本篇是出自山西大學商務學院的張婷同志。
1 電子鍾基本模塊分析
電子鍾由單片機基本電路按鍵電路和顯示電路組成。系統的結構框圖如圖1所示。圖中單片機模塊是整個控制系統的核心, 通過它可以控制LCD顯示電路, 並實現整點提示功能。可以通過按鍵電路調節時分秒及時間清零的功能。
2 電子鍾硬件設計
2.1 單片機最小系統
本設計采用AT89C52為核心控制器件。單片機想要工作, 需要有時鍾電路、供電電路及復位電路配合。AT89C52為常用的時鍾電路采用內部時鍾電路, 配合外部12M晶振和電容與XTAL1和XTAL2連接組成, 為單片機提供基本的機器周期脈沖。單片機復位電路為手動復位電路, 當單片機發生異常工作時可通過復位按鈕讓單片機復位。
AT89C52是一個低電壓, 高性能CMOSX8位單片機, 兼容標准MCS-51指令系統, 所以編程簡單。AT89C52單片機由於其控制結構簡單, 標准編程, 價格低廉在電子行業中有着廣泛的應用。AT89C52有40個引腳, 32個外部雙向輸入/輸出 (I/O) 端口, AT89C52可以按照常規方法進行編程, 也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起, 特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。單片機最小系統如圖2所示。
2.2 按鍵電路
一般的時鍾都有按鍵電路, 當系統剛接通電源或者長時間運行出現誤差時, 需要對電路進行校准調時。調時電路如圖3所示。當開機后系統開始計時並進行LCD顯示當前時間。當開關置於“清零”位置時, 電子時鍾復位, LCD顯示00:00:00。當開關置於“移位”時可以在時分秒之間切換, 和“加”“減”分別可對時分秒進行調節。
2.3 整點報時電路
該設計的整點報時電路當分為59且秒為51, 53, 55, 57時蜂鳴器發出500 Hz的聲音, 在59分59秒時發出1 k Hz的聲音並且點亮燈光。報時電路如圖4所示。
2.4 LCD顯示電路
顯示電路如圖5所示。本設計采用了最常見的LCD1602顯示器, 由於LCD顯示面板較為脆弱, 廠家已將LCD控制器、驅動器、RAM、ROM和液晶顯示器用PCB連接到了一起, 成為液晶顯示模塊, 單片機只需向LCD顯示模塊寫入相應的命令和數據就可顯示所需內容[2]。它是一種工業字符型液晶, 能夠同時顯示16x02即32個字符。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性, 通過電壓對其顯示區域進行控制, 有電就有顯示, 這樣既可以顯示數字又可以顯示出圖形字符。LCD1602有16條引腳, 背光電源A (15腳) 和地線K (16腳) 顯示電路與AT89C52單片機的P0口連接, 並連接上拉電阻。
3 電子鍾軟件設計
該設計的程序流程圖如圖6所示。電子鍾上電后從00:00:00開始計時。在計時期間會判定是否有按鍵按下, 如果沒有則繼續計時並且顯示。如果有鍵按下, 清零鍵按下則將時間清零並顯示[3]。如果加和減按鍵按下則可配合移位按鍵調節時分秒。
時鍾計時時, 定時器從0開始, 如果裝滿1秒則秒自動加一並顯示。如果秒滿60次則分加一並顯示, 如果分滿60次則時加1並顯示, 如果時滿24次則清零, 重新開始計時。到每個整點時會觸發音頻電路報時。
4 Proteus仿真
Proteus軟件是一種混合電路仿真軟件, 包括模電、數電和單片機及其外圍電路的仿真等[4]。根據該系統設計的電路在Proteus中畫出仿真電路圖如圖7所示。
仿真電路中通過按鍵可以分別調節時分秒及清零。計時到整點時蜂鳴器發出聲音進行整點報時。驗證了電路設計的正確性。
5 結論
本文通過單片機編程及控制外圍電路設計了可以進行整點報時並時間可調的電子時鍾。該設計的電子鍾結構簡單, 成本低具有一定的實用性。並用Proteus軟件驗證該設計的可行性。
張婷碩士設計的這款基於單片機的電子時鍾利用了proteus軟件對設計的電子時鍾進行了基本功能仿真，驗證了涉及可行性，極大地縮短了研發周期，並且可以為后期更靈活的改進設計服務。為我們學習設計電子鍾提供了寶貴的經驗和知識。