【摘 要】 本系统的设计电路是以AT89S52单片机为核心控制器，其外围电路主要包括键盘模块、LED显示模块。这种电子钟不仅具有了一般电子钟的基本功能，并且具有以下功能：闹钟时间设置，显示年月日等一系列功能。其中利用单片机中断系统，实现时间的计时功能。通过键盘和LED提示可方便地校对时钟和设置闹钟时间，完成年月日调整等功能。整个系统使用单片机S52语言进行编程，实现其设计的各项功能。
引言…………………………………………………………………………… 3 1、方案论证与比较……………………………………………………………4 1.1显示模块…………………………………………………………………… 4 1.2控制电路模块 ……………………………………………………………… 4 1.3键盘模块…………………………………………………………………… 4 1.4程序编写语言选择……………………………………………………………4 2、数字时钟系统的工作原理…………………………………………………5 3、数字时钟硬件系统设计……………………………………………………5 3.1时钟、复位、键盘接口电路 …………………………………………………………6 3.2显示器接口电路……………………………………………………………………… 6 4、系统软件部分………………………………………………………………8 4.1开发软件及编程语言简介……………………………………………………………8 4.2程序流程图……………………………………………………………………………8 5、功能说明……………………………………………………………………12 6、测试方法及结论……………………………………………………………12 结束语……………………………………………………………………………12 致谢词……………………………………………………………………………12 参考文献…………………………………………………………………………13
引言
数字时钟已成为人们日常生活中必不可少的物品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。随着技术的发展，人们已不再满足于钟表原先简单的报时功能，希望出现一些新的功能，诸如日历的显示、跑表功能、重要日期倒计时显示等，以带来更大的方便，而所有这些，又都是以数字化的电子时钟为基础的。因此，研究实用电子
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钟及其扩展应用，有着非常现实的意义，具有很大的实用价值。
由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使电子钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。虽然现在市场上已有现成的电子钟集成电路芯片出售，价格便宜，使用也灵活，如可以随意设置时、分、秒的输出，改变显示数字的大小等，并且由于集成电路技术的发展，特别是MOS集成电路技术的发展，使电子钟具有体积小、携带方便，但是这里介绍的实用电子钟可以满足使用者的一些特殊要求，输出方式灵活、功耗低、计时准确、性能稳定、维护方便等优点。
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1、方案论证与比较
1.1显示模块
方案一：采用LED静态显示方式。用此方式编写程序相对比较简单，一旦将欲显示的数据发送出
去，只要当前显示的数据没有变化，就无须理睬数码管显示器，这就是静态数码管显示的好处。但本设计显示的位数比较多，若用此方案则会使硬件的开销多，耗电量大。
方案二：采用LED动态显示方式。此方式可以大幅度地降低硬件成本和电源的功耗，因为某一时刻只有一个数码管工作，也就是所谓的分时显示，故显示所需要的硬件电路可分时复用。本设计即基于
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这种思想而采用动态数码管显示。
1.2控制电路模块
方案一: 纯硬件电路系统。各功能采用分离的硬件电路模块实现。用时序逻辑电路实现时钟功能，用555定时器实现闹钟的设定。但这种实现方法可靠性差、控制精度低，灵活性小、线路复杂、安装调试不方便，而且不方便实现对系统的扩展。
方案二: 用可编程逻辑器件（PLD）实现。这种方案与前一种相比，可靠性增加，同时可以很好的完成时钟的功能。但采用这种方案系统的灵活性不够，不利于各种功能的扩展。
方案三：采用AT89S52单片机作为系统的控制核心。由于使用了单片机，整个系统可编程，系统
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的灵活性、可靠性大大增加了，单片机还可进行软件抗干扰功能。另外，本方案可以方便的实现其他功能的扩展。
经过以上的比较论证，选用方案三来完成项目设计的要求。
1.3键盘模块
方案一：采用阵列式键盘，此类键盘是采用行列扫描方式，优点是当按键较多时可以降低占用单片
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机的I/O口数目，缺点是电路复杂且会加大编程难度。
方案二：采用独立式按键电路，每个键单独占有一根I/O接口线，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点是当按键较多时占用单片机的I/O数目较多，优点是电路设计简
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单，且编程极其容易。
