隨著生活壓力的增大，我們經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，快生活已經(jīng)悄悄地侵入了我們的世界，同時(shí)，已經(jīng)成為我們?nèi)穗H交往等生活中必要地素質(zhì)體現(xiàn)，從而對(duì)時(shí)間的要求提高了，同時(shí)顯示的視覺(jué)感美感也進(jìn)一步提高了，要求顯示的更加直觀了更加精確了，同時(shí)也需要準(zhǔn)時(shí)提醒的功能了。

電子鐘是當(dāng)前市面上十分普及的計(jì)時(shí)裝置，它成本低廉，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，而且由于其顯示裝置可以發(fā)光，因此夜間也清晰可見(jiàn)，它的性價(jià)比是比較高的，現(xiàn)在人們尤其是在青年人群中，使用電子計(jì)時(shí)裝置的人數(shù)已經(jīng)大大超過(guò)了傳統(tǒng)的上弦表。本設(shè)計(jì)采用的是目前市面上比較普遍的 STC89C52 單片機(jī)，它是一款 8 位的處理器，即數(shù)據(jù)是以 8 位來(lái)運(yùn)算和處理的。雖然現(xiàn)在有很多單片機(jī)比 51 單片機(jī)    性能好，但是價(jià)格卻很昂貴，這顯然不符合我們制作電子時(shí)鐘追求高性價(jià)比的初衷，而且選用的這款 STC89C52 單片機(jī)的抗干擾能力強(qiáng)，體積小，對(duì)于電子設(shè)計(jì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)也是比較容易的。這款單片機(jī)結(jié)合數(shù)碼管、獨(dú)立按鍵、11.0592MHz 晶振、74HC573 鎖存器、數(shù)碼管等器件，通過(guò)在萬(wàn)用板上的焊接，或者將元件焊在事先設(shè)計(jì)制作好的 PCB 板上，就完成了一個(gè)電子鐘的制作。該設(shè)計(jì)能準(zhǔn)確顯示年、月、日、時(shí)、分、秒，具有鬧鐘響鈴的功能，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品壽命長(zhǎng)，誤差低的特點(diǎn)。

1.2設(shè)計(jì)原理

單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路構(gòu)成了單片機(jī)最小系統(tǒng)，通過(guò)串行通信接口與ＰＣ機(jī)相連，將時(shí)鐘數(shù)值送往ＬＥＤ數(shù)碼管顯示。定時(shí)／計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是單片機(jī)內(nèi)部的兩大部件，其中定時(shí)／計(jì)數(shù)器用來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘的最小時(shí)間單位———               秒，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中３個(gè)單元用來(lái)存儲(chǔ)時(shí)、分、秒的數(shù)值。

時(shí)間先從秒單元累加，當(dāng)６０秒到來(lái)向分單元進(jìn)１，且秒單元清０ ；當(dāng)６０分到來(lái)向時(shí)單元進(jìn)１ ，且分單元清０ ；當(dāng)２４時(shí)到來(lái)，時(shí)單元清０。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器三個(gè)單元的數(shù)值將會(huì)送到 ＬＥＤ數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示。

1.3整體設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

打開(kāi)電源后默認(rèn)顯示如下：

時(shí)間顯示：00：00：00

鬧鐘顯示：00：01：01

日歷顯示：2018 年 6 月 8日

星期顯示：星期 5

其中時(shí)間、星期、日歷、都是可以通過(guò)按鍵可以調(diào)控的，鬧鐘也是可以通過(guò)按鍵進(jìn)行定時(shí)的，定的時(shí)間到了通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。按照整體的設(shè)計(jì)要求，使用五大模塊相結(jié)合的設(shè)計(jì)構(gòu)造，有液晶 LED展示數(shù)字，按鍵手動(dòng)調(diào)整控制模塊、鬧鐘與蜂鳴、聲音報(bào)警模塊。具體的思路框圖如圖 1 所示。

本設(shè)計(jì)以C語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，在Keil uVISION4軟件平臺(tái)上進(jìn)行C程序的編輯，連接和調(diào)試，最終與Proteus仿真軟件相結(jié)合，進(jìn)行相關(guān)的電路仿真及修改。 Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。

2 主要器件的選型

STC89C52單片機(jī)：本設(shè)計(jì)中采用型號(hào)為STC89C52的單片機(jī)，STC89C52是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含6個(gè)中斷源，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器（ROM）和256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-52指令系統(tǒng)。STC89C52兼容MCS51指令系統(tǒng)，提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能8K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I|O口線，3個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)STC89C52可以降至0HZ的靜態(tài)邏輯系操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)器計(jì)數(shù)器，串行通信接口，以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作，直到下一個(gè)硬件復(fù)位。

數(shù)碼管：分段式顯示器（LED數(shù)碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號(hào)。LED數(shù)碼管有共陽(yáng)、共陰之分。

