基于Proteus的数字电子钟的设计与仿真

基于Proteus的数字电子钟的设计与仿真

一、 二、 三、

设计目的与要求 ............................................................................................................... 1 设计内容与方案制定 ....................................................................................................... 1 芯片简介 ........................................................................................................................... 1 1、 AT89C52 ....................................................................................................................... 1 2、 AT24C02 ....................................................................................................................... 2 四、

设计步骤 ........................................................................................................................... 3 1、 硬件电路设计 ............................................................................................................... 3

1.1.硬件电路组成框图 .................................................................................................. 3 1.2.各单元电路及工作原理........................................................................................... 3 1.3.绘制原理图 .............................................................................................................. 5 1.4.元件清单列表 .......................................................................................................... 6 2、 程序设计 ....................................................................................................................... 7

2.1程序流程 .................................................................................................................. 7 2.2主程序 ...................................................................................................................... 9 2.2.源程序 .................................................................................................................... 10

五、 六、 七、

调试与仿真 ..................................................................................................................... 22 心得体会 ......................................................................................................................... 23 参考文献 ......................................................................................................................... 23

一、 设计目的与要求

设计目的:通过课程设计，培养学生运用已学知识解决实际问题的能力、查阅资料的能力、自学能力和独立分析问题、解决问题的能力和能通过独立思考。 设计要求:设计一个时、分可调的数字电子钟、断电后将数据保存，开启后时间将从断电后时间继续行走。

二、 设计内容与方案制定

具有校时功能，按键控制电路其中时键、分键六个键分别控制时、分时间的调整。按下小时数实现对小时数加减，按下分钟数实现对分钟数进行加减，并设置有复位键，启始键。

以AT89C51单片机进行实现秒、分、时上的正常显示和进位，其中显示功能由单片机控制共阴极数码管来实现，数码管进行动态显示。

通过AT24C02分别写入时、分、秒数据在断电后实现保存，在下次通电后将数据读出保持为断电前数据。

三、 芯片简介

1、 AT89C52

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系

1

统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机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，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，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 Flash存储器可有效地降低开发成本。 AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 2、 AT24C02

AT24C02支持I2C，总线数据传送协议I2C，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式，由于A0、A1和A2可以组成000~111八种情况，即通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上，通过进行不同的配置进行选择器件。

AT24C02的存储容量为2K bit，内容分成32页，每页8Byte，共256Byte，操作时有两种寻址方式：芯片寻

2

址和片内子地址寻址。

（1）芯片寻址：AT24C02的芯片地址为1010，其地址控制字格式为1010A2A1A0R/W。其中A2，A1，A0可编程地址选择位。A2，A1，A0引脚接高、低电平后得到确定的三位编码，与1010形成7位编码，即为该器件的地址码。R/W为芯片读写控制位，该位为0，表示芯片进行写操作。

（2）片内子地址寻址：芯片寻址可对内部256B中的任一个进行读/写操作，其寻址范围为00~FF，共256个寻址单位。

四、 设计步骤

1、硬件电路设计 1.1.硬件电路组成框图

24C02连接电路 数码管连接电路

1.2.各单元电路及工作原理 （1）按键控制电路

键盘可实现对时间的校对，用四个按键来实现。按下小时数加实现对小时数进行加一，按下小时数减实现对小时数减一，按下分钟数加一实现对分钟数加一，按下分钟数减一实现对分钟数减一。当按下复位键时时间回到初始时间，按下启停键时时钟开始工作在次按下停止工作。

其电路连接图如下：

AT89C52 按键连接电路 3

（2）显示电路

LED显示器是现在最常用的显示器之一发光二极管（LED）分段式显示器由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。显示电路显示模块需要实时显示当前的时间,即时、分、秒，因此需要6个数码管，采用动态显示方式显示时间，其硬件连接方式如下图所示。

4

（3）AT24C02连接电路

AT24C02支持I2C，总线数据传送协议I2C，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。通过AT24C02分别写入时、分、秒数据在断电后实现保存，在下次通电后将数据读出保持为断电前数据。