由于该系统采用了常规钟表式的校对方式，用键较少，系统资源足够用，故采用了方案二。
1.4程序编写语言选择
方案一：采用汇编语言编写。汇编语言具有能够直接操作机器硬件、指令的执行速度快，但由于
汇编语言不是结构化的程序设计语言，用它编写的程序可读性较差，不便于资料的交流和移植，调试也
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比较麻烦。
方案二：采用S52语言编写。在单片机开发应用中引用S52语言可以使单片机有很好的移植性，应用S52语言编写系统软件不仅大大缩短开发周期、增加程序的可读性，而且便于修改和扩充。且S52语言编译器可以自动完成变量的存储单元分配，编程者可以专注于应用软件部分的设计，从而大大加快
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了开发速度。所以本设计程序编写语言采用S52语言。
2、数字时钟系统的工作原理
数字时钟的设计有多种方法，本设计采用单片机技术。数字时钟设计的关键是如何产生秒的时间
基准。本设计利用了单片机的定时器/计数器和中断系统，通过软件计数的方法，获得了秒的时间基准。具体方法如下：单片机晶振频率fosc=6MHZ,设定定时器/计数器0的工作方式为工作方式1，软件控制定时器/计数器0的运行、停止，定时时间100ms，则定时器/计数器0溢出中断10次即可得到1秒的时间基准，前0.5秒时使显示秒的发光二极管暗，后0.5秒时使显示秒的发光二极管亮，定时器/计数
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器0计数初值X应满足（2-X）*2=100000us,X=15536(十进制)，3CB0（十六进制）。定时器/计数器0采用中断控制方式，溢出次数在定时器/计数器0的中断服务程序中，通过软件计数器累计，累计次数满10次，则表明产生了1秒的时间基准。另外，时钟从秒到分、分到时、时到日期的计时是通过累加和数值比较实现的。
数字时钟的显示器采用LED数码管显示器，由7个LED数码管组成，从左至右依次显示为时/年（十位、个位）、分/月（十位、个位）、秒/日（十位、个位）、星期，同时秒的显示也由两个串接的发光二极管闪烁表示。数字时钟的键盘由5个按键构成（系统复位键除外）。一个按键作功能键，用于控制时钟的运行显示、调整状态，一个按键用与闹铃的开关，其它三个按键用于调整数字时钟的时/年、分/月、星期/日的值。
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3、数字时钟硬件系统设计
数字时钟硬件系统的设计，关键是其键盘、显示器接口电路的设计，本设计采用直接利用单片机AT89S52的并行I/O口构成数字钟的键盘、显示接口电路，其硬件系统原理图如图3-1所示，主要包括单片机、时钟电路、复位电路、键盘及显示接口电路。
时钟电路 复位电路
3.1时钟、复位、键盘接口电路
单 片 机 图3-1 硬件系统原理
驱动电路 LED显示器 键 盘
如图3-2所示，时钟电路由片外石英晶振、微调电容与片内相应电路组成。石英晶振Y1的振荡频率fosc=6MHZ，微调电容C6、C7一般取20pF。复位电路具有上电复位和按键复位两种复位功能。电解电容C5一般取10uF,电阻R30、R31分别取200Ω、2KΩ。
数字时钟的键盘采用独立式键盘结构，由5个按键组成（复位键除外）。S0键为数字时钟功能键，接至P1.0，用于改变数字钟的工作状态；S1键为调时/年键，S2键为调分/月键，S3键为调星期/日键，它们分别接至P1.1、P1.2、P1.3；S4键为闹铃开关键，用函数表达式S=（S+1）%2来判断闹铃的开和
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关，按下S4键若S值为1则闹铃处于开状态，再按下S4键若S值为0则闹铃处于关状态。R20—R24是上拉电阻，这里取10K。
图3-2 时钟、复位、键盘接口电路
3.2显示器接口电路
数字时钟的显示器由7位LED共阳极数码管和两个串接的发光二极管组成。两个串接的发光二极管的闪烁用来表示秒的跳动，7位LED共阳极数码管从左到右依次显示时/年、分/月、秒/日、星期的信息，具体电路如图3-3所示。该显示器以动态显示的方式工作，单片机的P0口作LED显示器的段控口，其口线（P0.7—P0.0）经过74LS244接至每位LED数码管的dp—a端，提供段控码信息；单片机的P2口作LED显示器的位控口，其口线（P2.7—P2.1）经过74LS244分别接至LED数码管LED7—LED1的
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公共端C7—C1，提供位控码信息。74LS244为同相驱动器，在此提高P0、P2口的驱动能力，R10—R16为限流电阻，用于保护LED数码管。
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图3-3 显示器接口电路
4、系统软件部分
4.1开发软件及编程语言简介
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数字时钟的程序设计语言采用C语言。以往，人们研制单片机应用系统，几乎都是使用汇编语言编
写应用程序。尽管汇编语言具有能够直接操作机器硬件、指令的执行速度快等优点，但由于汇编语言不是结构化的程序设计语言，用它编写的程序可读性较差，不便于资料的交流和移植，调试也比较麻烦。而C语言恰好克服了汇编语言的缺点，而且又具有汇编语言的优点。开发软件采用美国Keil Software