RESPACK-8排阻：即8個(gè)阻值為10K的電阻

電解電容CAP-ELEC：電解電容是一種按結(jié)構(gòu)、制作工藝劃分的電容種類(lèi)。通常，電解電容是一種有極性的電容。電解電容的陽(yáng)極采用可鈍化的金屬材料，比如鋁、鉭、鈮、鈦等；介電材料為陽(yáng)極金屬材料表面生成的致密氧化物薄膜；電解電容的陰極材料為電解質(zhì)。電解電容的主要特點(diǎn)是，在相同的體積下，可以得到比普通電容大得多的電容量（假設(shè)耐壓相等）。

晶振CRYSTAL：石英晶體諧振器（英文：quartz crystal unit或quartz crystal resonator，常簡(jiǎn)寫(xiě)成Xtal），簡(jiǎn)稱(chēng)石英晶體或晶振，是利用石英晶體（又稱(chēng)水晶）的壓電效應(yīng)，用來(lái)產(chǎn)生高精度振蕩頻率的一種電子元件，屬于被動(dòng)元件。該元件主要由石英晶片、基座、外殼、銀膠、銀等成分組成。根據(jù)引線狀況可分為直插（有引線）與表面貼裝（無(wú)引線）兩種類(lèi)型。現(xiàn)在常見(jiàn)的主要封裝型號(hào)有HC-49U、HC-49/S、GLASS、UM-1、UM-4、UM-5與SMD。

與開(kāi)關(guān)BUTTON、22pf的電容CAP等

3 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用 AT89C52 為核心控制器件。單片機(jī)想要工作，需要有時(shí)鐘電路、供電電路及復(fù)位電路配合。AT89C52 為常用的時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘電路，配 合 外 部 12M 晶 振 和 電 容 與 XTAL1 和XTAL2 連接組成，為單片機(jī)提供基本的機(jī)器周期脈沖。單片機(jī)復(fù)位電路為手動(dòng)復(fù)位電路，當(dāng)單片機(jī)發(fā)生異常工作時(shí)可通過(guò)復(fù)位按鈕讓單片機(jī)復(fù)位。AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOSX8 位單片機(jī)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS －51 指令系統(tǒng)，所以編程簡(jiǎn)單。AT89C52 單片機(jī)由于其控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)編程，價(jià)格低廉在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52有 40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 2 所示。

開(kāi)關(guān)采用一種常開(kāi)型按鍵開(kāi)關(guān)，在常態(tài)時(shí)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)處于斷開(kāi)狀態(tài)，只有按下按鍵時(shí)點(diǎn)閉合短路，所以可以用萬(wàn)用表檢測(cè)開(kāi)關(guān)的管腳排列、好壞和質(zhì)量。

按鍵是利用機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵的閉合與釋放，由于彈性作用，機(jī)械觸點(diǎn)在閉合及斷開(kāi)瞬間會(huì)有抖動(dòng)的過(guò)程，從而使鍵輸入電壓的信號(hào)也存在抖動(dòng)現(xiàn)象。

抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5～10ms，穩(wěn)定閉合期時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的動(dòng)作決定，一般為幾百毫秒到幾秒。為了保證按鍵按動(dòng)一次，CPU對(duì)鍵閉合僅作一次按鍵處理，必須去除抖動(dòng)的影響。

去除抖動(dòng)的方法一般有硬件和軟件兩種：

硬件方法就是在按鍵輸出通道上添加去抖動(dòng)電路，從根本上避免電壓抖動(dòng)的產(chǎn)生，去抖動(dòng)電路可以是雙穩(wěn)態(tài)電路或者濾波電路。

軟件方法通常是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)延遲10～20ms的時(shí)間，待抖動(dòng)期過(guò)去后，再次檢測(cè)按鍵的狀態(tài)，如果仍然為閉合狀態(tài)，才認(rèn)為是有鍵按下，否則認(rèn)為是一個(gè)擾動(dòng)信號(hào)。按鍵釋放的過(guò)程與此相同，都要利用延時(shí)進(jìn)行消抖處理。由于人的按鍵速度與單片機(jī)的運(yùn)行速度相比要慢很多，所以，軟件延時(shí)的方法簡(jiǎn)單可行，而且不需要增加硬件電路，成本低，因而被廣泛采用。

其中第一個(gè)按鍵控制選擇需要的鐘位，第二個(gè)按鍵控制加一調(diào)節(jié)，第三個(gè)按鍵控制減一調(diào)節(jié)。

該設(shè)計(jì)的默認(rèn)鬧鐘電路當(dāng)00：01：01時(shí)，蜂鳴器發(fā)出 500 Hz 的聲音，該聲音為一首《祝你平安》，由于是由方波輸出，故音質(zhì)較差。時(shí)鐘的初始值為00：00：00，為了在盡快時(shí)間看到效果，故將本次設(shè)計(jì)將鬧鐘的默認(rèn)時(shí)間定為00：01：00。

