【導讀】MODE鍵按下即時退出時間調整模式并進入正常顯示模式。整個電路主要由如下圖所示5部分構成。通過單片機其他的I/O口實時地輸出到顯示模塊，最終使時鐘信息得到顯示。DOWN四個按鍵對其進行實時調整；利用時鐘芯片計時更為便捷和精確。由于本次設計沒有對精確性進行詳細的。時要考慮它的顯示效果、可行性、易用性和經濟性。需外接線的數量合理地選取和分配STC89C52RC的I/O口。電源主要用于對單片機、時鐘芯片和顯示器件進行供電。

　　

【正文】 路 晶振電路的作用是 結合單片機內部的電路，產生單片機 工作 所必須的時鐘頻率， 并以此為基礎執(zhí)行 單片機的一切指令，晶振提供的時鐘頻率越高， 單片機的運行速度也就越快。本次設計的晶振電路為圖 25 單片機 1 19 端口所連接的電路，晶振 XTAL1 與 C C5構成并聯諧振電路使得晶振發(fā)出的時鐘脈沖更平穩(wěn)與協調， C C5 作為微調電容能讓電路更容易 起振。根據 STC 公司芯片手冊要求晶振大小為 2~25MHz， C C2 不大于 47pF即可，所以本次設計中選擇常見的 12MHz 插針式晶振和 30pF 插針式電容。 （ 2）復位電路 復位 電路 的 作用 是 使 CPU 保持 一段時間的 復位狀態(tài)，而不是一上電或剛復位完畢就工作，防止 CPU 發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。 復位條件為 當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個高電平并維持 2 個機器周期 (24 個振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應并將系統(tǒng)復位 。 本次設計采用手動按鍵復位，即 在 RST 端和正電 源 Vcc 之間接一個按鈕 （ 如圖 25）， 當人為按下按鈕時， Vcc 的 +5V 電平就會直接加到 RST 端 ， 由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數十毫秒，所以，完全華北水利水電學院本科生畢業(yè)設計 —— 基于 STC89C52RC 的電子時鐘設計 ~ 17 ~ 能夠滿足復位的時間要求。 而且 由于電容 C6 的充電和反相 的作用，按下復位鍵 K 后松 開，也能使 RST 保持 一段時間的高電平，從而 更好的 實現 復位的操作。 電阻 R1 接地用于給電容 C6 充電。 本電路為典型的手動復位電路，元件參數 參考 STC 公司用戶手冊， R1選擇 10KΩ插針式電阻， C6 選擇 10μ F 插針式極性電容，由于 STC89C52RC 的 RESET 引腳 內部已有 45K~100K 的下拉電阻，所以 R2 不宜過大 ，本次選擇常見的 430Ω插針式電阻。 圖 25 主控模塊電路圖 DS1302 時鐘模塊 DS1302 的主要作用就是為系統(tǒng)提供精確的年、月、日、星期、時、分、秒數據， 與單片機 相連采用簡單的 同步串行的方式進行通信， 連接單片機 僅需三根 I/O線：復位（ RST ）、I/O 數據線、串行時鐘（ SCLK）。 該模塊具體電路設計如圖 26 所示： 根據 DS1302 用戶手冊要求，晶振 XTAL2 大小選擇 ，經濟因素考慮選用插針式晶振 ； 主電源接 Vcc2 外接 +5V 電源； 備用電源 Vcc2，可以用電池或者超級電容器 (以上 )， 如果斷電時間較短 (幾小時或幾天 )時，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。華北水利水電學院本科生畢業(yè)設計 —— 基于 STC89C52RC 的電子時鐘設計 ~ 18 ~ 考慮到本次設計的實際情況 （ 9V 電池長久供電）所以不使用備用電源， C1 作為電源的濾波電容，采用功耗較小的 10μ F 插針式電解電容 。 圖 26 DS1302 時鐘模塊電路 LCD1602 液晶顯示模塊 LCD1602 液晶顯示模塊的電路設計如圖 27 所示：背光陰極（ BLK）接地；背光陽極（ BLA）通過一個限流電阻 R3 連接 +5V電源； D0~D7 數據總線對應連接單片機的 ~口，因為 P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ，所以 D0~D7 不用連接上拉電阻；使能信號端（ E）連接單片機 口；讀 /寫選擇端（ R/W）連接單片機的 口；數據 /命令選擇端（ RS）連接單片機的 口；液晶顯示偏差信號端（ VL）串聯一個變阻器 R4 后接地，用于調節(jié)液晶顯示的對比度； VDD 連接+5V 電源； VSS 連接電源地。