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公司出品的52系列兼容单片机Keil S52语言软件开发系统。
4.2程序流程图
为实现系统功能，系统软件共设三个运行状态和一个中断处理程序。数字钟的软件系统主要包括系统监控程序、键功能程序、定时器/计数器0的中断服务程序、显示子程序、闹铃子程序以及键盘扫描子程序等。
（1）监控程序 数字时钟的监控程序main()主要完成数字钟的初始化、时钟的显示以及键盘的管理工作，其程序设计流程图如图4-1所示。
开 始 数字初始化 调用走时转换子程序 调用键盘扫描子程序 调用闹铃子程序 结 束 图4-1 监控程序流程图 （2）键盘扫描子程序 键盘扫描子程序KEY用于完成按键的判断、按键的去抖动以及按键键值的处理，其中调用了显示子程序scan()，按键的释放在各键的键功能程序中处理，其流程图如图4-2所示。
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图4-2 键盘扫描程序流程图
（3）显示子程序 显示子程序scan（）用于完成时间信息及年、月、日期信息的显示，采用动
态扫描的方法从左至右进行，显示信息的字型代码通过查表获得。为了能够稳定显示时钟的相关信息，在每次送出段控码和位控码信息后，延时2ms的时间，其流程图如图4-3所示。
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图4-3 显示子程序流程图
（4）闹铃子程序 时间值与闹钟设置值比较，若定时到，则进入闹铃状态。 （5）定时器/计数器0的中断服务程序 中断服务程序用于完成定时器/计数器0溢出中断次数的计数，时间秒、分、时的累加、比较、清0、进位操作，其流程图如图4-4所示。
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图4-4 定时器/计数器0的中断服务程序流程图
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5、功能说明
通电后即显示预设时间及星期。按功能键key0一次后，指示灯L1亮，其功能为对时间和星期进
行调节：再按key1键调节小时，按key2键调节分钟，按key3键调节星期。按功能键key0两次后，指示灯L2亮，其功能为显示日历并可对其进行调节：再按key1键调节年，按key2键调节月，按key3键调节日。按功能键key0三次后，指示灯L3亮，其功能为显示闹铃时间并可对其进行调节：再按key1键调节闹铃小时，按key2键调节闹铃分钟，按key3键调节闹铃秒。若再按key0键则又回到显示正常时间状态。Key4键为闹铃开关键，按下若指示灯L4亮，表示闹铃开；反之，则表示闹铃关。
6、测试方法及结论
采用先分别调试各单元模块，调通后再进行整机调试的方法，以提高调试效率。
时钟测试 在带有单片机的电路板上编程调试时钟，使其在数码管上显示，并可以通过键盘控制设定实时时间、日历和闹铃时间。利用仿真机调试成功后通过编程器将程序写入芯片中调试。
闹钟测试 通过键盘控制设定闹钟开关和闹钟响的时间，并通过单片机程序驱动发光二极管闪烁。 测试数据表（1）： 次数 1 2 3 4 5 测试时间 时钟时间 1000秒 1000秒 1000秒 1000秒 1000秒 1000秒 1000秒 1000秒 1000秒 1000秒 测试数据表（2）： 次数 1 测试时间 时钟时间 24小时 23时59分 59秒 2 24小时 23时59分 58秒 3 24小时 23时59分 58秒 4 24小时 23时59分 59秒 5 24小时 23时59分 59秒 测量误差分析：由于各元器件精度不同,使数字钟产生误差,但都在误差允许范围内，符合要求。
结束语
本系统以AT89S52为控制部件，利用S52语言编程，通过键盘控制和LED数码管显示实现了时间、日历和闹钟功能。它性能稳定，价格低廉，有很好的性价比，有利于工厂的大规模生产。
附录1 主要元器件清单
序号 1 2 3 4 5 名称、型号及规格 电阻 RJ14-0.25W-10KΩ±5% 电阻 RJ14-0.25W-330Ω±5% 电阻 RJ14-0.25W-240Ω±5% 电阻 RJ14-2W-180Ω±5% 电阻 RJ14-0.25W-560Ω±5% 数量 6 4 1 1 9 备注 10
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 电阻 RJ14-0.25W-47KΩ±5% 瓷片电容-30pF 电解电容-100uF/25V 电解电容-10uF/25V 单片机AT89S52 74ls244 发光二极管 按键 石英晶体振荡器-6M 共阴级8段数码显示管-5101AG-N3 腐蚀板-14.55*9.3 1 1 1 1 1 2 7 6 1 7 1
附录2：
/*数字时钟：
采用7位LED软件译码动态显示，P0为字段码,P2为位选码，数码管共阴； key0为功能键，key1、key2、key3为调节键,key4为闹铃开关键。*/
