【正文】 生姓名 王 愛(ài) 鋒 專業(yè)班級(jí) 08 級(jí)電子信息工程技術(shù)一班 學(xué) 號(hào) 0 8 1 0 3 1 8 2 系 別 機(jī) 電 工 程 系 指導(dǎo)教師 (職稱 ) 趙文麗（講師） 完成時(shí)間 2022 年 4 月 15 日 電 子 時(shí) 鐘 的 設(shè) 計(jì) 與 制 作 摘 要 基于 51 單片機(jī)可校時(shí)數(shù)字時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)計(jì) 算機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)。（ SingleChip Microputer ）是集 CPU ,RAM ,ROM ,計(jì)數(shù)和多種接口于一體的微控制器。而數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用 LED顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有時(shí)，分，秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對(duì)，片選的靈活性好。與傳統(tǒng)機(jī)械表相比，它具有走時(shí)精確 ,顯示直觀等特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)由單片機(jī) AT89S51芯片和 LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個(gè)單片機(jī)數(shù)字時(shí)鐘。 而通常通過(guò)單片機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘有 2 種方法：一是通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器計(jì)數(shù)器。通常用于對(duì)時(shí)間精度要求不高的場(chǎng)合。硬件成本較高，軟件編程簡(jiǎn)單，通常對(duì)時(shí)鐘精確度要求較高的場(chǎng)合。 74LS245 的工作原理和方法，LED 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。數(shù)字時(shí)鐘的系統(tǒng)軟件程序、有：由主程序和子程序組成，主程序包含初始化參數(shù)設(shè)置，按鍵處理，數(shù)碼管顯示模塊。在主程序調(diào)用，由于定時(shí)器計(jì)數(shù)器采用中斷方式處理，因此還用辨析定時(shí)器，中斷服務(wù)子程序，在定時(shí)器，計(jì)數(shù)器中斷服務(wù)子程序中對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整。 AT89S51具有如下特點(diǎn)： 40個(gè)引腳， 4k B Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2層中斷嵌套中斷， 2個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè) 全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷 系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 主要功能特性： 4 KB可反復(fù)擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 時(shí)鐘頻率 033MHz 128x8bit 內(nèi)部 RAM 低功耗空閑和省電模式 3 級(jí)加密位 軟件設(shè)置空閑和省電功能 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 89S51是 MCS51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代 電 子 時(shí) 鐘 的 設(shè) 計(jì) 與 制 作 3 表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 . 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）： 89S51 內(nèi)部有 128 個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，擁護(hù)只能訪問(wèn)，而不能用于存放蠅虎數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶 定義 的字型表。 2. 定時(shí) /計(jì)數(shù)器（ ROM）： 89S51 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)、計(jì)算器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 4. 全雙工串行口： 89S51 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 6. 時(shí)鐘電路： 8051 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHZ 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但 8951 單片機(jī)需外置振蕩電容。 