基于单片机的数字钟设计

基于单片机的数字钟设计

作者：刘文青 于硕 王洋 来源：《商情》2014年第51期

摘要 设计的电子时钟是基于51单片机，同时使用c语言为程序设计语言，从而克服传统电子时钟的弊端。本设计拟实现的基本功能为单片机计时显示功能。能够体现单片机电子时钟的可扩展优越性，加入时间调整程序，使用按钮，调整时间。 关键词 单片机 数字钟 c语言

20世纪末，电子技术有了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的速度也越来越快。时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。钟表就成为现代人生活中必不可少的计时工具。 单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟是采用数字电路实现对.时，分，秒.数字显示的计时装置，广泛用于个人家庭，车站，码头办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。因此，研究数字钟，有着非常现实的意义。本次设计就着手设计一个具有简单计时功能的数字钟。

1系统工作原理 1.1功能说明

全面熟悉、掌握单片机的基本知识，在单片机内部存储器分别存放时钟的时、分、秒信息，并通过程序控制扫描输出显示数据。利用定时器0与软件结合实现1秒定时，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，则将时字节清零，从而达到计时的功能，该方案具有硬件电路简单的特点，单片机不通电，程序将不执行。此外还要实现对时间的调整功能，单片机的P1.0、P1.1、P1.2口分别接三个按键，当按下P1.0按键时，系统进入调时间时、分的状态的功能；当按下P1.1按键时，对显示的数码管进行加一的功能，当按下P1.2按键时，对显示的数码管进行减一的功能，从而达到调整时间的目的；在RST接口还接有一个按键，当按下RST按键时，实现对电子时钟进行复位的功能。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

1.2基本原理

数字钟系统主要包括：STC单片机、键盘扫描、复位电路、三级管放大电路、晶振、秒闪烁灯及时分数码管时分显示电路。 2设计 2.1复位电路

复位电路采用的是手动复位的方式，此复位电路是将RST复位引脚接一个电容到VCC，并且并联一个按键，然后接一个电阻到地，当按下按键时系统就会复位，即按键按下时为高电平，按键松开时为低电平，RST复位输入信号高电平有效。 2.2时钟电路

单片机外接石英晶体和微调电容实现了使用其内部时钟产生的时钟脉冲，其中晶振为12M，电容均为30pF无极性电容。单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。 2.3键盘扫描电路

单片机的P1.0、P1.1、P1.2口分别接3个开关按键，当按下P1.0按键时，系统进入调时间时、分的状态的功能；当按下P1.1按键时，对显示的数码管进行加一的功能，当按下P1.2按键时，对显示的数码管进行减一的功能，从而达到调整时间的目的。 2.4三极管放大电路

晶体三极管有NPN和PNP两种结构形式，本设计用的是PNP形式的，单片机P2口接一个1K欧姆左右电阻，然后与三极管的基极相连，发射极接+5V电压，集电极接数码管端口。 3软件设计 3.1系统主程序

数字钟系统主程序流程图，首先初始化，开总中断，启动定时器，然后允许T0中断，并重复调用键盘扫描模块和数码管显示模块。 3.2中断程序

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

定时器/计数器T0用于时间计时。选择方式1，重复定时，定时时间设为50ms，定时时间到则中断，在中断程序中用一个计数器对50ms计数，计20次则对秒单元加1，秒单元加到60则对分单元加1，同时秒单元清0；分单元加到60则对时单元加1，同时分单元清0；时单元加到24则对时单元清0，在对各单元计数的同时，把它们的值放到存储单元的指定位置。 3.3键盘扫描子程序

按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况看，在释放一个键时，也回会出现类似的情况。这就是抖动。抖动的持续时间随键盘材料和操作员而异，不过通常总是不大于10ms。很容易想到，抖动问题不解决就会引起对闭合键的识别。用软件方法可以很容易地解决抖动问题，这就是通过延迟5ms来等待抖动消失。键盘扫描是先检测是否有按键按下，如果有按键按下，则进行调时并消抖，再判断按键是否释放，如果按键释放即调时结束。 4调试

按照电路PCB图把元器件安装到铜板对应的位置，再用电烙铁和焊锡将元器件各引脚焊接好。将电路板接上5V直流电源，再将用程序调试软件将编译好的目标程序代码下载到单片机芯片中，即开始进行软件的调试工作。进行多次反复操作，直到调试出正确结果。 5结论

在这次设计过程中，刚开始，我们有很多地方理不清头绪，无从下手，但通过认真研究设计课题，找书上网查资料，确定基本设计方案，对所用芯片功能进行查找、调试，然后画电路图制PCB板、打孔、溶铜、焊接等，真的经历了许多困难，同时我们也积累了很多宝贵的经验。

设计主要分成硬件和软件两大模块。从总的来说，硬件部分比较好入手，电路也较简单，主要涉及的是简单的按键、电容、电阻、晶振、三极管和数码管。整个设计过程中遇到的最大问题是软件的编写，软件部分细分为了键盘扫描、中断模块、显示模块，最后把几个模块整合在主程序模块中，最终实现了数字钟的功能。

这次设计目的就是将在课程中学到的理论知识运用到实际作品设计、操作中，更进一步地熟悉单片机芯片的结构及掌握其工作原理和具体的使用方法与相关元器件的使用方法，了解电路的开发和制作及课程设计报告的编写。我们在设计中总结出了一个重要的经验：一切问题都要结合实际进行设计。 参考文献：

[1]周昌七.桌面电子时钟制作.电大理工，2006（11）.

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

[2]彭小军.用单片机实现电子时钟.新余高专学报，2006，9（2）. [3]黄正谨.综合电子设计与实践.东南大学出版社，2002. [4]李念强，崔世耀.单片机原理及应用，机械工业出版社，2013.