#include 11 sbit P3_1=P3^1; sbit P3_7=P3^7; unsigned char code dispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00}; unsigned char dispbitcode[]={0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; unsigned char dispbuf[7]; unsigned char dispbuf0[7]={7,0,2,0,5,2,1}; //时间缓存 unsigned char dispbuf1[7]={7,1,0,4,0,7,0}; //年月缓存 unsigned char dispbuf2[7]={7,0,0,1,0,2,1}; //闹铃时间缓存 unsigned char dispbitcnt; unsigned char second=20; unsigned char minite=50; unsigned char hour=12; unsigned char day=1; unsigned char week=7; unsigned char month=4; unsigned char year=7; unsigned char second1; unsigned char minite1=1; unsigned char hour1=12; unsigned int tcnt; unsigned int con; unsigned int s; unsigned char i,j; void day_28(); void day_29(); void day_30(); void day_31(); delay1ms(int t); void keyscan(); nl(); main() { TMOD=0x02; TH0=0x06; TL0=0x06; TR0=1; ET0=1; EA=1; P1_5=0; P1_6=0; P1_7=0; P3_7=1; while(1) { keyscan(); nl(); } } /*按键处理子程序*/ void keyscan(void) { //EA=0; if(key0==0) { delay1ms(10); while(key0==0); {con=(con+1)%4;} //TR0=0;ET0=0; //TR0=1;ET0=1;} 12 //按键调节时停止计时 } if(con==1) //功能选择1，时间调节 { P1_5=1; if(key1==0) { delay1ms(10); while(key1==0); //K1按一次小时加1 {hour=(hour+1)%24;} dispbuf0[5]=hour%10; dispbuf0[6]=hour/10; } if(key2==0) { delay1ms(10); while(key2==0); //K2按一次分钟加1 {minite=(minite+1)%60;} dispbuf0[3]=minite%10; dispbuf0[4]=minite/10;; } if(key3==0) { delay1ms(10); while(key3==0); //K3按一次星期加1 {week=(week)%7+1;} dispbuf0[0]=week; } P1_5=0; } if(con==2) //功能选择2，年月日显示及调节 { P1_6=1; if(key1==0) { delay1ms(10); while(key1==0); //K1按一次年加1 year=(year+1)%100; dispbuf1[5]=year%10; dispbuf1[6]=year/10; } if(key2==0) { delay1ms(10); while(key2==0); //K2按一次月加1 month=(month)%12+1; dispbuf1[3]=month%10; dispbuf1[4]=month/10; } if(key3==0) { delay1ms(10); while(key3==0); //K3按一次日加1 switch(month) //年和月份检测 { case 1: day=(day%31)+1; break; case 3: day=(day%31)+1; break; case 5: day=(day%31)+1; break; case 7: day=(day%31)+1; break; case 8: day=(day%31)+1; break; case 10: day=(day%31)+1;break; case 12: day=(day%31)+1; break; case 2: if(year%4==0) //如果是闰年 { day=(day%29)+1; break;} else {day=(day%28)+1; break;} default: day=(day%30)+1; break; } dispbuf1[1]=day%10; 13 dispbuf1[2]=day/10; } P1_6=0; } if(con==3) //闹钟时间设置 { P1_7=1; if(key1==0) { delay1ms(10); while(key1==0); //K6按一次小时加1 { hour1=(hour1+1)%24;} dispbuf2[5]=hour1%10; dispbuf2[6]=hour1/10; } if(key2==0) { delay1ms(10); while(key2==0); //K3按一次分钟加1 { minite1=(minite1+1)%60;} dispbuf2[3]=minite1%10; dispbuf2[4]=minite1/10; } if(key3==0) { delay1ms(10); while(key3==0); //K3按一次秒加1 { second1=(second1+1)%60;} dispbuf2[1]=second1%10; dispbuf2[2]=second1/10; } P1_7=0; } //EA=1; } void