1、設(shè)計(jì)任務(wù)

    用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子鐘，采用LED 數(shù)碼管來顯示時(shí)間。

2、設(shè)計(jì)要求

    （1）顯示格式為：XX：XX：XX， 即：時(shí)：分：秒。

    （2）時(shí)間可采用12小時(shí)制顯示或24 小時(shí)制顯示，采用12 小時(shí)顯示時(shí)必須

在另外一個(gè)數(shù)碼管上顯示A（表示上午）或B（表示下午）。

（3）設(shè)置一個(gè)按鍵用于時(shí)間顯示方式的切換。

（4）系統(tǒng)上電后從上電時(shí)初始化顯示:  12-00-00開始計(jì)時(shí)。

（5）能進(jìn)行時(shí)間的調(diào)整，可暫停時(shí)間的變動(dòng),暫停時(shí)一位數(shù)碼管上顯示字母H

可按自己的要求設(shè)置擴(kuò)展的小鍵盤個(gè)數(shù)。

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圖1  系統(tǒng)整體框圖

整個(gè)系統(tǒng)用單片機(jī)作為中央控制器，由單片機(jī)執(zhí)行采集芯片內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)通過單片機(jī)I/O口傳給單片機(jī)，單片機(jī)模塊控制驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)顯示模塊，通過顯示模塊來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出、LED的顯示及相關(guān)的控制功能。系統(tǒng)設(shè)有按鍵模塊用于對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整及擴(kuò)展多個(gè)小鍵盤，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

1、單片機(jī)芯片選擇方案

方案一：AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器。主要性能有：與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容、全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz、 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器、32個(gè)可編程I/O口線、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、八個(gè)中斷源、全雙工UART串行通道、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符、易編程。

方案二：AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。主要性能有：兼容MCS51指令系統(tǒng)、32個(gè)雙向I/O口、256x8bit內(nèi)部RAM、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷、時(shí)鐘頻率0-24MHz、2個(gè)串行中斷、可編程UART串行通道、2個(gè)外部中斷源、6個(gè)中斷源、2個(gè)讀寫中斷口線、3級(jí)加密位、低功耗空閑和掉電模式、軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。

從單片機(jī)芯片主要性能角度出發(fā)，本數(shù)字電子鐘單片機(jī)芯片選擇設(shè)計(jì)采用方案一。

2、數(shù)碼管顯示選擇方案

方案一：靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示，即當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或截止。該方式每一位都需要一個(gè)8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時(shí)較小電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但因當(dāng)所需顯示的位數(shù)較多時(shí)，靜態(tài)顯示所需的I/O口數(shù)較大，造成資源的浪費(fèi)。

方案二：動(dòng)態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)顯示，即各位數(shù)碼管輪流點(diǎn)亮，對(duì)于顯示器各位數(shù)碼管，每隔一段延時(shí)時(shí)間循環(huán)點(diǎn)亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個(gè)顯示，但須保證掃描速度足夠快，人的視覺暫留功能才可察覺不到字符閃爍。顯示器的亮度與導(dǎo)通電流、點(diǎn)亮?xí)r間及間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動(dòng)態(tài)顯示節(jié)省了I/O口，降低了能耗。

從節(jié)省單片機(jī)芯片I/O口和降低能耗角度出發(fā)，本數(shù)字電子鐘數(shù)碼管顯示選擇設(shè)計(jì)采用方案二。

3、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)選擇方案

方案一：上拉電阻驅(qū)動(dòng)方式。數(shù)碼管段碼與接有上拉電阻的單片機(jī)芯片I/O口相連，通過編程，單片機(jī)芯片即控制段碼電平的高低。該方式經(jīng)費(fèi)低，但實(shí)物制作較復(fù)雜。

方案二：74LS245芯片驅(qū)動(dòng)方式。數(shù)碼管段碼與74LS245芯片B口相連，74LS245芯片A口與單片機(jī)芯片I/O口，通過編程，單片機(jī)芯片即可控制段碼電平的高低。該方式實(shí)物制作簡(jiǎn)單，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管段碼能力。

  從實(shí)物制作簡(jiǎn)易程度與驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管段碼能力角度出發(fā)，本數(shù)字電子鐘數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)選擇設(shè)計(jì)采用方案二。

1、電源電路

     本數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)所需電源電壓為直流、電壓值大小5V的電壓源 。從硬件實(shí)物設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易程度與經(jīng)費(fèi)方面考慮，用兩節(jié)電壓值大小2.5V干電池與電路電壓源引腳相連接即可達(dá)到硬件設(shè)計(jì)要求。即本數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)用兩節(jié)電壓值大小2.5V干電池做硬件電路電壓源。

2、按鍵電路

  本數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)所需按鍵用于進(jìn)行顯示時(shí)間的調(diào)整與設(shè)置擴(kuò)展的小鍵盤。

單片機(jī)芯片4個(gè)I/O口可與按鍵直接相連，通過編程，單片機(jī)芯片即可控制按鍵接口電平的高低，即按鍵的開與關(guān)，以達(dá)到用按鍵進(jìn)行顯示時(shí)間的調(diào)整與設(shè)置擴(kuò)展的小鍵盤的設(shè)計(jì)要求。

3、時(shí)鐘電路

單片機(jī)芯片可使用內(nèi)部時(shí)鐘電路和外部時(shí)鐘電路兩種方式產(chǎn)生電路所需的時(shí)鐘脈沖，內(nèi)部時(shí)鐘電路實(shí)現(xiàn)可用石英晶體和微調(diào)電容外接即可達(dá)到，外部時(shí)鐘電路實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)外部脈沖源引入脈沖信號(hào)以保證個(gè)單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步。從硬件實(shí)現(xiàn)難易角度考慮，內(nèi)部時(shí)鐘電路的實(shí)現(xiàn)比外部時(shí)鐘電路的實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)易。既本數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)所需的時(shí)鐘源采用內(nèi)部時(shí)鐘電路實(shí)現(xiàn)。所用定時(shí)方式為工作方式1，石英晶振為12M，即最小定時(shí)時(shí)間為1us，最大定時(shí)時(shí)間約為65.5ms，其電路圖如下圖2所示。

4、驅(qū)動(dòng)電路

      從實(shí)物制作簡(jiǎn)易程度與驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管段碼能力角度出發(fā)，本數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)采用數(shù)碼管段碼與74LS245芯片B口相連，74LS245芯片A口與單片機(jī)芯片I/O口，通過編程，單片機(jī)芯片即可控制段碼電平的高低的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管段碼控制，74LS245芯片圖如下圖3所示。

                      file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg

                        圖3 74LS245芯片圖

5、LED顯示電路

      數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)的顯示模塊用8個(gè)一位數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)，也可用兩個(gè)四位一體數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)。兩種實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)效果一樣。從實(shí)物制作的難易程度出，本數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)采用兩個(gè)四位一體數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)。即數(shù)碼管引腳與單片機(jī)芯片和74LS245對(duì)應(yīng)引腳相連接。

單片機(jī)電路

       本數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)芯片作為中央控制器，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出、LED的顯示及相關(guān)的控制功能。

    主程序流程圖如下圖圖4所示。

圖4   數(shù)字電子時(shí)鐘主程序流程圖

中斷服務(wù)程序流程圖如下圖圖5所示。

                     圖5  中斷服務(wù)程序流程圖

3、顯示子程序流程圖

     顯示子程序流程圖如下圖圖6所示。         

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圖6  顯示子程序流程圖