數(shù)碼管是四位共陽(yáng)極數(shù)碼管，即每位數(shù)碼管上的 8 個(gè) 8 個(gè)發(fā)光二極管以共陽(yáng)極方式連接，那么數(shù)碼管的 8 位段選碼只要在相應(yīng)位置低電平即可使某一二極管亮，若要顯示“8.”那么段選碼應(yīng)為“0x00”，這樣才能使每位數(shù)碼管上的 8 個(gè)發(fā)光二極管都被點(diǎn)亮，數(shù)碼管的 8 個(gè)段選引腳是分別接到 P0.0 到 P0.7 引腳的，因此控制 P0 口的輸出信號(hào)來(lái)控制數(shù)碼管的段選。由于 6 位數(shù)碼管的每位的 8 個(gè)段選都是連在一起的，因此在段選引腳上輸入的信號(hào)會(huì)被同時(shí)送到 6 個(gè)數(shù)碼管上去。所以為了實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管可以顯示不同的數(shù)字，則必須要用掃描的方式使各位數(shù)碼管輪流顯示。6 位數(shù)碼管有 6 個(gè)位選引腳，將它們分別接到單片機(jī)的 P2.0到 P2.5 引腳上去。這樣通過(guò)控制 P2 口低四位的輸出電平的高低即可控制哪一位數(shù)碼管點(diǎn)亮。比如將 P2.0 引腳置為低電平，則顯示“分鐘的十位”的數(shù)碼管允許通入段選信號(hào)，將 P2.3 引腳置為低電平，則顯示“秒的個(gè)位”的數(shù)碼管允許通入段選信號(hào)。這樣通過(guò)比較快速的掃描，即可實(shí)現(xiàn) 6 位數(shù)碼管輪流被位選導(dǎo)通。由于人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)，因此以很快的速度掃描的話，人眼會(huì)認(rèn)為是四個(gè)數(shù)碼管一起在亮。利用這個(gè)原理，我在程序中設(shè)定大約是每 10us 就換一個(gè)位顯示，保證人眼看到是一起亮的。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試

Proteus 軟件是一種混合電路仿真軟件，Proteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。

1）在KEIL軟件中編寫(xiě)程序，完成后，單擊“項(xiàng)目”下的“編譯”，產(chǎn)生“.hex”文件。

（2）打開(kāi)pro t e us軟件，畫(huà)上硬件電路圖，保存。

（3）雙擊AT89C52芯片，在program file中加入“.hex”文件，按確定。

（4）調(diào)試運(yùn)行。

顯示時(shí)間為凌晨16分

顯示鬧鐘為在凌晨1分1秒時(shí)響

顯示日歷為18年6月8日

顯示星期為星期5

6、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

此設(shè)計(jì)使用數(shù)字進(jìn)行清晰的顯示，將所需要的信息如時(shí)間、年份、月份和當(dāng)時(shí)的溫度與濕度等得到的信息在液晶顯示屏上展示出來(lái)，同時(shí)還可以手動(dòng)對(duì)時(shí)間以及鬧鐘進(jìn)行設(shè)定。此設(shè)計(jì)使用 5V 的電壓作為電源來(lái)供電，利用的是以 STC89C52 單片機(jī)為主要控制系統(tǒng)，耗能低。設(shè)計(jì)的多功能智能電子鐘易于閱讀，液晶顯示清晰，設(shè)計(jì)電路所用元器件少且簡(jiǎn)單，成本低，同時(shí)展示的功能比較齊全，優(yōu)點(diǎn)多，根據(jù)現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)和電子測(cè)量?jī)x器的不斷完善，其市場(chǎng)需求是非常樂(lè)觀的。

簡(jiǎn)易電子鐘是基于 STC89C51 單片機(jī)的一個(gè)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在完成原理電路圖的設(shè)計(jì)之后，要進(jìn)行的是焊接工作。要準(zhǔn)備焊錫在萬(wàn)用板上焊接，焊接過(guò)程中要注意防止出現(xiàn)虛焊、漏焊、錯(cuò)焊等問(wèn)題。在焊接好后，不要忙于通電，首先要檢測(cè)有沒(méi)有短路，萬(wàn)一有短路就通電，將會(huì)很麻煩，容易燒毀電路板或元器件，更容易引發(fā)安全隱患，應(yīng)確保無(wú)短路再通電。本電子鐘所需的元器件購(gòu)買(mǎi)的成本價(jià)很低，并且在制作過(guò)程中有助于理解 51 單片機(jī)的性能及應(yīng)用方法，同時(shí)用 Keil C51 軟件編寫(xiě)程序有助于鍛煉程序編寫(xiě)能力。同時(shí)設(shè)計(jì)這個(gè)簡(jiǎn)易電子時(shí)鐘使我運(yùn)用已有的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決一個(gè)理論問(wèn)題或?qū)嶋H問(wèn)題，把知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際訓(xùn)練，培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

附錄B：系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖

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