《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計--基于at89c2051多功能六位數(shù)數(shù)字鐘設(shè)計

1、<p>　　《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計</p><p>　　題 目 基于AT89C2051多功能</p><p><b>　　六位數(shù)數(shù)字鐘設(shè)計</b></p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　專業(yè)班級 11級通信工程二班 </p><

2、;p>　　學(xué) 號 </p><p>　　院 （系） 信息工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　完成時間 2013年11月29日 </p><p><b>　　目 錄</b></p>

3、;<p>　　1 數(shù)字鐘的設(shè)計方案及任務(wù)要求1</p><p>　　1.1 總體方案設(shè)計1</p><p>　　1.2 數(shù)字鐘的任務(wù)要求2</p><p>　　2 AT89C2051集成芯片及其引腳說明2</p><p>　　2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)2</p><p>　　2.2 引腳說明

4、3</p><p>　　3 電路的硬件設(shè)計4</p><p>　　3.1 復(fù)位電路4</p><p>　　3.2 時鐘電路4</p><p>　　3.3 按鍵電路5</p><p>　　3.4 迅響電路及輸入、輸出電路5</p><p>　　3.5 數(shù)碼管顯示電路6<

5、;/p><p>　　3.5.1 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及工作原理6</p><p>　　3.5. 2 顯示原理7</p><p>　　3.6 穩(wěn)壓電路7</p><p>　　4 安裝與調(diào)試8</p><p>　　4.1 安裝、焊接元件到電路板上8</p><p><b>　　

6、4.2 調(diào)試9</b></p><p>　　5 仿真電路圖10</p><p><b>　　6 總結(jié)10</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p>　　附錄1：總體電路原理圖12</p><p>　　附錄2：元器件清

7、單13</p><p>　　1 數(shù)字鐘的設(shè)計方案及任務(wù)要求 </p><p>　　1.1 總體方案設(shè)計</p><p>　　數(shù)字電子鐘是用數(shù)字電路實現(xiàn)“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計時裝置，主要由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼顯示器、校時電路等部分組成。而數(shù)字鐘想準(zhǔn)確的計時則是由振蕩器產(chǎn)生的時脈沖送到分頻器，分頻電路將時標(biāo)信號分成每秒一次的方波信號。秒脈沖發(fā)生

8、器產(chǎn)生頻率穩(wěn)定很高的秒脈沖，秒脈沖被送到一個六十進(jìn)制秒計數(shù)器計數(shù)，將計數(shù)結(jié)果送至秒個位和十位譯碼器，譯碼結(jié)果分別由兩只七段數(shù)碼管以十進(jìn)制數(shù)形式顯示來。當(dāng)秒六十進(jìn)制計數(shù)器累計到第59秒時，若再來一個秒脈沖，秒計數(shù)器的進(jìn)位輸出就產(chǎn)生進(jìn)位脈沖（分計數(shù)脈沖），同時，秒計數(shù)器的十位和個位都復(fù)位到零。分計數(shù)脈沖又被送到分六十進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)，經(jīng)譯碼電路譯碼后數(shù)碼管顯示相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。當(dāng)計滿59分59秒時，若再來一個秒脈沖，則分計數(shù)器便向時計數(shù)器送出時計數(shù)

9、脈沖，同時，分、秒計數(shù)器均復(fù)位到零。時計數(shù)器是一個二十四進(jìn)制計數(shù)器，當(dāng)計數(shù)顯示23時59分59秒時，若再來一個秒脈沖，則時、分、秒計數(shù)器都應(yīng)回到零，并顯示（00:00:00）表示已到達(dá)午夜零點，第二天開始繼續(xù)計數(shù)。其主要的功能模塊如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　1.2 數(shù)字鐘的任務(wù)要求</p><p>　　1.

10、 上電后即顯示時鐘功能10：10：00，實現(xiàn)校對功能先短按一次S1,按動S2小時位加1，按動S3分鐘位加1。</p><p>　　2. 短按二次S1實現(xiàn)鬧鐘功能，顯示狀態(tài)為22：10：00。按動S2則小時位加1，按動S3則分鐘位加1。當(dāng)按動小時位超過23時關(guān)閉鬧鐘功能。鬧鈴聲為蜂鳴器長鳴3秒鐘。短按三次S1實現(xiàn)倒計時功能, 按動S2則從低位依此顯示高位，按動S3則相應(yīng)位加1。</p><p

11、>　　3. 短按四次實現(xiàn)秒表功能，按動 S2 則開始秒表計時，再次按動S2則停止計時。短按五次實現(xiàn)計數(shù)器功能按動S2則計數(shù)器加1，按動S3則計數(shù)器清零。</p><p>　　2 AT89C2051集成芯片及其引腳說明</p><p>　　AT89C2051是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位集成芯片，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）

12、和128bytes的隨機數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C2051集成芯片在電子類產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　圖2-1 AT89C2051</p><p><b>　　2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)</b></p><

13、p>　　AT89C2051是一帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器（EEPROM）的低電壓，高性能8位CMOS微處理器。它采用ATMEL的高密非易失存儲技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。AT89C2051是一強勁的微型處理器，它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法。</p><p><b>　　2.2 引腳說明</b></p>&

