基于單片機(jī)的電子鐘的設(shè)計(jì)與仿真

張 婷

(山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院，山西 太原 030031)

基于單片機(jī)的電子鐘的設(shè)計(jì)與仿真

張 婷

(山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院，山西 太原 030031)

電子時(shí)鐘是一種具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的電子設(shè)備，在日常生活中應(yīng)用廣泛?；趩纹瑱C(jī)的電子鐘有按鍵電路、顯示電路和單片機(jī)基本電路組成。本文應(yīng)用常用的51內(nèi)核單片機(jī)設(shè)計(jì)了時(shí)間可調(diào)、帶聲光報(bào)時(shí)、運(yùn)行簡(jiǎn)單的電子時(shí)鐘，并充分應(yīng)用Proteus仿真軟件對(duì)其進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的可行性。

單片機(jī)，可調(diào)式，電子鐘

數(shù)字電子時(shí)鐘被廣泛的應(yīng)用在家庭，辦公室，商場(chǎng)等公共場(chǎng)所，是人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵?。由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度及應(yīng)用大大超過(guò)了老式機(jī)械鐘表，并且在功能上趨向多樣化，擴(kuò)展了定時(shí)報(bào)時(shí)、聲光報(bào)時(shí)等功能，使其成為市場(chǎng)需求十分廣泛的一種電子儀器。另外，計(jì)算機(jī)的發(fā)展極大的促進(jìn)了虛擬儀器的發(fā)展。虛擬儀器可以直接利用計(jì)算機(jī)搭建與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相差無(wú)幾的仿真環(huán)境來(lái)模擬實(shí)際應(yīng)用，極大的提高開(kāi)發(fā)效率。本文就利用Proteus軟件對(duì)設(shè)計(jì)的電子時(shí)鐘進(jìn)行了基本功能仿真，驗(yàn)證了涉及可行性，極大地縮短了研發(fā)周期，并且可以為后期更靈活的改進(jìn)設(shè)計(jì)服務(wù)[1]。

1 電子鐘基本模塊分析

電子鐘由單片機(jī)基本電路按鍵電路和顯示電路組成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖中單片機(jī)模塊是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，通過(guò)它可以控制LCD顯示電路，并實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)提示功能?？梢酝ㄟ^(guò)按鍵電路調(diào)節(jié)時(shí)分秒及時(shí)間清零的功能。

圖1 電子鐘結(jié)構(gòu)框圖

2 電子鐘硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)采用AT89C52為核心控制器件。單片機(jī)想要工作，需要有時(shí)鐘電路、供電電路及復(fù)位電路配合。AT89C52為常用的時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘電路，配合外部12M晶振和電容與XTAL1和XTAL2連接組成，為單片機(jī)提供基本的機(jī)器周期脈沖。單片機(jī)復(fù)位電路為手動(dòng)復(fù)位電路，當(dāng)單片機(jī)發(fā)生異常工作時(shí)可通過(guò)復(fù)位按鈕讓單片機(jī)復(fù)位。

AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOSX8位單片機(jī)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，所以編程簡(jiǎn)單。AT89C52單片機(jī)由于其控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)編程，價(jià)格低廉在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2所示。

2.2 按鍵電路

一般的時(shí)鐘都有按鍵電路,當(dāng)系統(tǒng)剛接通電源或者長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行出現(xiàn)誤差時(shí)，需要對(duì)電路進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)時(shí)。調(diào)時(shí)電路如圖3所示。當(dāng)開(kāi)機(jī)后系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)時(shí)并進(jìn)行LCD顯示當(dāng)前時(shí)間。當(dāng)開(kāi)關(guān)置于“清零”位置時(shí)，電子時(shí)鐘復(fù)位，LCD顯示00：00：00。當(dāng)開(kāi)關(guān)置于“移位”時(shí)可以在時(shí)分秒之間切換，和“加”“減”分別可對(duì)時(shí)分秒進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖

