1、基于单片机的电子钟的设计与仿真 张婷 山西大学商务学院 摘 要： 电子时钟是一种具有实际应用价值的电子设备, 在日常生活中应用广泛。基于单片机的电子钟有按键电路、显示电路和单片机基本电路组成。本文应用常用的 51 内核单片机设计了时间可调、带声光报时、运行简单的电子时钟, 并充分应用 Proteus 仿真软件对其进行了仿真, 验证了本设计的可行性。关键词： 单片机; 可调式; 电子钟; 作者简介：张婷 (1987-) , 女, 山西吕梁人, 硕士, 研究方向:信号处理及自动控制。收稿日期：2017-09-25The Design and Simulation of Electronic Clo
2、ck Based on Single Chip MicrocomputerZhang Ting Business College of Shanxi University; Abstract： Electronic clock is a kind of electronic equipment with practical application value and widely used in daily life. It generally consists of key circuit, display circuit and single chip microcomputer. In
3、this paper, the application uses 51 kernel single-chip computer to design a electronic clock with the features of time adjustable, sound and light prompt time and simple operation, and Proteus simulation software is applied for simulation which tests the feasibility of this design.Keyword： single ch
4、ip microcomputer; adjustable; electronic clock; Received： 2017-09-25数字电子时钟被广泛的应用在家庭, 办公室, 商场等公共场所, 是人们日常生活的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用, 使得数字钟的精度及应用大大超过了老式机械钟表, 并且在功能上趋向多样化, 扩展了定时报时、声光报时等功能, 使其成为市场需求十分广泛的一种电子仪器。另外, 计算机的发展极大的促进了虚拟仪器的发展。虚拟仪器可以直接利用计算机搭建与现实环境相差无几的仿真环境来模拟实际应用, 极大的提高开发效率。本文就利用 Proteus 软件对
5、设计的电子时钟进行了基本功能仿真, 验证了涉及可行性, 极大地缩短了研发周期, 并且可以为后期更灵活的改进设计服务1。1 电子钟基本模块分析电子钟由单片机基本电路按键电路和显示电路组成。系统的结构框图如图 1 所示。图中单片机模块是整个控制系统的核心, 通过它可以控制 LCD 显示电路, 并实现整点提示功能。可以通过按键电路调节时分秒及时间清零的功能。图 1 电子钟结构框图 下载原图2 电子钟硬件设计2.1 单片机最小系统本设计采用 AT89C52 为核心控制器件。单片机想要工作, 需要有时钟电路、供电电路及复位电路配合。AT89C52 为常用的时钟电路采用内部时钟电路, 配合外部 12M 晶
6、振和电容与 XTAL1 和 XTAL2 连接组成, 为单片机提供基本的机器周期脉冲。单片机复位电路为手动复位电路, 当单片机发生异常工作时可通过复位按钮让单片机复位。AT89C52 是一个低电压, 高性能 CMOSX8 位单片机, 兼容标准 MCS-51 指令系统, 所以编程简单。AT89C52 单片机由于其控制结构简单, 标准编程, 价格低廉在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52 有 40 个引脚, 32 个外部双向输入/输出 (I/O) 端口, AT89C52 可以按照常规方法进行编程, 也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起, 特别是可反复擦写的 Flas
7、h 存储器可有效地降低开发成本。单片机最小系统如图 2 所示。2.2 按键电路一般的时钟都有按键电路, 当系统刚接通电源或者长时间运行出现误差时, 需要对电路进行校准调时。调时电路如图 3 所示。当开机后系统开始计时并进行LCD 显示当前时间。当开关置于“清零”位置时, 电子时钟复位, LCD 显示00:00:00。当开关置于“移位”时可以在时分秒之间切换, 和“加”“减”分别可对时分秒进行调节。图 2 单片机最小系统图 下载原图图 3 调时电路 下载原图2.3 整点报时电路该设计的整点报时电路当分为 59 且秒为 51, 53, 55, 57 时蜂鸣器发出 500 Hz的声音, 在 59 分
8、 59 秒时发出 1 k Hz 的声音并且点亮灯光。报时电路如图 4 所示。图 4 整点报时电路 下载原图2.4 LCD 显示电路显示电路如图 5 所示。本设计采用了最常见的 LCD1602 显示器, 由于 LCD 显示面板较为脆弱, 厂家已将 LCD 控制器、驱动器、RAM、ROM 和液晶显示器用 PCB连接到了一起, 成为液晶显示模块, 单片机只需向 LCD 显示模块写入相应的命令和数据就可显示所需内容2。它是一种工业字符型液晶, 能够同时显示16x02 即 32 个字符。LCD1602 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性, 通过电压对其显示区域进行控制, 有电就有显示, 这样既可以显示数
9、字又可以显示出图形字符。LCD1602 有 16 条引脚, 背光电源 A (15 脚) 和地线 K (16 脚) 显示电路与 AT89C52 单片机的 P0 口连接, 并连接上拉电阻。图 5 LCD 显示电路 下载原图3 电子钟软件设计该设计的程序流程图如图 6 所示。电子钟上电后从 00:00:00 开始计时。在计时期间会判定是否有按键按下, 如果没有则继续计时并且显示。如果有键按下, 清零键按下则将时间清零并显示3。如果加和减按键按下则可配合移位按键调节时分秒。时钟计时时, 定时器从 0 开始, 如果装满 1 秒则秒自动加一并显示。如果秒满60 次则分加一并显示, 如果分满 60 次则时加
10、 1 并显示, 如果时满 24 次则清零, 重新开始计时。到每个整点时会触发音频电路报时。图 6 主程序流程图 下载原图4 Proteus 仿真Proteus 软件是一种混合电路仿真软件, 包括模电、数电和单片机及其外围电路的仿真等4。根据该系统设计的电路在 Proteus 中画出仿真电路图如图 7 所示。图 7 仿真电路图 下载原图仿真电路中通过按键可以分别调节时分秒及清零。计时到整点时蜂鸣器发出声音进行整点报时。验证了电路设计的正确性。5 结论本文通过单片机编程及控制外围电路设计了可以进行整点报时并时间可调的电子时钟。该设计的电子钟结构简单, 成本低具有一定的实用性。并用 Proteus软件验证该设计的可行性。参考文献1黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计M.北京:北京航空航天大学出版社, 2011. 2阎石.数字电子技术基础M.北京:高等教育出版社, 1998. 3郭天祥.51 单片机 C 语言教程M.北京:电子工业出版社, 2014. 4周润景.Proteus 入门实用教程M.北京:机械工业出版社, 2012.