INTEL 的 AT89S51 系列單片機(jī)采用的是哈弗結(jié)構(gòu)的形式，而后 續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96 系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明： 電 子 時(shí) 鐘 的 設(shè) 計(jì) 與 制 作 5 圖二 . Pin9： RESET/Vpd 復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳： 當(dāng) 8951 通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)小 時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。 RESET 由高電平下降為底電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開(kāi)始執(zhí)行程序。 8951 的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，此外 RESET/Vpd 還是一復(fù)用腳， Vcc 掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)步丟失。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 端將由一個(gè) 1/6 的時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)脈沖信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。如果單片機(jī)時(shí) EPROM，在編程期間， PROG 將用于輸入編程脈沖。如 EA 為低電平，則部管地址大小，一律 讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。在編程時(shí)， EA/Vpp 腳還需加上 21V 的編程電壓。而 51 單片機(jī)時(shí)個(gè)單片機(jī)中最為典型和最由代表的一種。 電 子 時(shí) 鐘 的 設(shè) 計(jì) 與 制 作 7 2 驅(qū)動(dòng)器 74LS245 簡(jiǎn)介： 1. 74LS245 是我我們常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 或者其它的設(shè)備，它是 8 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。 3. 當(dāng)片選端低電平有效時(shí)， DIR=0，信號(hào)由 B 向 A 傳輸：（接收） .DIR=1,信號(hào)由向 B 傳輸：（發(fā)送）當(dāng)片為高電平時(shí)， A、 B 均為高阻態(tài)。 P0 口與 74LS245 輸入端相連 /E 端接地，保證數(shù)據(jù)暢通。 圖三 電 子 時(shí) 鐘 的 設(shè) 計(jì) 與 制 作 8 3 LED 數(shù)碼管簡(jiǎn)介 LED 數(shù)碼管顯示器結(jié)構(gòu)與原理 單片機(jī)中通常用七段 LED 構(gòu)成字型 “8”，另外，還有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二極管以顯示小數(shù)位！這種顯示器有共陰和共陽(yáng)兩種！發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的（公共端）稱為共陽(yáng)極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。當(dāng)在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆畫即亮；不加電壓則暗。 共陰極 7 段 LED 顯示數(shù)字 0 ~ F、文字、符號(hào)及小數(shù)點(diǎn)的編碼（ a 段為最地位，dp 點(diǎn)為最高位） 共陰極 7 段 LED 顯示字型編碼表 顯示字符 共陰極段選碼 顯示字符 共陰極段選碼 0 3FH 5 6DH 1 06H 6 7DH 2 5BH 7 07H 3 4FH 8 7FH 4 66H 9 6FH 滅 00H 表一 LED 顯示器接口及顯示方式 LED 顯示器有靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式兩種。 LED 顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極接地；若為共陽(yáng)極則接 +5V 電源。正因?yàn)槿绱耍o態(tài)顯 電 子 時(shí) 鐘 的 設(shè) 計(jì) 與 制 作 9 示器的亮度較高。因此，在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法流點(diǎn)亮各位 LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。如此輪流，使每位分時(shí)顯示該位應(yīng)顯示字符。而共陰（共陽(yáng)）極公共端分別由相應(yīng)的 I/O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。這種方式稱為軟件掃描方式。 . 數(shù)碼管使用條件： 1. 段及小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻 2. 使用電壓：段：根據(jù)發(fā) 光顏色決定； 小數(shù)點(diǎn)：根據(jù)發(fā)光顏色決定 電 子 時(shí) 鐘 的 設(shè) 計(jì) 與 制 作 10 3. 使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；動(dòng)態(tài)：平均電流 45mA 峰值電流 100mA。 電 子 時(shí) 鐘 的 設(shè) 計(jì) 與 制 作 11 4 相關(guān)硬件的其他元器件的簡(jiǎn)介 晶體振蕩器簡(jiǎn)介 圖五 石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，被廣泛應(yīng)用于彩電、計(jì)算機(jī)、遙控器等各類振蕩電路中，以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。