第3章 数码管电子时钟硬件系统设计
3.1系统整体方案设计
利用单片机（AT89S51）制作简易电子时钟，由六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。6个PNP管（9012）分别控制六个数码管的亮灭，两个按键用于时间调整。
3.2系统硬件组成
电源部分直流电源5V 复位电路 按键 控制部分 单片机（AT89S51） 显示部分 位选部分 6个PNP三极管（9012） 6个七段共阴极数码管 显示秒，分钟及小时位 图3-1系统框图
根据系统框图和设计方案本文硬件电路主要分为五个部分：第一部分为以AT89S51单片机为核心的控制模块；第二部分是复位电路；第三部分位选部分，用以对显示部分的选通；第四部分为由LED数码管和发光二极管组成的显示模块；第五部分是按键部分，用来对时钟进行调时；第六部分为电源部分，为系统提供电源如图3-1所示。
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3.3模块设计
3.3.1控制部分
单片机实验板[13]是一台含有AT89S51;内含CPU、ROM、RAM、CTC、INT及I/O接口的微控制器，芯片外部还配有复位电路、振荡器蜂鸣器按键数码管及发光二极管等电路，将这些器件焊接在一块电路板上，组成的一台最简单的单片机控制系统。
（1）实验板的主要组成有89S51、复位电路、时钟电路（最小系统）、外部中断按钮、数码管、发光二极管、微动开关、蜂鸣器和拨码开关等组成。
（2）AT89S51的P1、P2、P3、P4口可用作数码管显示端口，如果用7段数码管显示数字，应当把电路板上的J1、J2、J3、J4短路，J5、J6开路，使正5V电压加到数码管上，数码管才能正常工作，否则数码管不亮。
（3）P0作为发光二极管输出口时，应当把J1短路环去掉，数码管不供电，将J5短路环插上给发光二极管供电，发光二极管才能正常工作。
（4）P1口也可以作为下载程序的输入口，与专用下载线相连接通过PC机的并行口可以下载二进制码或十六进制码文件到单片机的ROM中。
本电路板中P3口即是输入口又是输出口，当作为输入口时，应当把J4、J6短路环去掉，这时K1、K2、K3、K4及S1才能正常工作。
（5）当P3口作为输入口时，首先应当把S1拨码开关开路，如果输出给数码管，将J4短路J6开路，如果用蜂鸣器，将J6短路J4开路。蜂鸣器连接的是P3口的RXD端，使用蜂鸣器时，将J6短路蜂鸣器才能正常工作。
（6）40芯插头（JP1）的各个插针与AT89S51的各管脚一一对应，可以通过40芯插头扩展各种外围接口芯片或接口板。
（7）89S51的31脚为访问外部程序存储器允许端，当用外部程序存储器时，31脚应接地，如果访问内部程序存储器31脚应接5V，即31脚为高电平，此电路板接高电平，使用内部ROM。
AT89S51 (8位微控制单片机，片内含4K bytes可系统编程的存储器) AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，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8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP)也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL
公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场介，可灵活应用
于各种控制领域。
单片机内设有一个由反向放大器所构成的震荡电路，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。时钟电路可以由内部方式产生或外部方式产生。在
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XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。晶体可以在1.2MHz—12MHz之间选择，电容值在5PF—30PF之间选择，电容的大小可起频率微调作用。外部方式的时钟电路中，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。
本论文根据实际需要和简便，采用内部振荡方式。MCS-51内部有一个可以构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起构成一个自激振荡器。
MCS-51虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外接元件构成震荡时钟电路。外接晶体以及电容C1和C2构成并联谐振电路接在放大器的反馈回路中。对接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性，起振的快速性和温度的稳定性，晶振频率可在1.2MHz-12MHz之间任选，电容C1和C2的典型值在20pF-100pF之间选择，考虑到本系统对于外接晶体频率稳定性要求不高，所以采取比较廉价的11.0592MHz陶瓷谐振器，根据调试电容选择30pF。
外部振荡电路单片机必须在AT89S51的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路,只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元。AT89S51的管脚图如3-2所示。
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图3-2控制电路
3.3.2复位电路设计
MCS-51单片机在RESET输入端出现高电平是实现复位和初始化。在振荡器运行的情况下，要实现复位操作，必须使RST引脚至少保持两个机器周期（24个振荡器周期）的高电平。CPU在第二个机器周期内执行内部复位操作，以后每一个机器周期重复一次，直到RST端电平变低。复位期间不产生ALE及PSEN信号。内部复位操作使堆栈指示器SP为07H,各端口都为1（P0—P3口的内容均为OFFH）,特殊功能寄存器都复位为0，但不影响RAM的状态。当RST引脚返回低电平以后，CPU从0地址开始执行程序。
MCS—51复位电路有两种：一种是加电自动复位电路，一种是开关复位电路。加点复位电路在加电瞬间，RST端的电位与VCC相同，随着RC电路充电电流的减少，RST端的电位逐渐下降。只要RST端保持10ms以上的高电平就能使MCS—51单片机有效地复位。复位电路中的RC参数通常由实验调整。当振荡频率选用6MHz时，Cr选22F.Rr选1k便能可靠地实现加电自动复位。若采用RC电路接通施密特电路的输入端，施密特电路输出端接MCS-51和外围电路的复位端，即可使系统可靠地同步复位。
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