14、lt;p>　　圖2-2 AT89C2051</p><p>　　1.VCC：電源電壓。</p><p><b>　　2．GND：地。</b></p><p>　　3．P1口：P1口是一個8位雙向I/O口?？谝_P1.2~P1.7提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入

15、(ANI0)和反相輸入(AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動LED顯示。</p><p>　　4．P3口：P3口的P3.0~P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻 的七個雙向I/O口引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P3品緩沖器可吸收20mA電流。</p><p>　　5．RST：復(fù)位輸入。RST一旦變成高電平所有的I/

16、O引腳就復(fù)位到“1”。當(dāng)振蕩器正在運行時，持續(xù)給出RST引腳兩個機器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個機器周期需12個振蕩器或時鐘周期。 </p><p>　　6．XTAL1：作為振蕩器反相器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。 </p><p>　　7．XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。</p><p>　　3 電路的硬件設(shè)計</p><p&g

17、t;<b>　　3.1 復(fù)位電路</b></p><p>　　AT89C2051集成芯片的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。</p><p>　　圖3-1 復(fù)位電路</p><p><b>　　3.2 時鐘電路</b></p>

18、;<p>　　時鐘是集成芯片的心臟，集成芯片各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響集成芯片的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響集成芯片系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內(nèi)部時鐘方式。</p><p>　　圖3-2 時鐘電路</p><p>　　AT89C2051集成芯片內(nèi)部

19、有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。</p><p><b>　　3.3 按鍵電路</b></p><p>　　按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的I/O端口形成一個負(fù)脈沖。閉合和釋放過程都

20、要經(jīng)過一定的過程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖動持續(xù)時間的常長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般在5-10ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動。本文采用的是獨立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。按鍵 S1～S3 采用復(fù)用的方式與顯示部分的 P3.5、P3.4、P3.2 口復(fù)用。</p>

21、<p>　　圖3-3 按鍵電路</p><p>　　3.4 迅響電路及輸入、輸出電路</p><p>　　迅響電路由有源蜂鳴器和 PNP 型三極管組成。其工作是當(dāng) PNP 型三極管導(dǎo)通后有源蜂鳴器立即發(fā)出定頻聲響。驅(qū)動方式為獨立端口驅(qū)動，占用P3.7端口。</p><p>　　輸出電路是與迅響電路復(fù)合作用的，其電路結(jié)構(gòu)為有源蜂鳴器，5.1K定值電阻R6

22、，排針J3并聯(lián)。當(dāng)有源蜂鳴器無迅響時J3輸出低電平，當(dāng)有源蜂鳴器發(fā)出聲響時J3輸出高電平，J3可接入數(shù)字電路等各種需要。驅(qū)動方式為迅響復(fù)合輸出，不占端口。</p><p>　　輸入電路是與迅響電路復(fù)合作用的，其電路結(jié)構(gòu)是在迅響電路的 PNP 型三極管的基極電路中接入排針J2。引腳排針可改變集成芯片I/O口的電平狀態(tài)，從而達(dá)到輸入的目的。驅(qū)動方式為復(fù)合端口驅(qū)動，占用P3.7端口。</p><p&

23、gt;　　圖3-4 迅響電路及輸入、輸出電路</p><p>　　3.5 數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　3.5.1 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p>　　LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。每一筆劃都是對應(yīng)一個字母表示

24、DP是小數(shù)點。下圖為常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖。</p><p>　　圖3-5-1 LED數(shù)碼管正面?zhèn)€字段引腳</p><p>　　共陽極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖：</p><p>　　圖3-5-2 共陽極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　3.5. 2 顯示原理</p><p>　　顯示部分主

25、要器件為3只兩位一體共陽極數(shù)碼管，驅(qū)動采用 PNP 型三極管驅(qū)動，各端口配有限流電阻，驅(qū)動方式為動態(tài)掃描，占用 P3.0～P3.5 端口，段碼由P1.0～P1.6輸出。冒號部分采用 4 個 Φ3.0的紅色發(fā)光二極管，驅(qū)動方式為獨立端口P1.7驅(qū)動。</p><p>　　圖3-5-3 數(shù)碼管電路</p><p><b>　　3.6 穩(wěn)壓電路</b></p&g

26、t;<p>　　78L05是一個線性的穩(wěn)壓器，不論其輸入端接多少伏電源，其輸出是固定的5伏，主要給小容量的器件提供電源。因為是線性穩(wěn)壓，所以其輸出波形雜波比較嚴(yán)重，而且其輸出會復(fù)制輸入的波形出來。所以前后都要濾波，在輸入端加電容時相當(dāng)于平滑電容。起到一個濾波的作用，提高IC工作穩(wěn)定性。輸出端加電容是為本地器件提供能量的存儲器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載需求。</p><p>　　圖3-6

27、 穩(wěn)壓電路</p><p><b>　　4 安裝與調(diào)試</b></p><p>　　4.1 安裝、焊接元件到電路板上</p><p>　　按照先低后高，先小后大，先臥式后立式的順序，正確插入元件，其高低、極性要符合規(guī)定。</p><p>　　1.先從最低元件安裝。應(yīng)先安裝、焊接跳線機及電阻，用電阻多余的腳做跳線，電阻