其中R3 為背光限流電阻，大小均可，它只和背光的亮度有關，不影響 1602顯示和正常工作，為便于統(tǒng)一購買，我選擇 430Ω的插針 式電阻； R4 用于調節(jié) 1602 的字符顯示對比度，根據 1602 液晶說明書上的建議選擇常見的 10KΩ旋轉插針式變阻器。 圖 27 LCD1602 液晶顯示模塊的電路 華北水利水電學院本科生畢業(yè)設計 —— 基于 STC89C52RC 的電子時鐘設計 ~ 19 ~ 按鍵模塊 本次設計采用獨立式按鍵，所以按鍵電路相對比較簡單，如圖 28 所示： SET 鍵連接單片機 口； MODE 鍵連接單片機 口； UP 鍵連接單片機 口； DOWN鍵連接 口。每個 按鍵單獨占用一根 I/O 口線，每個按鍵的工作不會影響其它 I/O 口線的狀態(tài)。如某一根 I/O 口線輸入為低電平，則可確認該 I/O 口線所對應的按鍵已按下，然后，再轉向該鍵的功能處理程序。 圖 28 按鍵模塊電路 電源模塊 圖 29 所示為 電源模塊電路的原理圖。 本電源電路 可分成兩大部分： 穩(wěn)壓部分 和 濾波部分。 J1 連接 9V 的直流高性能碳性電池， 直流 9V 電壓作為 7805 穩(wěn)壓芯片 的輸入電壓，輸出 +5V 電壓。圖中 C7 為濾波電容， 理論上說電 源濾波用電容越大越好 ，但考慮到電容越大，體積也越大，本次選用 1000μ F/25V 大小適中的有極性電容。 C8 主要 用以 提高電壓穩(wěn)定性， 改善負載的瞬態(tài)響應，消除電路的高頻噪聲， 所以選擇相對較小的電容，使用 220μ F/16V 規(guī)格的。由于本次設計所需輸出電流不大，所以 7805 不用再外加散熱板。 圖 29 電源模塊電路 系統(tǒng)整體電路的設計 電子線路原理圖設計 電路原理圖的設計主要是利用 Protel99SE 的原理圖設計系統(tǒng)來繪制一張電路原理圖，它是整個電路設計的基礎。在這一過程中，要充分利用 Protel 99SE 所提供的各種繪圖工具華北水利水電學院本科生畢業(yè)設計 —— 基于 STC89C52RC 的電子時鐘設計 ~ 20 ~ 和各種編輯功能。其 主要 設計流程 如下： （ 1）啟動 Protel 99SE 電路原理圖編輯器 。 單擊 Windows 任務欄的“開始”圖標，在“程序”菜單中選擇 Protel 99SE 命令，便啟動了 Potel 99SE。 （ 2） 設置電路圖紙尺寸以及版面 。 根據實際要求 設置圖紙的尺寸、方向、網格大小以及標題欄等。 （ 3） 在圖紙上放置設計需要的元器件 。 用戶根據實際電路的需要，從元器件庫里取出所需元器件放置到工作平面上，并對元器件的位置進行調整、修改。 （ 4） 對所放置的元器件進行布局布線 。 將工作平面上的器件用有電氣意義的導線、符號連接起來，構成一個完整的電路原理圖。 （ 5） 對布局布線后的元器件進行調整 。 為了保證原理圖的美觀和正確，就需要對元件位置進行重新調整。導線位置進行刪除、移動、更改圖形尺寸、屬性及排列等。 （ 6） 保存文檔并打印輸出 。 將設計的電路原理圖進行存盤或通過打印機打印出來 。 原理圖設計規(guī)范主要有以下三條： （ 1）一般規(guī)則和要求 。 ○ 1 按統(tǒng)一的要求選擇圖紙幅面、圖框格式、電路圖中的圖形符號和 文字符號 。 ○ 2 根據該產品的工作原理，將各元器件 自左向右、自上而下排列整齊。 ○ 3 安排圖面時，電源部分一般安排在左下方， 輸入端在左側，輸出端在右 側 。 ○ 4 圖中狀態(tài)可變的元器件 (如繼電器 )的工作狀態(tài)，原則上的處于斷開、不加電的工作位置 。 ○ 5 將所有芯片的電源和地引腳全部利用 。 （ 2） 信號完整性及電磁兼容考慮 。 ○ 1 對輸入 /輸出的信號要加相應的濾波 /吸收器件，必要時加瞬變電壓吸收二極管或壓敏電阻 。 ○ 2 在高頻信號輸入端串聯電阻 華北水利水電學院本科生畢業(yè)設計 —— 基于 STC89C52RC 的電子時鐘設計 ~ 21 ~ ○ 3 高頻區(qū)的去耦電容要選低 ESR(等效串聯電阻 )的電解電容或鉭電容 。 ○ 4 去耦電容應在滿足紋波要求的條件下選擇較小融值的電容，以提高其諧振頻率點 。 ○ 5 各芯片的電源都要加去耦電容，同一芯片中各模塊的電源分別加去耦電容，若為高頻則要在靠近電源端加磁珠 /電感 。 （ 3） PCB 完成 后原理圖與 PCB 的對應 。 ○ 1 對 PCB 分布參數敏感的元器件 (如濾波電容、高頻濾波的磁珠 /電感等 )的標稱值進行核對、優(yōu)化，若有變更應及時更新原理圖和 BOM。 ○ 2 在 PCB Layout 重排標號信息后應及時更新原理圖和 BOM。 ○ 3 生成的 BOM 文件中，元器件明細表中不允許出現無型號的元器件。相同元器件不允許采用不同的表示方法。 在本次原理圖設計中，要適當地結合了本次電路設計的實際情況，盡可能的遵守了該原理圖設計規(guī)范，最終設計完 成的原理圖見圖 210。 圖 210 系統(tǒng)整體電路原理圖 華北水利水電學院本科生畢業(yè)設計 —— 基于 STC89C52RC 的電子時鐘設計 ~ 22 ~ 電子線路 PCB 布置圖設計 本 PCB 圖的設計主要是利用 Protel99SE 軟件在 原理圖 繪制完成的基礎上繪制而成。PCB 設計步驟為： （ 1）電路版設計的先期工作 利用已經設計好的原理圖生成對應的網絡表，并根據實際情況手工更改網絡表，將一些元件的固定用腳等原理圖上沒有的焊盤定義到與它相通的網絡上，將一些原理圖和 PCB封裝庫中引腳名稱不一致的器件引腳名稱改成和 PCB 封裝庫中的一致，特別是二、三極管等。 （ 2）畫出自己需要但標準器件封 裝庫沒有的元件封裝。如本次設計的按鍵。 （ 3）設置 PCB 設計環(huán)境，規(guī)劃電路板。 （ 4）打開所有要用到的 PCB 庫文件后，調入網絡表文件和自建零件封裝。 （ 5）布置零件封裝的位置。 先自動布局，然后再根據需要手動調整元件位置。應當注意的是零件布局時，應當從機械結構散熱、電磁干擾、將來布線的方便性等方面綜合考慮。先布置與機械尺寸有關的器件，并鎖定這些器件，然后是大的占位置的器件和電路的核心元件，再是外圍的小元件。放好后用 VIEW3D 功能察看一下實際效果，沒問題的話存盤。 （ 6）布線規(guī)則設置。 布線規(guī)則 是設置布線的各個規(guī)范（象使用層面、各組線寬、過孔間距、布線的拓樸結構等部分規(guī)則，選 DesignRules 一般需要重新設置以下幾點 : ○ 1 安全間距 (Routing 標簽的 Clearance Constraint)。它規(guī)定了板上不同網絡的走線焊盤過孔等之間必須保持的距離。 ○ 2 走線層面和方向（ Routing 標簽的 Routing Layers）。此處可設置使用的走線層和每層的主要走線方向。 ○ 3 過孔形狀（ Routing 標簽的 Routing Via Style）。它規(guī)定了手工和自動布線時自動產生的過孔的內、外徑，均分為最小、最大和首選值，其中首選值是最重要的。 ○ 4 走線線寬（ Routing 標簽的 Width Constraint）。它規(guī)定了手工和自動布線時走線的寬度。 ○ 5 敷銅連接形狀的設置（ Manufacturing 標簽的 Polygon Connect Style）。建議用 Relief 華北水利水電學院本科生畢業(yè)設計 —— 基于 STC89C52RC 的電子時鐘設計 ~ 23 ~ Connect 方式導線寬度 Conductor Width 取 4 根導線 45 或 90 度。 ○ 6 其余各項一般可用它原先的缺省值，而象布線的拓樸結構、電源層的間距和連接形狀匹配的網絡長度等項可根據需要設置。 （ 7）自動布線和手工調整 ○ 1 點擊菜單命令 Auto Route/Setup 對自動布線功能進行設置。選中除了 Add Testpoints 以外的所有項，特別是選中其中的 Lock All PreRoute 選項， Routing Grid 可選 1mil 等。自動布線開始前 PROTEL 會給你一個推薦值可不去理它或改為它的推 薦值，此值越小板越容易 100%布通，但布線難度和所花時間越大。 ○ 2 點擊菜單命令 Auto Route/All 開始自動布線。假如不能完全布通則可手工繼續(xù)完成或 UNDO 一次（千萬不要用撤消全部布線功能，它會刪除所有的預布線和自由焊盤、過孔）后調整一下布局或布線規(guī)則，再重新布線。完成后做一次 DRC，有錯則改正。布局和布線過程中，若發(fā)現原理圖有錯則應及時更新原理圖和網絡表，手工更改網絡表（同第一步），并重裝網絡表后再布。 ○ 3 對布線進行手工初步調整。需加粗 的地線、電源線、功率輸出線等加粗，某幾根繞得太多的線重布一下，消除部分不必要的過孔，再次用 VIEW3D 功能察看實際效果。手工調整中可選 ToolsDensity Map 查看布線密度，紅色為最密，黃色次之，綠色為較松，看完后可按鍵盤上的 End 鍵刷新屏幕。紅色部分一般應將走線調整得松一些，直到變成黃色或綠色。