基于PROTUES 数字钟的设计与实现

周 婷

（广东理工职业学院，广东广州 510030）

数字钟是可以实现时、分、秒计时的钟表，应用非常广泛，它与传统的机械时钟相比较，数字钟拥有更加直观、精度高且使用寿命更长等优点[1]。数字钟给人们的生活工作带来了非常多的便利，而且增加了很多实用功能，比如整点报时、按时打铃、各种家用电器的自启动等，所以研究数字钟有着非常重要的意义。

数字钟的设计方法有很多，可以使用数字电路中的触发器、计数器等组成数字钟，也可以采用专用的电子时钟芯片加上外围电路组成，还可以使用单片机实现，这些方法各有优势[2-3]，由数字电路组成的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码显示电路、校时电路等组成，还可以增加扩展功能，如整点报时电路、倒计时电路等。本文采用单片机AT89C51 实现，单片机式数字钟编程更加灵活、功能也更方便扩展。

1 数字钟硬件电路设计

单片机设计的数字钟主要包括AT89C51 单片机、晶体振荡电路、数码显示电路和秒分时调整电路。AT89C51 能提供4k 字节，Flash 闪速存储器，256 字节片内数据存储器，三十二个IO 口，两个十六位定时/计数器，一个五向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。AT89C51 因其性能优良和价格低廉而被广泛应用，数字钟的整体原理方框图如图1 所示。

图1 数字钟的原理图

1.1 晶体振荡电路

目前频率发生器主要分两种：（1）采用555 定时器构成的多谐振荡器作为数字钟的频率发生器，灵敏度非常高且稳定，同时对电源电压和环境温度的影响较小，但是不方便调节频率占空比，且频率一般不能太高；（2）采用石英晶体振荡器作为频率发生器。晶体振荡电路采用压电材料振动晶体的机械共振，创建给定频率的电信号，采用晶体振荡电路发出的频率非常稳定，且受温度影响小，所以本设计采用晶体振荡电路用于提供稳定的时钟信号。晶体振荡电路和复位上电电路如图2 所示。

图2 晶体振荡电路和复位上电电路

1.2 时钟显示电路

时钟显示电路模块采用八个共阳极八段数码管，其中P1.0～P1.7 控制数码管的八段LED 灯的亮灭，即输入段码；P3.0～P3.7 控制具体一位数码管显示，即输入位码，而AT89C51 对P3.0～P3.7 端口进行动态扫描。

1.3 按键电路

当数字钟运行一段时间后，存在一定误差，采用按键电路可以分别对时、分、秒进行调节。本数字钟用P1.0、P1.1、P1.2 三个端口分别控制时、分、秒三个按键。当按键中某个端口输入低电平时，AT89C51 单片机读取此时按键状态，并采用软件去抖，时钟按键每按下一次时钟加一，当累加到二十四时，重新从零开始计数；分钟按键每按下一次时钟加一，当累加到六十时，重新从零开始计数；秒钟同理。

2 数字钟软件设计

2.1 本电路的功能

1.数字钟开机时，显示12:00:00 的时间开始计时。

2.校正功能：P0.0 控制“秒”的调整，每按一次加1 秒；P0.1 控制“分”的调整，每按一次加1 分；P0.2 控制“时”的调整，每按一次加1 小时。

2.2 部分程序

1.初始化使显示时间的位全为12:00:00,其他都不点亮；首先建立两个数组，dispcode[]存放0～f 的段码，dispbitc ode[]存放位码，通过dispbuf[8]显示12:00:00。如果把dispbitcode[2]、dispbitcode[3]对应的16 改为X（10～15 中的一个），并将其指向dispcode[16]即0x00 改为dispcode[X]即0x40。时分秒的间隔就为“—”。

2.秒显示程序，每来一个脉冲信号，second 自加一，当second 等于60 时，重新计数，并且在数码管上分别显示秒的十位和个位。时钟和分钟也是类似的编写方式。

3 电路仿真

本文以PROTUES 作为仿真软件，在PROTUES 中搭建数字钟电路，再用Keil 仿真软件编写程序，导出.HEX 文件，再把.HEX 文件导入到PROTUES 仿真运行。Proteus 软件是英国Lab Center Electronics 公司出版的EDA 软件工具，它不仅具有其它EDA 工具软件的仿真功能，而且还能从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计[4-5]。

在仿真过程中要注意以下几点：

（1）要认真检查元器件型号、位置以及引脚是否正确；

（2）检查电源电压是否正确，常用的工作电压有5V、12V、15V 等；

（3）仿真时注意要修改晶振频率为12MHZ，否则可能不能运行。如图3 所示为数字钟仿真图。

图3 数字钟仿真图

4 结语

本文基于Proteus 仿真软件和 Keil 开发环境设计出数字钟，在产品投入实验前，先用软件仿真，减少了成本，也提高了产品设计的工作效率，缩短了周期。数字钟在生活和工作中也非常常用，我们还可以给数字钟增加闹钟、整点报时等功能，增加数字钟的应用范围。