"本文介绍了如何设计和制作一个基于51单片机的时钟电路,包括系统功能需求、方案选择、硬件电路设计以及程序设计。"
在这个时钟电路的设计制作过程中,系统功能主要围绕秒表和时钟计时器展开,需要通过六位LED数码管以24小时制显示当前的时、分、秒。用户可以通过按键开关进行时间调整和功能切换,例如在秒表和时钟模式之间转换。
在方案论证阶段,作者考虑了两种LED显示方法:静态显示和动态显示。由于静态显示需要额外的硬件支持,而系统需求相对简单,因此选择了动态扫描法,以简化硬件接口。选择AT89C52单片机作为核心处理器,因为它易于获取,并且有足够的资源来实现其他扩展功能。如果需要电池供电,还可以选择LV系列单片机。图1展示了硬件系统的整体设计框架,强调了其简洁性和实用性。
硬件电路设计部分,如图2所示,采用了AT89C52的最小系统设计,与共阳七段LED显示器配合,P0口输出段码数据,P2口作为列扫描输出,P1口连接三个按键开关。三极管8550用于驱动LED数码管,确保足够的驱动电压。12MHz的晶振被选用以提高计时精度。
在程序设计方面,主要有主程序、显示子程序和定时器T0中断服务程序三个关键部分:
1. 主程序:利用定时器T0的中断来实现计时功能,其余时间循环调用显示子程序。当按键开关被按下时,程序会进入相应的功能模式。程序流程如图3所示。
2. 显示子程序:存储在内存70H-75H中的数据对应于数码管要显示的时、分、秒,每个地址单元包含十进制BCD码。通过软件动态扫描技术,从P0口输出数据段码,P2口控制数码管的选中,从而实现数据显示。对于特殊字符(如小数点、负号、字母"C"等),需要使用不同的显示子程序。
3. 定时器T0中断服务程序:定时器T0用于计时,中断周期可设为50ms或10ms。中断发生时,程序会判断当前是时钟计时还是秒表计时,如果是时钟计时,每20次中断(即1秒)更新秒数;如果是秒表计时,每10ms增加一次计数值。计时数据存储在特定的内存地址,如70H-71H(秒)、76H-77H(分)、78H-79H(时),最大计时可达设定的最大值。
这个设计充分考虑了功能需求、硬件资源的优化使用以及程序的高效运行,为51单片机课程设计提供了实际案例,有助于学生理解和掌握单片机控制系统的设计方法。