智能单片机万年历时钟电路

一、设计任务及要求：

本设计准备实现的功能：

(1) 显示公历日期功能（年、月、日、星期）。

(2) 可通过按键切换年、月、日、星期的显示状态。

(3) 可随时调校年、月、日及星期。

(4) 可每次增减一进行时间调节。

(5) 可动态完整显示年份，实现真正的万年历显示。

二、方案设计及论证：

1.方案一：

通过一段时间对专业书籍及多种设计方案的研究及分析，在计数电路芯片的选择上可以采用74LS160或74LS90，在实现的电路中有两种方案来实现清零（异步置数和同步清零）；对于实现年、月、日、星期的显示,可采用LED液晶显示屏、点阵式数码管、LED数码管中的一种；在实现年、月、日、星期的校时方面，可设置K3 、K2、K1三个开关分别作为年、月、日的校时控制开关，由于“日”及“星期”同步，因而控制“日”的同时也控制了“星期”。另外通过按钮开关可以在日期及时间间切换和对时钟进行调整。

该方案的系统原理框图如下：

图中各单元电路的工作原理如下：

（1）计数器电路：包括年计数器、月计数器、日计数器、星期计数器四部分。各部分分别完成对“年”、“月”、“日”、“星期”的计数。

（2）译码显示电路：译码显示电路的功能是将年、月、日、星期计数器输出的4位二进制码进行翻译后显示出相应的十进制数字。

（3）校时电路：当数字钟计时出现误差时，必须对时间进行校正，通常称为“校时”，校时是数字钟应该具备的基本功能，一般要求能对年、月、日分别进行校正。

2.方案二：

对于本题目的设计，我们不仅可以运用以前学过的课程——《数字电路逻辑设计》里边的知识来完成，也可以运用我们所学过的单片机知识来完成本设计，我们可以直接用叫简单的单片机芯片AT89C51再加上其周围的外设电路结构来完成。

该方案的系统原理框图如下：

图中各单元电路的工作原理如下：

（1）晶体电路：晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体荡器电路。

（2）复位电路：分频器电路将高频方波信号经分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数，分频器实际上也就是计数器。

（3）时间调整电路：利用4*4矩阵键盘电路设计调整电路，对万年历的事件进行调整。

（4）数码管显示电路：包括数码管段选部分和数码管位选部分，数码管段选部分控制显示数值，数码管位选部分控制显示地址。

由于使用单片机成本较高，而且编程复杂，故选择方案二，利用数字逻辑电路设计万年历。

3.方案的最终选择及确定：

对于第一种方案，是我们所熟悉的纯数电式电路，核心为2种不同型号的数字芯片和4种不同型号的逻辑运算芯片，其余的外围电路只增加了数码管、电阻、按键，电路原理可以通过数字逻辑计算公式来很好的表达，电路原理图也可很容易的构建出来。从制作费用的角度来讲，外围芯片以及芯片周围的简单元件都是既好买又便宜的，很方便我们的电子设计，花费也少。

对于第二种方案，也是我们所熟悉的单片机电路，核心为AT89C51单片机，外设也是一些简单的电阻、电容、数码管构成，电路原理相对于

第一种更加简单，对于PCB画板之类的也是省了不少麻烦。但是该设计的问题是编写的程序过于复杂，其工作量远大于方案一的设计，而且从制作费用来讲，光一个单片机的价格就已经可以买方案一中的所有芯片，可能还会有剩余。

由以上分析最终确定出我们的设计是采用方案一。

三、单元电路设计及参数的计算：

（我的工作主要是protel电路图和PCB板的全部绘制）

1. 单元电路设计过程：

(1)计数器电路：

包括年计数器、月计数器、日计数器、星期计数器四部分

A. 元器件的选择：

所用元器件包括：74LS90芯片5个；74LS08芯片6个；74LS04芯片1个；74LS193芯片2个；74LS00芯片1个。

B. 元器件选择说明：

①选择74LS90芯片作为“年”、“月”及“日”十位的计数芯片

(注：考虑到74LS90布线简单，门电路使用少的优点，因而舍弃了74LS160芯片)

74LS90是异步二—五—十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。

如下图1为74LS90芯片引脚图：

图174LS90芯片的引脚图

通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9。其具体功能详述如下：

(1)计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。

(2)计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。

(3)若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。

(4)若将CP1及QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。

(5)清零、置9功能：

异步清零：当R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。

置9功能：当S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA＝1001。

如下表1为74LS90芯片功能表：

表1 74LS90芯片的功能表