基于单片机的时钟控制电路1

基于单片机的多功能时钟控制电路

0．引言

在日常生活、生产中，很多单位都需要一款灵活、稳定而又功能强大的自动定时控制系统，以规范本单位的作息时间或定时控制一些设备。现下，市面上出现的一些时控设备或功能单一，或使用烦琐，或价格昂贵，总有一些不尽如人意的地方。本时控系统可以控制八路（可由程序定制）执行设备，每路执行设备的起控时间可多时任意设定，完全能够满足人们所需要的时控要求。

1．方案总体设计

本系统主要包括：单片机主控电路、数码管显示电路、键盘电路、功能端口扩展电路、电源与复位电路等。系统框图如图一：

图一：系统框图 主控电路选用美国ATMEL公司生产的与MCS—51系列单片机完全兼容的AT89C2051芯片作为电路核心。它是ATMEL微控制器家族中中廉价的成员，内部集成了2K字节的Flash闪存，不需外扩程序存储器，大大简化了电路结构。

电路采用六位共阳LED数码管作为系统的显示器件。每两位分别用来显示时钟的时、分、秒。 键盘电路由六个按键组成，分别用来进行系统复位、时间调整等。

由于AT89C2051端口资源较少（仅有P1、P3口），为了增加控制通道，本设计利用1片74HC374扩展了5个输出端口。

单片机时钟信号采用11.0592M晶振产生。电源电路由三端集成稳压块LM7805提供稳定的＋5V电压。

2．系统硬件设计

基本电路的硬件原理图见附图二。整个电路由：主控电路、显示电路、键盘电路、接口电路、电源电路等组成。

图二：系统硬件原理图。

2．1．主控电路

U1、C1、C2、Y1、C3、R9、S6构成主控电路的最小系统。C1、C2、Y1是单片机时钟源产生电路，Y1选用11.0592M的晶振。C3、R9是系统上电复位电路。S6为电路硬复位按钮。

2．2．显示电路

显示电路由U2、U3、Q1—Q7和六位“共阳”数码管组成（二位一组分别显示时、分、秒）。其中U2为BCD－7段译码器（CD4511），通过单片机U1的P1.4—P1.7将要显示字符的BCD码输入至U2的四个输入端，经U2译码后，输出相应的笔段驱动LED数码管。LED数码管显示采用扫描方式显示，即：在某一时刻，只有一个数码管被点亮。由于扫描速度很快，看上去就象所有数码管同时点亮。采用扫描显示方式的优点是减少器件端口的数量。点亮数码管的位置信号由U3（74HC138）输出，U3为3一8译码器，来自单片机U1的3位数码管位置编码信号，通过U3输

出为相应的数码管驱动信号，并通过V1—V6放大，最后驱动相应的数码管，使之发光。六位数码管接至端口JP4上，其中：端口的3—8脚接六位数码管的公共阳极；9脚接数码管的时、分、秒分隔点脚；16—10脚接六位数码管的段位（A、B、C、D、E、F、G）显示脚。由于U2只能输出7段笔段码，而数码管除了七段笔段外，还有一时、分、秒分隔点，因此，分隔点必须有另外的驱动电路来完成，在这里，通过V7来驱动分隔点。当需要点亮分隔点时，在U1的P1.3输出高电平就可以了。

2．3．键盘电路

键盘电路跟显示电路一样，采用扫描方式，并巧妙利用显示时的数码管驱动的位置信号，也就是在显示的同时，判断相应按键的状态。判断的方法是在显示某一数码管时，判断U1的P3.7的状态，如果P3.7为高电平，说明没有按键按下，如果P3.7为低电平，则说明相应的按键按下，这时，通过读回U1的P3口中P3.3—P3.5的值，就可判断是那个按键按下，然后调用相应的处理程序进行处理。

2．4．接口电路

JP2为电路控制输出端口,输出口除利用了P1.0-P1.2外,还通过一片74HC374扩展了5个输出端。扩展输出口利用显示的间隙，将输出数据通过扩展芯片U4（74HC374）锁存输出，从而既不影响显示功能，也使输出信号稳定。扩展输出过程如下：首先在P3口输出XX110XXX，U3的9脚输出低电平，然后将要输出的数据写到U1的P1.3—P1.7，然后在P3口输出XX111XXX，U3的9脚输出高电平，这样，输出数据就被锁存在U4的Q0—Q4中。

2．5．电源电路

电源电路由三端集成稳压块LM7805提供稳定的＋5V电压。电源电路原理图如图三。

图三：电源电路原理图

系统控制电路可作在8cm×10cm的双面印刷电路板上。（见附图四）。

图四：硬件印刷电路

3．软件设计

软件系统主要包括：定时中断服务程序、时钟显示程序、键般扫描处理程序、时控程序。下面结合利用本设计制作的一款“学校多功能作息时间控制器”为例，介绍程序设计的方法。

3．1．系统主程序流程图如下图五：

图五：主程序流程图

3．2．中断服务程序。

定时中断服务程序为系统控制提供标准时钟，采用T0中断方式。定时中断服务子程序设计见附图六。待显示的6位时钟（时、分、秒各两位）以压缩BCD码形式存放在21H～23H三个存储单元中，低位在前，高位在后。定时中断服务子程序按照时钟规律不断涮新21H—23H三个单元的内容。

图六：中断服务子程序

3．3．显示子程序。

时钟显示子程序用来驱动显示标准时钟（电子表），时间显示至秒。时钟显示采用扫描方式，即：六只数码管从低位到高位依次被点亮。由于扫描速度很快，看上去就象所有数码管同时点亮。

3．4．键盘扫描处理程序

键盘扫描处理程序也采用扫描方式工作，具体设计方法见上文。

3．5．八路时控程序

八路时控程序采用循环调用方式。调用过程中，检测21H—23H三个单元的时钟信息，若与设定的定时起控时间相符则输出至P1口相应管脚。

4．结论：

本系统的软、硬件部分均通过了实际制作与调试，用本系统做成的校园作息时间多功能控制器试用1年多，运行正常。本系统还可应用于其它时控场合。

参考文献：

[1] 杨文龙.《单片机原理及应用学习指导》. 西安电子科技大学出版社。1997.1

[2] 郑学坚.《微型计算机原理及应用》. 清华大学大学出版社。1998.4

[3] 李广第.《单片机基础》. 北京航空航天大学出版社。2001.3

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[6] 余永权.《ATMEL89系列单片机应用技术》. 北京航空航天大学出版社。2002.4

[7] 江思敏等.《PROTEL电路设计教程》. 清华大学出版社。2002.9

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