综上所述,要设计的电路基本上由以下五大部分组成。
(1)显示时、分、秒的数码管显示电路。
(2)驱动数码管显示的驱动电路。
(3)实现人工控制的按键模块。
(4)控制驱动电路和显示电路协调工作的中心控制电路。
(5)对整个系统进行供电的电源模块。
由以上的分析画出的系统整体框架如图3所示:
图3 系统框架图
3.2具体电路设计
由上一步的系统框架图,选择合理的器件、芯片来设计具体的电路。
(1)显示电路中用八位共阳极数码管作为主要的显示电路来实现时、分、秒的数字显示,当显示秒表时用dp位来显示小数点。时间的显示有两种显示方案。
方案一:静态显示,即当显示器显示某一字符时,相应的发光二极管恒定导通或截止。该方式每一位都需要一个8位输出口控制[8]。静态显示时较小电流能获得较高的亮度,且字符不闪烁。但因当所需显示的位数较多时,静态显示所需的I/O口数较大,造成资源的浪费。
方案二:动态显示,是将每个数码管的8个字段"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起,另外一端由单片机供给输入信号,单片机所提供的信号控制着数码管的每一个字段是亮还是灭。在扫描显示过的程中,只要控制数码管的每一个字段点亮时间小于2ms,扫描的速度足够快,由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应,给人的感觉显示的就是一组稳定的数据[9]。效果和静态显示是一样的。数码管的亮度与导通电流、点亮时间及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。而这些参数可以通过设置单片机中的显示程序来控制。因此能够节省大量的I/O端口,而且功耗更低,操作也更加的灵活。从节省单片机芯片I/O口和降低能耗角度出发,同时从操作简单方便着手,本次数字时钟数码管显示选择设计采用方案二。
(2)在驱动电路中,数码管的驱动电路有两种方案
方案一:上拉电阻驱动方式。数码管段码与接有上拉电阻的单片机芯片I/O口相连,通过编程,单片机芯片即控制段码电平的高低。该方式经费低,但实物制作较复杂[10]。
方案二:7407芯片驱动方式。数码管段码与7407芯片B口相连,7407芯片A口与单片机芯片I/O口,通过编程,单片机芯片即可控制段码电平的高低。该方式实物制作简单,增强驱动数码管段码能力[11]。从实物制作简易程度与驱动数码管段码能力角度出发,本数字电子钟数码管驱动选择设计采用方案二。
(3)在中心控制电路中,选用功能强,体积小,功耗低,价格便宜,工作可靠,使用方便的AT89S51单片机作为控制电路的中心。它有4个双向的I/O接口,可实现信号的输入与传出。且可以调整信号的传送频率。
(4)在按键模块中,设置三个按键来实现对中断的请求和时、分、秒的调整,以及秒表显示的选择。
(5)电源模块中,接+5V的电源。由于接地的地方比较多,地线面积要尽可能的大。
每一个模块都要尽可能的做到所用的芯片最少但是完成的功能最多,性能最稳定。并且,各个模块间的相对功能的影响要降到最低。因此,各模块间还要加入一些抗干扰的元件。如电容元件等。
按照设计思路,所设计的电路图如图4所示:
图4 电路原理图
4.系统的具体实现
4.1电路安装
按照电路原理图把元器件安装到电路板对应的位置,用导线把对应的元器件的引脚相连接,再用焊锡焊接好。元器件的排列应尽量整齐、美观。
注意事项:
(1)元器件的布局应尽量集中,并且各个元器件间引脚的连线应尽量短、不弯曲,跳线尽量少。
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