù)按鍵分別進(jìn)行鬧鐘和時(shí)鐘的設(shè)置管理。LED顯示函數(shù)根據(jù)顯示單元首地址顯示時(shí)鐘（或鬧鐘）時(shí)間，實(shí)現(xiàn)6位LED的動(dòng)態(tài)顯示功能。時(shí)鐘設(shè)置函數(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘時(shí)間的設(shè)置修改。鬧鐘判斷啟動(dòng)函數(shù)判斷鬧鐘啟動(dòng)時(shí)間到否，若時(shí)間到，則啟動(dòng)鬧鐘，延時(shí)10S后自動(dòng)關(guān)鬧鐘，清除鬧鐘設(shè)置標(biāo)志。定時(shí)器中斷函數(shù)定時(shí)修改時(shí)鐘參數(shù)中斷服務(wù)子程序。數(shù)字鐘程序模塊如圖4所示。

3.3 系統(tǒng)仿真

在Proteus 7.8開發(fā)環(huán)境下，設(shè)計(jì)了數(shù)字鐘的硬件電路，結(jié)合Keil uvision5軟件環(huán)境，采用C語言編程，編譯通過后生產(chǎn).hex文件，將程序?qū)雙roteus[3]中進(jìn)行仿真。搭建的仿真電路運(yùn)行如圖5所示，仿真結(jié)果表明該電路實(shí)現(xiàn)了計(jì)時(shí)、時(shí)鐘校準(zhǔn)與鬧鐘功能。

3.4 PCB實(shí)物制作與調(diào)試

仿真結(jié)果準(zhǔn)確無誤后，接下來進(jìn)行PCB板實(shí)物制作。結(jié)合四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子實(shí)訓(xùn)情況，采用曝光法制作PCB，主要步驟包括硫酸紙的打印、銅面的處理、貼膜、靜置、曝光、顯影、腐蝕及脫膜[4]。曝光法具有成本低，浪費(fèi)少，精度高，成功率高的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)元件清單和PCB裝配圖，完成PCB板上的元件焊接。

焊接完成后，使用萬用表進(jìn)行線路檢測(cè)，按照電路原理圖，檢查印制電路板中所有器件的引腳，尤其是電源的連接是否正確，排除短路故障；檢查P0口、P1口和P2口的連接線是否有短路等故障，順序是否正確；檢查各開關(guān)按鍵是否能正常開關(guān)，是否連接正確；檢查各限流電阻是否短路等。用下載線連接單片機(jī)下載接口與電腦，上電后將編譯通過的程序下載到單片機(jī)，完成了時(shí)間顯示、時(shí)間校準(zhǔn)與鬧鐘設(shè)置等功能，如圖6所示。

4 結(jié)語

本文根據(jù)數(shù)字鐘的功能，設(shè)計(jì)數(shù)字鐘的硬件電路、分析系統(tǒng)軟件流程，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)硬件仿真與實(shí)物制作，仿真與實(shí)物調(diào)試結(jié)果表明，系統(tǒng)方案可行，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的時(shí)間顯示，時(shí)鐘校準(zhǔn)與鬧鐘功能。該方案已應(yīng)用與四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子專業(yè)學(xué)生實(shí)訓(xùn)課程中，通過數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，使學(xué)生熟練操作Proteus 7.8與Keil uVision5軟件，對(duì)提高學(xué)生實(shí)踐能力與單片機(jī)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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[2]郭占苗，潘魯寧.基于STC89C52單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)[J].微處理機(jī)，2016（4）：83-86.

[3]黃智偉.印制電路板（PCB）設(shè)計(jì)技術(shù)與實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[4]徐作華.基本數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)、制作與檢測(cè)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013（6）：180-180.endprint