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。

五、结论

本次课设采用的是单片机的方法来进行，实验结果达到了预定的要求，LED达到了闪烁时间间隔不超过一秒的要求，手动复位等功能都以满足，可以说对于本次实验的目标要求已经达到。内容虽然繁多，但在此过程中我收获的却更多。通过这次数字钟的设计，我拜托了单纯的理论知识学习状态，能通过实际操作，在现实中完成一些书本上不能完成的东西，提高了我动手查阅资料，设计，等动手能力，完善了自我，锻炼了我的意志力，让我对接下来的毕业设计充满信心。

六、性价比

本次实验采用的是AT89C51单片机来制作LED时钟闪烁电路，本次实验方法简单，用到的电阻，电容，LED数码管导线等实验器件在网上都可以买到，大约30几块就能制作成功，相对于其他方法来说，用AT89C51单片机制作的LED闪烁时钟成本较为便宜，性价比高，比较适合适合。

七、课设体会

通过本次课程设计，我成功的完成了用AT89C51单片机制作LED闪烁时钟的设计，在此期间，我通过查质料，请教同学和老师，加上自己动手不仅学到了以前许多不会的知识，还增强了团队合作的意识，锻炼了自己动手实践的能力。课程设计本身就比较简单，课设中的每一步都是自己亲手经历所完成的，在以往没有注意到的问题在这次课设中都有所体现，通过解决他们培养了我专心，细心和耐心，为以后步入社会锻炼自己做好了铺垫。

本次是大学器件最后的一次课程设计，他对于我的意义非凡，从一开始我就很认真的参与到了课设的研究中，通过自己的努力以及同学的指导，我成功的完成了本次课设任务，也为大学课程设计画上了一个完美的句号。虽然在此过程中，也遇到了很多问题，比如电脑软件经常出错，经常在一个地方进入思想误区，好在在通过查阅资料和同学的帮助下，顺利的完成了任务。对于本次课题LED闪烁时钟电路的设计，我用AT89C51单片机很好的完成了他，没有辜负老师对我的期望，我要在以后的路程中，严格要求自己，加强对自己的锻练，完成自己的人生目标。

参考文献

[1] 李全利主编.单片机原理及应用技术[M]. 高等教育出版社, 2004年

[2] 王伟,李树荣. 基于8051单片机温度采集及无线发送[J]. 现代电子技术. 2011(01)

[3] 李正浩,姜宝钧,邓兴成. 51单片机在LED数码管显示中的应用[J]. 实验科学与技术. 2006(S1)

[4] 蓝厚荣. 单片机驱动LED数码管的方法[J]. 电气时代. 2008(04)

[5] 赵亮. 单片机从入门到精通系列讲座——数码管驱动方法[J]. 电子制作. 2008(4)

[6] 赵亮. 跟我学51单片机(二)——单片机内部定时/计数器和中断系统[J]. 电子制作. 2011(02)

[7] 刘凤格. MCS-51单片机的时钟电路[J]. 菏泽师范专科学校学报. 2003(02)

[8] 郭宏亮. PC机与AT89C51单片机的串行通信接口设计[J]. 平原大学学报. 2007(03)

[9] 黄亮. 基于AT89C51单片机的串口通信程序的设计[J]. 电子制作. 2006(07)

[10] 郭成林. AT89系列单片机与PC机之间的串行通信接口设计[J]. 山西电子技术. 2008(01)

八、程序

#include // 包含51单片机寄存器定义的头文件

sbit D1=P1^0; //将D1位定义为P2.0引脚

unsigned char Countor1; //设置全局变量，储存定时器T0中断次数

/**************************************************************

函数功能：主函数

**************************************************************/

void main(void)

{

EA=1; //开总中断

ET0=1; //定时器T0中断允许

TMOD=0x01; //使用定时器T0的模式2

TH0=(65536-50000)/256; //定时器T0的高8位赋初值

TL0=(65536-50000)%256; //定时器T0的高8位赋初值

TR0=1; //启动定时器T0

while(1)//无限循环等待中断

;

}

/**************************************************************

函数功能：定时器T0的中断服务程序

**************************************************************/

void Time0(void) interrupt 1 using 0 //“interrupt”声明函数为中断服务函数//其后的1为定时器T0的中断编号；0表示使用第0组工作寄存器

{

Countor1++; //Countor1自加1

if(Countor1==20)

{

D1=~D1; //按位取反操作，将P2.0引脚输出电平取反Countor1=0; //将Countor1清0，重新从0开始计数}

TH0=(65536-50000)/256; //定时器T0的高8位重新赋初值TL0=(65536-50000)%256; //定时器T0的高8位重新赋初值}

附录I 总电路图

附录II 元器件清单

序号编号名称型号数量

1 U1单片机AT89C51 1

2 R1 电阻10k欧姆 1

3 R2 电阻10k欧姆 1

4 R3 电阻10k欧姆 1

5 C1 电容30pF 1

6 C2 电容30pF 1

7 C3 电解电容1nF 1

8 D1 LED发光二级管1HZ 1

9 U2 非门 1

10 X1 晶振12M 1

11 B1 开关 1