基于单片机的电子时钟设计

基于单片机的电子时钟设计

柴守亮

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摘要

电子时钟承载了丰富的历史沿革，它的问世不仅深化了人们对时间的理解和感知，其重要性也不言而喻。随着科技进步和消费市场的变化，电子时钟经历了功能和性能上的革命性进步，使其应用范围逐渐拓宽。如今，我们所处的各个场所都可以看到电子时钟的踪影。它与人们的生活已经紧密地结合在一起，起着关键的参考作用，如在工作计划、出行时间、休闲活动、餐饮时间等方面，为现代生活带来了极大的便利性。

关键词：电子时钟；51单片机

1.绪论

电子时钟不仅具有良好的计时特点，而且它体积轻小、用电量低，由于较强的实用性，使得电子时钟备受人们喜爱。现在的电子时钟通常以石英晶体作为稳频元件，不仅走时精度高，而且工作的稳定性大大提高，使用也较为方便，无需进行调试，且电子时钟利用集成电路代替了传统的齿轮结构进行传动，并用LED灯代替传统的指针对时间进行显示，大大减少了它的机械结构，继而降低了走时的误差，不仅实现了对时、分、秒的显示，还能够对时间进行校对，使得电子时钟性能又上了一个台阶。在科技的推动下，电子时钟的款式和功能在不断的翻新，现有的电子时钟在原有的功能上，不断拓展开发，增加了不少新功能。由于其功能的多样化，使用方便性不断提高，不管是人们的日常生活，还是在各种工业技术领域上，电子时钟使用的频率都在不断的增加。比如在超市、商场、汽车和火车站等公共设施场所，电动车、公交车、出租车等各种交通工具上，随处乐见电子时钟的应用，可以说电子时钟已经和人们的日常生活和工作密不可分，在各种机械设备上也是不可缺少的。

2. 硬件电路设计

2.1硬件电路的设计方案

本设计的硬件电路主要分为振荡电路、复位电路、按键模块、发声模块和时间显示模块五个部分。振荡电路的主要任务就是不断地给单片机提供周期性的时钟信号；复位电路的作用就是在通电以后是整个电路复位，或者通过按键的形式手动将电路复位；电路通电后，在单片机和动态显示函数的作用下，LED数码管上便会自动的出现时、分、秒的显示；同时，按键的引脚会在扫描函数的作用下，一直处于检测状态，一旦某一个按键被按下，与之对应的函数功能便会总动启用；假如到达了定时设定的时间，蜂鸣器便会发出声音进行提示。

2.2各功能模块电路设计

2.2.1振荡电路

AT89C51单片机内部有一个高增益反相放大器，它是构成振荡器必不可少的结构，但要形成时钟，还需要附加一些电路。AT89C51单片机的时钟产生主要分为内部时钟模式和外部时钟模式两种。内部时钟的方式是利用单片机内部振荡器，然后将晶振连接在XTAL1和XTAL2两个引脚上；而外部时钟方式主要是利用外部振荡脉冲接入XTAL1和XTAL2。本设计选用的是内部时钟的方式，将振荡频率为12MHZ的晶振与单片机连接，外接的晶振输出的时钟信号会立刻被送进单片机内部的时钟电路，为了能够对晶振输出端的时钟信号的频率进行一定幅度的调整，该电路中在晶振的两端连接了两个30PF的电容，通过振荡电路和单片机内部的定时器协同作用下，便能够精确的完成计时。

2.2.2复位电路

刚通上电源的那一刻，单片机处于一种杂乱的、无序的状态，这时就很可能导致单片机无法正常工作。单片机中的复位就是清除所有的设置从最初的状态重新开始工作，也就相当于手机中的返回操作。单片机通电后，软件系统便会自动觉此复位后从哪里开始实行第一条命令。常用的复位电路有按键脉冲复位电路、上电复位电路和按键电平复位电路。

该电路是将按键、电容和下拉电阻连接并与51单片机的复位引脚相连接所构成，本电路中下拉电阻为10k，电容为10uF。在通电的那一刹那，电阻两端的电势差逐渐减小，电容两端的电势差逐渐增大，RESET引脚在那短暂的一刻呈现为高电平，系统便会自动对整个电路进行复位操作；当复位按键被手动按下，此时的按键就相当于导线，就会把电容短路，电容在此时便会释放初始的电能，电容两端的电势差减小，电阻两端的电势差增大，此时RESET接收到高平信号，整个电路便会被再次复位，回到通电后的状态。

2.2.3按键模块

如图3.4所示的模块中，四个按键K0、K1、K2、K3分别与单片机的引脚P1.0、P1.1、Pl.2、P1.3相连接，且四个按键的一端接地，四个按键的功能分别为校时、闹钟、加和减，根据按键便可完成对时钟的时间设置和定时作用。一旦按下某一按键被按下，那么该按键的引脚就会被拉低，通过该按键输出的数据信号，软件系统便会启用相应的程序来实现该按键所需要实现的功能。当需要进行时间的校对时，按下“校时”按键K0，随后按下K2和K3键，便可进行“时”的校对；再次按下K0键，则切换到“分”的校对；重复上述操作，便可对“秒”进行校对；校对完成后，只需再次按下K0按键，便可显示以校对完成的时间。当需要使用闹钟定时功能时，只需按下按键K1，并通过按键K2和K3，重复时间校对的相同步骤，便可设置定时的时间。

2.2.4时间显示模块

LED数码管分为7段数码管和8段数码管。7段数码管由7个发光二极管组成，而8段数码管是由7段发光二极管和一个圆点型发光二极管组成，圆点型发光二极管用来显示小数点。为了使发光二极管在使用的时候能够获得足够的驱动电压，通常会采用共阳极或共阴极两种接法连接发光二极管。共阳极接法是将所有发光二极管的阳极连在一起，在使用的过程中将阳极的公共引脚增设高电平，阴极的引脚增设为低电平，发光二极管即能够导通点亮，反之，阴极的引脚增设为高电平，发光二极管则不能导通点亮。

3.1主程序设计

上电之后，系统便会自动对电路进行初始化操作。单片机依次开始调用按键子程序、显示子程序、中断子程序，随后返回初始化之后，并循环运行。

3.2子程序设计

3.2.1 按键子程序

按键子程序流程图如图4.2所示。上电之后，单片机会自动扫描是否按键被按下，若没有按键被按下，时钟则会正常走时显示时间，且此时按键K2和按键K3起不到调节时间的作用，一旦K0或K1按键被按下，则会进入校时或闹铃的调时状态，这个时候再按下K2和K3键，便能够调节时单元的加减；第二次按下K0或K1键，则可进行调分状态；如此反复，再次按下便可对秒单元进行调节。

3.2.2显示子程序

通过定义数码管显示函数，分别可以对秒的个位和十位、分的个位和十位以及时的个位和十位进行计算显示。

3.2.3中断子程序

通上电以后，定时器中断会自动判断此刻的时间是不是到了1秒，时间到了1秒，秒单元相应的就会自动进行加1操作；接着就会判断是不是到了1分钟，时间到了1分钟，分单元相应的就会自动进行加1操作；然后就会判断是不是到了1小时，时间到了1小时，时单元相应的就会自动进行加1操作；当时间到了24小时，时单元就会清零。

参考文献

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