一、 設(shè)計任務(wù)與要求
1、設(shè)計任務(wù)
用單片機設(shè)計一個數(shù)字電子鐘，采用LED 數(shù)碼管來顯示時間。
2、設(shè)計要求
（1）顯示格式為：XX：XX：XX， 即：時：分：秒。
（2）時間可采用12小時制顯示或24 小時制顯示，采用12 小時顯示時必須
在另外一個數(shù)碼管上顯示A（表示上午）或B（表示下午）。
（3）設(shè)置一個按鍵用于時間顯示方式的切換。
（4）系統(tǒng)上電后從上電時初始化顯示: 12-00-00開始計時。
（5）能進行時間的調(diào)整，可暫停時間的變動,暫停時一位數(shù)碼管上顯示字母H
可按自己的要求設(shè)置擴展的小鍵盤個數(shù)。
二、 方案設(shè)計與論證
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圖1 系統(tǒng)整體框圖
整個系統(tǒng)用單片機作為中央控制器，由單片機執(zhí)行采集芯片內(nèi)部時鐘信號，時鐘信號通過單片機I/O口傳給單片機，單片機模塊控制驅(qū)動模塊驅(qū)動顯示模塊，通過顯示模塊來實現(xiàn)信號的輸出、LED的顯示及相關(guān)的控制功能。系統(tǒng)設(shè)有按鍵模塊用于對時間進行調(diào)整及擴展多個小鍵盤，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。
1、單片機芯片選擇方案
方案一：AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器。主要性能有：與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容、全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz、 三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數(shù)器、八個中斷源、全雙工UART串行通道、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識符、易編程。
方案二：AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。主要性能有：兼容MCS51指令系統(tǒng)、32個雙向I/O口、256x8bit內(nèi)部RAM、3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷、時鐘頻率0-24MHz、2個串行中斷、可編程UART串行通道、2個外部中斷源、6個中斷源、2個讀寫中斷口線、3級加密位、低功耗空閑和掉電模式、軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。
從單片機芯片主要性能角度出發(fā)，本數(shù)字電子鐘單片機芯片選擇設(shè)計采用方案一。
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，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8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時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，靜態(tài)顯示所需的I/O口數(shù)較大，造成資源的浪費。
方案二：動態(tài)顯示。動態(tài)顯示，即各位數(shù)碼管輪流點亮，對于顯示器各位數(shù)碼管，每隔一段延時時間循環(huán)點亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，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、點亮?xí)r間及間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整參數(shù)可以實現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動態(tài)顯示節(jié)省了I/O口，降低了能耗。
從節(jié)省單片機芯片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)計采用方案二。
3、數(shù)碼管驅(qū)動選擇方案
方案一：上拉電阻驅(qū)動方式。數(shù)碼管段碼與接有上拉電阻的單片機芯片I/O口相連，通過編程，單片機芯片即控制段碼電平的高低。該方式經(jīng)費低，但實物制作較復(fù)雜。
方案二：74LS245芯片驅(qū)動方式。數(shù)碼管段碼與74LS245芯片B口相連，74LS245芯片A口與單片機芯片I/O口，通過編程，單片機芯片即可控制段碼電平的高低。該方式實物制作簡單，增強驅(qū)動數(shù)碼管段碼能力。
從實物制作簡易程度與驅(qū)動數(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)動選擇設(shè)計采用方案二。
三、 硬件單元電路設(shè)計與參數(shù)計算
1、電源電路
本數(shù)字電子鐘設(shè)計所需電源電壓為直流、電壓值大小5V的電壓源 。從硬件實物設(shè)計簡易程度與經(jīng)費方面考慮，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到硬件設(shè)計要求。即本數(shù)字電子鐘設(shè)計用兩節(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)計所需按鍵用于進行顯示時間的調(diào)整與設(shè)置擴展的小鍵盤。
單片機芯片4個I/O口可與按鍵直接相連，通過編程，單片機芯片即可控制按鍵接口電平的高低，即按鍵的開與關(guān)，以達到用按鍵進行顯示時間的調(diào)整與設(shè)置擴展的小鍵盤的設(shè)計要求。
3、時鐘電路
單片機芯片可使用內(nèi)部時鐘電路和外部時鐘電路兩種方式產(chǎn)生電路所需的時鐘脈沖，內(nèi)部時鐘電路實現(xiàn)可用石英晶體和微調(diào)電容外接即可達到，外部時鐘電路實現(xiàn)需要一個外部脈沖源引入脈沖信號以保證個單片機之間時鐘信號的同步。從硬件實現(xiàn)難易角度考慮，內(nèi)部時鐘電路的實現(xiàn)比外部時鐘電路的實現(xiàn)更簡易。既本數(shù)字電子鐘設(shè)計所需的時鐘源采用內(nèi)部時鐘電路實現(xiàn)。所用定時方式為工作方式1，石英晶振為12M，即最小定時時間為1us，最大定時時間約為65.5ms，其電路圖如下圖2所示。
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圖2 時鐘電路圖
4、驅(qū)動電路
從實物制作簡易程度與驅(qū)動數(shù)碼管段碼能力角度出發(fā)，本數(shù)字電子鐘設(shè)計采用數(shù)碼管段碼與74LS245芯片B口相連，74LS245芯片A口與單片機芯片I/O口，通過編程，單片機芯片即可控制段碼電平的高低的方式實現(xiàn)數(shù)碼管段碼控制，74LS245芯片圖如下圖3所示。
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圖3 74LS245芯片圖
5、LED顯示電路
數(shù)字電子鐘設(shè)計的顯示模塊用8個一位數(shù)碼管實現(xiàn)，也可用兩個四位一體數(shù)碼管實現(xiàn)。兩種實現(xiàn)方式實現(xiàn)效果一樣。從實物制作的難易程度出，本數(shù)字電子鐘設(shè)計采用兩個四位一體數(shù)碼管實現(xiàn)。即數(shù)碼管引腳與單片機芯片和74LS245對應(yīng)引腳相連接。
單片機電路
本數(shù)字電子鐘設(shè)計采用AT89S52單片機芯片作為中央控制器，實現(xiàn)信號的輸出、LED的顯示及相關(guān)的控制功能。
四、 軟件設(shè)計與流程圖
1、數(shù)字電子時鐘主程序流程圖
主程序流程圖如下圖圖4所示。
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圖4 數(shù)字電子時鐘主程序流程圖
2、中斷服務(wù)程序流程圖
中斷服務(wù)程序流程圖如下圖圖5所示。
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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