圖3 調(diào)時(shí)電路

2.3 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

該設(shè)計(jì)的整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路當(dāng)分為59且秒為51,53,55,57時(shí)蜂鳴器發(fā)出500 Hz的聲音，在59分59秒時(shí)發(fā)出1 kHz的聲音并且點(diǎn)亮燈光。報(bào)時(shí)電路如圖4所示。

圖4 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

2.4 LCD顯示電路

顯示電路如圖5所示。本設(shè)計(jì)采用了最常見(jiàn)的LCD1602顯示器，由于LCD顯示面板較為脆弱，廠家已將LCD控制器、驅(qū)動(dòng)器、RAM、ROM和液晶顯示器用PCB連接到了一起，成為液晶顯示模塊，單片機(jī)只需向LCD顯示模塊寫(xiě)入相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)就可顯示所需內(nèi)容[2]。它是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣既可以顯示數(shù)字又可以顯示出圖形字符。LCD1602有16條引腳，背光電源A(15腳)和地線K(16腳)顯示電路與AT89C52單片機(jī)的P0口連接，并連接上拉電阻。

圖5 LCD顯示電路

3 電子鐘軟件設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)的程序流程圖如圖6所示。電子鐘上電后從00:00:00開(kāi)始計(jì)時(shí)。在計(jì)時(shí)期間會(huì)判定是否有按鍵按下，如果沒(méi)有則繼續(xù)計(jì)時(shí)并且顯示。如果有鍵按下，清零鍵按下則將時(shí)間清零并顯示[3]。如果加和減按鍵按下則可配合移位按鍵調(diào)節(jié)時(shí)分秒。

時(shí)鐘計(jì)時(shí)時(shí)，定時(shí)器從0開(kāi)始，如果裝滿1秒則秒自動(dòng)加一并顯示。如果秒滿60次則分加一并顯示，如果分滿60次則時(shí)加1并顯示，如果時(shí)滿24次則清零，重新開(kāi)始計(jì)時(shí)。到每個(gè)整點(diǎn)時(shí)會(huì)觸發(fā)音頻電路報(bào)時(shí)。

圖6 主程序流程圖

4 Proteus仿真

Proteus軟件是一種混合電路仿真軟件，包括模電、數(shù)電和單片機(jī)及其外圍電路的仿真等[4]。根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電路在Proteus中畫(huà)出仿真電路圖如圖7所示。

圖7 仿真電路圖

仿真電路中通過(guò)按鍵可以分別調(diào)節(jié)時(shí)分秒及清零。計(jì)時(shí)到整點(diǎn)時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)。驗(yàn)證了電路設(shè)計(jì)的正確性。

5 結(jié)論

本文通過(guò)單片機(jī)編程及控制外圍電路設(shè)計(jì)了可以進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)并時(shí)間可調(diào)的電子時(shí)鐘。該設(shè)計(jì)的電子鐘結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低具有一定的實(shí)用性。并用Proteus軟件驗(yàn)證該設(shè)計(jì)的可行性。

[1] 黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

[2] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，1998.

[3] 郭天祥.51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[4] 周潤(rùn)景.Proteus入門(mén)實(shí)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

TheDesignandSimulationofElectronicClockBasedonSingleChipMicrocomputer

Zhang Ting

(BusinessCollegeofShanxiUniversity,TaiyuanShanxi030031,China)

Electronic clock is a kind of electronic equipment with practical application value and widely used in daily life. It generally consists of key circuit, display circuit and single chip microcomputer. In this paper, the application uses 51 kernel single-chip computer to design a electronic clock with the features of time adjustable, sound and light prompt time and simple operation, and Proteus simulation software is applied for simulation which tests the feasibility of this design.

single chip microcomputer; adjustable; electronic clock

2017-09-25

張 婷(1987- )，女，山西呂梁人，碩士，研究方向：信號(hào)處理及自動(dòng)控制。

1674- 4578(2017)06- 0014- 03

TP393

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