28、引腳不分正負(fù)，焊接時間最好控制在2-3秒。</p><p>　　2.安裝、焊接瓷片電容。瓷片電容部分正負(fù)極。</p><p>　　3.安裝、焊接輕觸開關(guān)</p><p>　　4.安裝、焊接三極管。三極管的外形基本一樣，注意分青，且方向要和電路板上的方向一致。</p><p>　　5.安裝、焊接12MHZ晶振。晶振沒有正負(fù)極。</p>

29、;<p>　　6.安裝、焊接電解電容，裝的時候要躺著安裝，立著會影響發(fā)光二極管的顯示不整齊。</p><p>　　7.安裝、焊接20腳IC插座，從用一小缺口或小圓點標(biāo)記的地方以逆時針數(shù)依次為1-20腳，安裝時要注意缺口和電路上的缺口相一致。</p><p>　　8.安裝、焊接蜂鳴器。</p><p>　　9.安裝、焊接LED。LED和普通二極管一樣，有

30、正負(fù)極之分。</p><p><b>　　4.2 調(diào)試</b></p><p><b>　　1.功能按鍵</b></p><p>　　S1為功能選擇按鍵，S2為功能擴展按鍵，S3為數(shù)值加一按鍵。</p><p><b>　　2.功能及操作</b></p><

31、;p>　　操作時，連續(xù)短時間(小于1秒)按動S1，即可在以上的6個功能中連續(xù)循環(huán)。中途如果長按(大于2秒)S1，則立即回到時鐘功能的狀態(tài)。</p><p>　　2.1時鐘功能：上電后即顯示10：10：00 ，寓意十全十美。</p><p>　　2.2校時功能：短按一次 S1，即當(dāng)前時間和冒號為閃爍狀態(tài)，按動 S2 則小時位加 1，按動 S3則分鐘位加1，秒時不可調(diào)。</p>

32、;<p>　　2.3鬧鐘功能：短按二次S1，顯示狀態(tài)為22：10：00，冒號為長亮。按動S2則小時位加1，按動S3則分鐘位加1，秒時不可調(diào)。當(dāng)按動小時位超過23時則會顯示--：--：--，這個表示關(guān)閉鬧鐘功能。鬧鈴聲為蜂鳴器長鳴3秒鐘。</p><p>　　2.4倒計時功能：短按三次S1，顯示狀態(tài)為 0，冒號為長滅。按動S2則從低位依此顯示高位，按動S3則相應(yīng)位加1，當(dāng)S2按到第6次時會在所設(shè)定的時

33、間狀態(tài)下開始倒計時，再次按動S2將再次進(jìn)入調(diào)整功能，并且停止倒計時。</p><p>　　2.5秒表功能：短按四次 S1，顯示狀態(tài)為 00：00：00，冒號為長亮。按動 S2 則開始秒表計時，再次按動S2則停止計時，當(dāng)停止計時的時候按動S3則秒表清零。</p><p>　　2.6計數(shù)器功能：短按五次S1，顯示狀態(tài)為00：00：00，冒號為長滅，按動S2則計數(shù)器加1，按動S3則計數(shù)器清零。&

34、lt;/p><p><b>　　5 仿真電路圖</b></p><p>　　圖5-1 仿真電路圖</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　在兩個星期的設(shè)計，一個基本完整AT89C2051六位數(shù)字鐘完成了。設(shè)計完此數(shù)字鐘設(shè)計，首先讓自己對AT89C2051六位數(shù)字鐘設(shè)計的掌

35、握有了進(jìn)一步的加深和鞏固，能夠更熟練的應(yīng)用各種元件功能。還要掌握了解AT89C2051六位數(shù)字鐘設(shè)計的元件分布和電路分布，還有它的效能和其他。AT89C2051六位數(shù)字鐘是以集成芯片（AT89C2051）為核心的數(shù)字時鐘，結(jié)合相關(guān)的元器件，再配以相應(yīng)的軟件，達(dá)到制作簡易數(shù)字時鐘的目的，其硬件部分難點在于元器件的選擇、分布及焊接，程序的調(diào)試。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

36、;/p><p>　　[1] 石生，電路基本分析[M]高等教育出版社. 2008,9：64～66．</p><p>　　[2] 何立民，高級集成芯片教程[M]北航出版社. 2009,6:218～220.</p><p>　　[3] 李振聲，實驗電子技術(shù)[M]國防工業(yè)出版社. 2007,7:73～75.</p><p>　　[4] 李全利，集成芯片原

37、理與應(yīng)用技術(shù)[M]高等教育出版社. 2009,6:81～84.</p><p>　　[5] 劉守義，集成芯片應(yīng)用技術(shù)[M]西安電子科技大學(xué)出版社. 2008,4:7～19.</p><p>　　[6] 任為民，電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計[M]中央廣播電視大學(xué)出版社. 2003,10:80～87.</p><p>　　附錄1：總體電路原理圖</p><p