时钟电路的设计

一、概述

本次设计以AT89C51单片机芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了一个简易的电子时钟并且利用单片机自身的定时计数器，使LED 按照一定的时间间隔闪烁，闪烁时间间隔不小于1秒。在硬件方面，除了CPU 外，使用七段数码管来进行动态扫描。通过数码管能够比较准确显示时，分，LED 一闪一灭显示秒，设计方面采用C 语言编程，整个电子时钟能完成时间的显示，手动复位等功能。本系统是基于AT89C51单片机设计的一个具有显示的数字实时时钟的发光二极管，该系统同事具有硬件设计简单，工作稳定性高，价格低廉等优点。数字单片机的技术进步反应在内部结构，功率消耗，外部电压等级以及制造工艺上。

二、方案论证

利用单片机自身的定时计数器，使LED 发光二极管按照一定的时间间隔闪烁，闪烁时间间隔不小于1秒。 方案一：

采用AT89C51单片机来做LED 时间闪烁电路，其方案原理框图如下图1所示。

图1 打片机控制设计时钟电路的原理框图

方案二：

采用电子电路装置安装，其原理框图如下图2所示。

图2 电子电路控制设计时钟电路原理图

时钟电路

A T89C51 单片机 复位电路

按键控制电路

LED 显示电路

直流5V 电源电路

振荡电路

控制电路

计数器

译码器

LED 显示电路

本设计采用的是方案一，AT89C51单片机构成的数码管显示时钟，硬件设计简单，工作稳定性高，性价比高比较合适。

三、电路设计

1.程序流程图

程序总体结构示意流程图如下图3所示。程序从开始运行，设计要求为1秒的闪烁间隔，内容包括了开关中断子程序，以及总体流程。

Y

N

N

Y

图3 程序总体结构示意图

2.复位电路

AT89C51的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，复位电路主要是确定

开始

开关中断 Countor1++（自加1）

Counror1==20 D1=~D1（按位取反操作）

TH0=(65536-50000)/256（重新赋初值）

P1~0口状态改变

单片机的起始状态，完成单片机的启动过程，本实验主要采用手动按键复位方式，该复位方式同样具有自动复位功能.

当MCS-51单片机的复位引脚RST出现两个周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果单片机持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据要求，复位方式一般有两种形式，上电复位和开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作，如下图4所示。

图4 手动复位示意图

3.时钟电路

本实验采用的是单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个X1为12M的晶振和2个30pF微调电容构成的稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接进入内部的时钟电路。时钟电路示意图如下图5所示。

图5 时钟电路示意图

4.按键控制电路

按键控制电路是由一个开关构成的，它接在单片机AT89C51的R1与R2之间，控制着LED灯的闪烁。当按下开关时，LED灯开始闪烁，闭合时则停止闪烁。

5.LED显示电路

LED显示电路是由一个发光二极管（D1），一个电阻（R3)，一个(U2)非门组成的电路。是由发光二极管和电阻串联而构成，把它接在相应的端口P1.0上，通过C语言编程来完成二极管的闪烁，达到实验目的，LED显示电路如下图6所示。

图6 LED显示电路示意图

四、性能的测试

1.直流稳压电源的测试

对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是整个系统提供电源供电模块，电源电路的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。本实验的供电电压为5V，采用10K欧姆的电阻情况下，实现实验要求一秒闪烁间隔，测出实验数据如下表1所示。

表1 直流稳压电路测试数据表

R值(kΩ)C值(pF) 频率（Hz）周期(s)

10 30 1 1

当电阻取不同的阻值时，LED发光二极管闪烁间隔并没有改变，所以在电阻阻值允许的范围内，取不同的阻值，实验结果无变化，本实验达到了设计要求。

2.仿真测试

本系统的测试是在KEIL里面写好的程序通过编译不能出现任何错误后，将生成后改为.HEX的文件加载到单片机AT89C51中，然后再PROTEUS中打开，进行仿真测试，下面是PROTEUS软件仿真中的测试结果如下表2所示。

表2 PROTEUS软件仿真测试表

序号测试项目测试方法测试结果行状态分析

1 是否能正常工作打开仿真电路图，加载

程序，点击运行无任何错

误提示

仿真电路正常

2 是否具有复位，按

要求闪烁的功能运行仿真，观察LED的

变化，并按开关复位看

能否成功

能成功复

位，并且二

极管进行

闪烁

本实验实现了LED的闪烁

时间不小于1秒

3.发光二极管的检测

用万用表检测。利用具有×10kΩ挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。正常时，二极管正向电阻阻值为几十至200kΩ,反向电阻的值为∝。如果正向电阻值为0或为∞，反向电阻值很小或为0，则易损坏。这种检测方法，不能实地看到发光管的发光情况，因为×10kΩ挡不能向LED提供较大正向电流。

如果有两块指针万用表（最好同型号）可以较好地检查发光二极管的发光情况。用一根导线将其中一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接。余下的“-”笔接被测发光管的正极（P区），余下的“+”笔接被测发光管的负极（N区）。两块万用表均置×10Ω挡。正常情况下，接通后就能正常发光。若亮度很低，甚至不发光，可将两块万用表均拨至×1Ω若，若仍很暗，甚至不发光，则说明该发光二极管性能不良或损坏。应注意，不能一开始测量就将两块万用表置于×1Ω，以免电流过大，损坏发光二极管。

4.电路整体性能测试

实验采用AT89C51来完成，在PROTEUS中进行仿真测试，点击运行，LED发光二级管如果能按照要求进行闪烁，并且开关具有手动复位的功能，说明实验达到预期效果，则实验成功。否则则说明实验未能成功，需要进行改进，其电路的整体运行程序示意图如附录I总电路图所示。