t0(void) interrupt 1 using 0 { dispbuf[dispbitcnt]=dispbuf0[dispbitcnt]; P0=dispcode[dispbuf[dispbitcnt]]; P2=dispbitcode[dispbitcnt]; if(con==1) { dispbuf[dispbitcnt]=dispbuf0[dispbitcnt]; P0=dispcode[dispbuf[dispbitcnt]]; P2=dispbitcode[dispbitcnt]; } if(con==2) { dispbuf[dispbitcnt]=dispbuf1[dispbitcnt]; P0=dispcode[dispbuf[dispbitcnt]]; P2=dispbitcode[dispbitcnt]; } if(con==3) { dispbuf[dispbitcnt]=dispbuf2[dispbitcnt]; P0=dispcode[dispbuf[dispbitcnt]]; P2=dispbitcode[dispbitcnt]; } dispbitcnt++; if(dispbitcnt==7) { dispbitcnt=0; } tcnt++; if(tcnt==1000) { 14 P3_1=0; } if(tcnt==2000) { tcnt=0; P3_1=1; second++; if(second==60) { second=0; minite++; if(minite==60) { minite=0; hour++; if(hour==24) { hour=0; week=(week)%7+1; switch(month) //年和月份检测 { case 1: day_31(); break; case 3: day_31(); break; case 5: day_31(); break; case 7: day_31(); break; case 8: day_31(); break; case 10: day_31(); break; case 12: day_31(); break; case 2: if(year%4==0) //如果是闰年 { day_29(); break;} else {day_28(); break;} default: day_30(); break; } } } } if(con==0) { dispbuf0[0]=week; dispbuf0[1]=second%10; dispbuf0[2]=second/10; dispbuf0[3]=minite%10; dispbuf0[4]=minite/10; dispbuf0[5]=hour%10; dispbuf0[6]=hour/10; } if(con==1) { P3_1=0; dispbuf0[0]=week; dispbuf0[1]=second%10; dispbuf0[2]=second/10; dispbuf0[3]=minite%10; dispbuf0[4]=minite/10; dispbuf0[5]=hour%10; dispbuf0[6]=hour/10; } if(con==2) { P3_1=0; 15 dispbuf1[0]=week; dispbuf1[1]=day%10; dispbuf1[2]=day/10; dispbuf1[3]=month%10; dispbuf1[4]=month/10; dispbuf1[5]=year%10; dispbuf1[6]=year/10; } if(con==3) { P3_1=0; dispbuf2[0]=week; dispbuf2[1]=second1%10; dispbuf2[2]=second1/10; dispbuf2[3]=minite1%10; dispbuf2[4]=minite1/10; dispbuf2[5]=hour1%10; dispbuf2[6]=hour1/10; } } } /*月与天的关系*/ void day_28(void) { day=(day%28)+1; if(day==1) { month=(month%12)+1;} } void day_29(void) { day=(day%29)+1; if(day==1) { month=(month%12)+1;} } void day_30(void) { day=(day%30)+1; if(day==1) { month=(month%12)+1; } } void day_31(void) { day=(day%31)+1; if(day==1) { month=(month%12)+1; if(month==1) year=(year+1)%100; } } /*延时子程序*/ delay1ms(int t) { for(i=0;i if(P1_4==0) { delay1ms(10); while(P1_4==0); {s=(s+1)%2; if(s==0) 16 {P3_0=1;} else {P3_0=0;} } } if((hour==hour1)&&(minite==minite1)&&(s==0)) { P3_7=0; delay1ms(500); P3_7=1; delay1ms(500); } //LED闪烁 } 17 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容