1.3.绘制原理图

其计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒。整个设计图由复位电路、AT89C51单片机、键盘控制电路组成。 显示电路将“时”、“分”、“秒”通过七段显示器显示出来，6个数码管的段选接到单片机的P0口，位选接到单片机的P2口。数码管按照数码管动态显示的工作原理工作。 把定时器定时时间设为50ms，则计数溢出20次即得时钟计时最小单位秒，而20次计数可用软件方法实现，每累计60秒进1分，每累计60分钟，进1小时。时采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。 校时电路时用来对“时”、“分”显示数字进行校对调整，时分秒三个控制键分别接单片机的p3.2、p3.3、P3.4、P3.5进行控制。按一下分键秒单元就加1 ，按一下时键分就加1。将AT24C02接入

5

P3.1和P3.2对断电后数据保存，通电后数据从断电前恢复运行。

1.4.元件清单列表 单片机 数码管 三极管 按钮 上位排阻 EEPROM

AT89C51 7SEG-MPX8-CA-BLUE NPN BUTTON RESPACK-8 AT24C02 *1 *1 *8 *6 *1 *1 6

2、程序设计 2.1程序流程

数字电子钟采用内部硬件定时器来进行定时。sec等于60，应将sec清零，同时min加1。如果min等于60，应将min清零，同时h加1。如果h大于23时，应将h清零，当h小于10时十位不显示。通过分析可知，程序中可分别由 {

num2=0;

sec++; if(sec==60) {

sec=0;

min++;

if(min==60)

{

min=0; h++; if(h==24) h=0;

} }

}

这段程序负责秒、分、时的计时。

按钮K1、K2和K3、K4为调时、调分控制按键。这两个按钮信号的输入采用外部中断方式来实现。若产生外部中断时，通过调用H或_min来实现调时或调分操作。通过displays()显示时分秒中间用“-”隔开每隔一秒实现闪烁。

7

启始状态

按下启停按键，开始工作

8

断电后数据保存，通过AT24C02芯片采用IIC串口通信解决掉电保护，具体

将时、分、秒，数据每隔一秒时间将数据写入AT24C02中，在断电后数据停留在断电前，通电后数据恢复。 2.2主程序： void main() {

init();

sec=read_add(0); if(sec>60) sec=0; min=read_add(1); if(min>60) min=0; h=read_add(2); if(h>24) h=0; if(write==1) {

9

write=0;

write_add(0,sec); write_add(1,min); write_add(2,h);

}

} }

在主程序中先将读出保存数据分别赋给h、min、sec然后判断计时器是否到了一秒，如果到了就在24C02的地址0中写入sec在地址1中写入min在地址2中写入h。最终实现数据断电的保存。 2.2.源程序： #include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int

Ucharcode tab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; bit write=0; sbit key1=P3^2; sbit key2=P3^3; sbit key3=P3^4; sbit key4=P3^5; sbit key5=P3^6; sbit key6=P3^7; sbit sda=P3^1; sbit scl=P3^0; void delayms(uint); void display(); sbit key=P3^2;

10

uchar num2,secshi,secge,minshi,minge,hshi,hge; uchar mun=0,sec=0,min=20,h=5; void displays(); void keyscan(); void delay() {;;}

void start() { sda=1; delay(); scl=1; delay(); sda=0; delay();

}

void stop() { sda=0; delay(); scl=1; delay(); sda=1; delay();

}

void respons() {

11

uchar i; scl=1; delay();

while((sda==1)&&(i<250)) i++; scl=0; delay();

}

void init() { sda=1; delay(); scl=1; delay();

}

void write_byte(uchar date) { uchar i,temp; temp=date; for(i=0;i<8;i++) { temp=temp<<1; scl=0; delay(); sda=CY; delay();

scl=1;

12

}

}

delay();

scl=0; delay(); sda=1; delay();

uchar read_byte() { }

void write_add(uchar address,uchar date) {

13

uchar i,k; scl=0; delay(); sda=1; delay();

for(i=0;i<8;i++) { }

return k;

scl=1; delay(); k=(k<<1)|sda; scl=0; delay();

start();

write_byte(0xa0); respons();

write_byte (address); respons(); write_byte(date); respons(); stop();

start();

write_byte(0xa1); respons();

write_byte (address); respons(); write_byte(date); respons(); stop();

start();

write_byte(0xa2); respons();

write_byte (address); respons(); write_byte(date); respons(); stop();