目前發(fā)展中的還有數(shù)字補(bǔ)償式晶體損振蕩（ DCXO）微機(jī)補(bǔ)償晶體振蕩器（ MCXO）等等。 2. 時(shí)鐘脈沖用石英晶體諧振器，與其它元件配合產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，廣泛用于數(shù)字 電路中。 電 子 時(shí) 鐘 的 設(shè) 計(jì) 與 制 作 12 4. CTVVTR 用石英晶體諧振器。 電子電容器的標(biāo)識(shí) . 電容器標(biāo)識(shí)的方法： 1. 直標(biāo)法 將電容器的容量、耐壓及誤差直接標(biāo)注在電容器的外殼上，其中誤差一般用字母來(lái)表示。 5%）和 K（177。例如： 47nJ100 表示容量為 47nF 或 F，誤差為177。 當(dāng)電容器所標(biāo)容量沒(méi)有單位時(shí)，在讀其容量時(shí)可按如下原則： A. 容量在 1104 之間時(shí)，讀作皮法。 B. 容量大于 104 時(shí)，讀作微法。 2. 數(shù)碼法 用三位數(shù)字來(lái)表示容量的大小，單位為 pF。例如：333 表示 33000pF 或 F； 229 表示 。 除了以上表示方法外，電容的容量還有其他表示方法。 電容的種類也很多，為 了區(qū)別開(kāi)來(lái)，也常用幾個(gè)拉丁字母來(lái)標(biāo)識(shí)電容器的類別 和容量標(biāo)識(shí)。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，大于 100pF 而小于 1uF 的電容常常不注單位。例如， 3300 就是 3300pF也可以是 332， 就是 等。 電容在電路中實(shí)際要承受的電壓不能超過(guò)它的耐壓值。使用電解電容的時(shí)候，還要注意正負(fù)極不要接反?？窕芈房梢赃x用云母、高頻陶瓷電容，隔直流可以選用紙介、滌綸、云母、電解、陶瓷等電容，濾波可以選用電解電容，旁路可以選用滌綸、紙介、陶瓷、電解等電容。安裝的時(shí)候，要使電容的標(biāo)識(shí)、類別、容量、耐壓等。 177。 177。 177。 177。 10 177。 30 +20 10 +80 20 電阻的選用簡(jiǎn)介 電阻器 (resistor): 是 用導(dǎo)體制成具有一定阻值的元件 .電阻是導(dǎo)體的一種基本性質(zhì) ,與導(dǎo)體的尺寸、材料、溫度有關(guān) . . 作用 : 主要職能就是阻礙電流流過(guò) ,應(yīng)用于限流、分流、降壓、分壓、負(fù)載與電容配合作濾波器及阻匹配等 .數(shù)字電路的輸出端經(jīng)常要使用“上拉”電阻和“下拉”電阻。 我們知道，數(shù)字電路的輸出端一般都是三極管的集電極或場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，也可能是三極管的發(fā)射極或場(chǎng)效應(yīng)管的源極，為了增加使用上的靈活性，其輸出端是開(kāi)路的 (這就是所謂的 OC或 OE輸出端 ),可直接驅(qū)動(dòng)電阻性負(fù)載 (可用多個(gè)電阻分壓，以便得到期望的信號(hào)幅度 )，驅(qū)動(dòng) LED顯示器更是其獨(dú)特的功能。 (請(qǐng)思考為什么 )共陰接法要用 OC端驅(qū)動(dòng)，而共陽(yáng)接法要用 OE端驅(qū)動(dòng)。 例如 ：負(fù)載阻抗是 10K，供電電壓是 5V，如果要求高電平不小于 ，那么，上拉電阻最大值 R大 :()=10:5 ， R大 =1K ， 也就是最大值 1k，（如果超過(guò)了 1k，輸出的高電平就小于 ） 最小值的計(jì)算原則：保證不超過(guò)管子的額定電流（如果不是場(chǎng)效應(yīng)管而是三極管也可依照飽和電流來(lái)計(jì)算） 例：管子的額定電流 150mA，放大倍數(shù) 100，基極限流電阻 10k，工作在 5v的系統(tǒng)中。 上拉電阻最小值 R小＝ 5v/47mA=106 歐姆 （如果小于這個(gè)電阻，管子就會(huì)過(guò)飽和而沒(méi)有意義了。但是，如果負(fù)載電流較大，低電平要求嚴(yán)格，那么就要選 100歐姆的上拉電阻。 電 子 時(shí) 鐘 的 設(shè) 計(jì) 與 制 作 15 5 電路 制作 原理 制作 分析 通常通過(guò)單片機(jī)設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘由 2 種方 法：一時(shí)通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器。系統(tǒng)的功能強(qiáng)大，功能步見(jiàn)集成在芯片內(nèi)需，自動(dòng)產(chǎn)生時(shí)鐘等相關(guān)功能。通常對(duì)時(shí)鐘精確度要求較高的場(chǎng)合。在設(shè)計(jì)時(shí)候、各個(gè)模塊都采用自程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由定時(shí)器，計(jì)數(shù)器采用中斷方式處理，因此還用辨析定時(shí)器，中斷服務(wù)子程序，在定時(shí)器，計(jì)數(shù)器中斷服務(wù)子程序中對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整。 電 子 時(shí) 鐘 的 設(shè) 計(jì) 與 制 作 16 圖六 子程序流程圖： 開(kāi)始 T0、方式 1 設(shè)為 16 位計(jì)數(shù)器模式 允許 T0 中斷，設(shè) 中斷次數(shù)位 10 次 清零計(jì)時(shí)單元 開(kāi)中斷 啟動(dòng) T0 調(diào)用顯示子程序 電