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单片机课程设计
第2 章 总体方案论证与设计
本系统采用单片机AT89C51为LED电子钟的控制核心，系统主要包括单片机最小系统、LED显示电路、蜂鸣器电路、独立键盘电路等。下面对电路的设计逐一进行论证比较。
2.1 数字时钟方案
数字时钟是本设计的最主要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。 方案一：本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS12887A。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。
方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。而且，由于是软件实现，当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作[4]。
基于硬件电路的考虑，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。
2.2 LED显示方案
方案一：静态显示。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。该方式每一位都需要一个8 位输出口控制。静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示所需的I/O口太多，造成了资源的浪费。
方案二：动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到
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单片机课程设计 整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁[5]。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口，降低了能耗。
比较以上两种方案，系统设计中采用方案二。
2.3 总体硬件组成框图
图2-1 总体硬件组成框图
系统框图如图2-1所示，系统主要由三大模块组成即LED显示模块、蜂鸣器模块、独立键盘模块。
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第3章 系统硬件设计
为使该模块化LED电子钟控制系统具有更加方便和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括LED显示模块、蜂鸣器模块、独立键盘模块等三大模块。
3.1 LED显示模块的硬件设计
LED显示模块是LED电子钟设计的关键部分，显示电路设计的好坏直接关系到时间显示、定时、秒表等重要问题。本次设计中LED的显示是通过三极管和六位数码管显示实现的。
三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流[6]。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用[7]
。NPN三极管管脚图如图3-1所示：
图3-1 NPN三极管管脚图
本实验中， LED的数据输入端口接到单片机89C51的P0口，使用P2.0~P2.5分别通过一个三极管来控制数码管的1~6位[8]。LED显示电路原理如图3-2所示：
图3-2 LED显示电路原理图
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单片机课程设计 3.2蜂鸣器电路设计
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型[9]。蜂鸣器电路的设计原理图如图3-3所示：
图3-3 蜂鸣器电路设计原理图
由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O 口是无法直接驱动的(但AVR可以驱动小功率蜂鸣器)，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了[10]。
3.3 独立键盘模块的设计
该部分电路原理图如图3-4所示：
图3-4 独立键盘原理图
如图3-4所示，按键的一端连接到电源地，另一端直接连到51单片机的I/O引脚上。本实验中独立按键接于P3口，所以无需外接上拉电阻[11]。当按键被按下时，单片机的I/O引脚直接连接到电源地，其上被加了一个低电平。
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