}

14

uchar read_add(uchar address) { uchar date; start();

write_byte(0xa0); respons();

write_byte(address); respons(); start();

write_byte(0xa1); respons(); date=read_byte(); stop(); start();

write_byte(0xa2); respons();

write_byte(address); respons(); start();

write_byte(0xa3); respons();

write_byte(address); respons(); return date;

}

void main() {

15

init();

sec=read_add(0); if(sec>60) sec=0; min=read_add(1); if(min>60) min=0; h=read_add(2); if(h>24) h=0;

TMOD=0x01; EA=1; ET0=1;

TH0=(65536-45872)/256; TL0=(65536-45872)%256; TR0=1; while(1) { displays(); display(); if(write==1) {

write=0; write_add(0,sec); write_add(1,min);

write_add(2,h);

16

}

keyscan();

}

}

void displays() {

if(num2==0) {

P2=0xdb;

P0=0x40;

delayms(2);

} }

void display( ) { secshi=sec/10; secge=sec%10; minshi=min/10; minge=min%10; hshi=h/10; hge=h%10;

P2=0xbf;

17

P0=tab[secshi]; delayms(2); P2=0x7f; P0=tab[secge]; delayms(2); P2=0xf7; P0=tab[minshi]; delayms(2); P2=0xef; P0=tab[minge];

delayms(2); P2=0xfe; P0=tab[hshi]; delayms(2); P2=0xfd; P0=tab[hge];

delayms(2);

}

void delayms(uint xms) {

uint x,y;

for(x=xms;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); }

18

void keyscan() { if(key1==0) { delayms(10); if(key1==0) { h++; if(h==24) { h=0;

}

while(!key1);

}

}

if(key2==0) { delayms(10); if(key2==0) { h--; if(h==0) { h=24;

}

while(!key2);

19

}

}

if(key3==0) { delayms(10); if(key3==0) { min++; if(min==60) min=0; while(!key3);

}

}

if(key4==0) { delayms(10); if(key4==0) { if(min==0) min=60; min--; while(!key4);

}

}

if(key5==0) {

delayms(10);

20

if(key5==0) { min=20; h=5; sec=0; while(!key5);

}

}

if(key6==0) { delayms(10); if(key6==0) { while(!key6); TR0=~TR0;

}

}

}

void T0_time()interrupt 1 {

TH0=(65536-45872)/256; TL0=(65536-45872)%256; num2++; if(num2==20) { num2=0; sec++;

write=1;

21

if(sec==60) {

sec=0;

min++; if(min==60) { min=0; h++;

if(h==24) {

}

h=0;

} } }

}

五、 调试与仿真

打开keil程序，创建“数字电子钟”项目，输入c语言源程序，保存为“数字电子钟.c”。在项目管理窗口中选中文件组，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“Add File to Grou`Source Group1`”,添加源程序“数组电子钟.c”到项目组。

执行命令“Project”-”Build Target”,编译源程序，如果编译成功，则在输出窗口中显示没有错误，并创建了”数字电子钟.hex“文件。

在已绘制好原理图的Proteus ISIS中，双击单片机，在弹出的对话框选择“数字电子钟.hex”。

22

开始仿真，刚运行时1，数码管显示“5-20-00”，而后每隔1s进行累计显示，如图所示，每按一次K1时，小时数会加1，每按一次K2时，小时数减1，按下K1时分钟数加一，按下K3时，分钟数减1。当按下K6时时钟开始工作在次按下时停止工作。断电后通过AT24C02将时、分、秒数据保存通电后数据恢复。

六、 心得体会

按分键对分进行调整，按一下加一分；按时键对时进行调整，按一下加一小时，从而达到快速设定时间的目的。若满足以上要求则符合方案要求。若按一下连续加若干位，则按键延时时间设置太短，可以通过增大延时时间进行改进，在对AT24C02使用时要将数据写入和读出多位数据时要设置好不同的地址，才能将时分秒同时写入和读出。

通过本次仿真设计，基本掌握了简单的单片机应用设计，以及proteus仿真设计，数字电子钟设计比较简单，以后应多注意设计方面的问题并解决。

七、 参考文献

[1]郭天祥、新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、扩展全攻略（第二版）、电子工业出版社.2009.

[2]谭浩强、C程序设计（第四版）、清华大学出版社.2010.

23