基于STC12C5A60S2的新型多功能电子钟设计

张曙云，匡洪海，曾丽琼，陈海东，冯韧（湖南工业大学，电气与信息工程学院，湖南株洲，412000）

基于STC12C5A60S2的新型多功能电子钟设计

张曙云，匡洪海，曾丽琼，陈海东，冯韧
（湖南工业大学，电气与信息工程学院，湖南株洲，412000）

摘要：针对目前市场上一些普通的电子钟功能单一、不具备时间校准、阴阳历及节气的显示功能等不足之处。设计研制了一款基于STC12C5A60S2的多功能电子钟，阐述了系统硬件电路和软件的整体方案的设计，不仅能实现年、月、日、星期、时、分、秒等基本信息，并能显示阳历、节气和阴历信息，同时更是具有生日设置和时间校准及闹钟设置提醒等功能。通过实物装置的测试表明，该时钟具有精度高、功能多样、运行稳定、电路简洁等优点。

关键词：电子钟；STC12C5A60S2；时间校准

本文引用格式：张曙云，匡洪海，曾丽琼，等．基于STC12C5A60S2的新型多功能电子钟设计[J]．新型工业化，2015，5（7）：24-28

Citation:ZHANGShu-yun,KUANGHong-hai,ZENGLi-qiong,etal.DesignofaNewTypeofMulti-functional ElectronicClockbasedonSTC12C5A60S2[J].TheJournalofNewIndustrialization,2015,5（7）:24-28.

0　引言

随着社会的发展，人类科技的进步，人们认识时间从观太阳转动、沙漏及摆钟到现在的电子钟，这一发展过程中电子钟的出现使人们认识时间更加的方便，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点[1]，从而广泛应用于人们日常的生活之中。但现今市场上常用的一些普通电子钟功能单一，不具备时间校准，报时和闹钟及阴阳历，节气显示等功能，这些在一定的情况下无法满足我们的生活和工作的需要，因此开发设计一种既满足上述要求又性价比较高的多功能时钟，成为了我们目前急需解决的问题。

基于上述的情况，设计研制了一款小型轻巧的多功能电子钟，不仅具有目前市场上普通电子钟所具有的时间显示调节功能，而且具有时间校准，生日提醒及阴阳历、节气显示等功能。在基于单片机控制基本原理下，采用了一款新型高性能的8051单片机STC12C5A60S2为核心，利用DS1302时钟芯片构造时钟电路，12864液晶作为显示等完成系统硬件设计，并采用C语言编写程序完成系统软件设计[2]。通过实物装置测试实验结果表明系统运行效果良好，达到预期功能，适用于家庭、教室、营业厅等场合。

1　总体方案设计

整个系统根据各部分所实现的功能不同来区分，主要由主控模块、时钟电路模块、接口模块、电源模块共4个模块组成；系统设计框图如图1所示。

图1　系统设计框图Fig.1　System　design　diagram

该系统中主控模块使用51系列具有超强性能的STC12C5A60S2单片机作为主控芯片[3]；时钟模块使用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟DS1302，运用DS1302专业的时钟芯片来计时，不仅比采用单片机内部的定时器计时准确，更重要的是DS1302可以在提供很小电流的后备电源下进行掉电工作，同时DS1302可以通过编程来实现为后备电源充电控制，这样能够使后备电源在运行过程中基本不耗电[4]；接口模块又分为输出接口部分和键盘输入接口部分，显示输出接口部分采用LCD12864液晶显示屏，闹铃电路部分采用蜂鸣器实现其功能，而键盘输入部分选择独立式键盘，这相比采用矩阵键盘控制更方便简单。电源模块采用交流220V供电，经过24V交流变压器降压、整流、滤波送至集成稳压芯片7805，使得输出稳定、可靠的+5V电源供系统使用[5]。

2　系统硬件电路设计

2.1主控制模块电路的设计

主控制模块芯片采用STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机，该系列是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（IT）的单片机，这是一种高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍[6]。内部集成MAX810专用复位电路，具有2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒），片上还集成有1280字节RAM，I/O口驱动能力均可达20mA，特别使用于电机控制及强干扰场合[7]。

本模块电路的主要目的是设计出单片机的最小系统[8]。为了能使STC12C5A60S2单片机能正常工作，该部分电路主要由复位电路和时钟电路组成；复位电路采用手动按键的上电复位，而时钟电路则采用外部晶振电路，利用12MHz的晶体振荡器和两个33pF的电容构成，其中晶体振荡器起振荡作用，两电容起到去耦的作用，这些一起共同组成了系统的主控制电路[9]，具体设计原理图如图2所示。

2.2时钟电路模块设计

时钟电路模块采用DS1302时钟芯片构成。DS1302能提供秒、分、时、日、星期、月和年份信息，通过小时寄存器的选择位来选择AM/PM模式，即12小时制还是24小时制，一个月小于31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能；工作电压宽达2.5～5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力[6]。

DS1302与单片机的数据通信采用串行方式，通过SPI三线接口进行数据的控制和传递，芯片外接晶振电路振荡采用32768Hz晶振，特别要注意的要保证外接晶振电路的正常工作，当外接的晶振电路停振时将会导致DS1302计时停止[5]。其次就是保证备用电源BT1可以长时间的为其供电，虽然DS1302在主电源掉电后耗电很小，而且在有主电源供电的时候具有涓细电流充电的能力，但如果要长时间保证时钟正常运行，最好选用小型充电电池。

DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，我们可以先将芯片的SCLK端置“0”，接着将RST端置“1”，最后才给予SCLK脉冲；初始化后就可以进行调整时间及闹铃程序的读写。时钟电路模块设计原理图如图3所示。

图2　单片机最小系统原理图Fig.2　Principle　diagram　of　Single　chip　microcomputer　minimum　system

图3　时钟电路模块原理图Fig.3　The　principle　diagram　of　the　clock　circuit module

2.3接口模块电路设计

本系统的显示部分采用12864液晶显示，12864液晶是一块128x64点阵可显示汉字的图形型液晶显示模块，与微机的接口主要有8位并行及串行两种数据传输方式。由于并行传输数据速度相对较快，同时考虑到本系统时钟变化要及时的在液晶上显示，因此采用并行接口与STC12C5A60S2单片机的数据相传输。

同时在系统中采用蜂鸣器来作为闹铃电路，当达到预设的闹钟时间时闹铃功能工作，也就是蜂鸣器发出声响。通过按键进入功能菜单界面，选择闹铃设置，本系统可以同时设置四个不同的闹铃时间。当设置好闹铃时间后则当前时钟时间将不断与设定的闹铃时间相比较，不相等时不产生任何动作，一旦相等，程序执行将跳入闹铃程序，这时单片机P1.4口输出一个低电平，从而使蜂鸣器工作，这样就实现了闹铃的功能，同时闹铃的工作时间可以通过按键调节设置。

键盘输入部分由4个独立按键实现，按键分别与单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口相连，分别对应A功能选择键，B设置键，C时间、日期调整，D退出、闹铃开关键的功能。接口模块电路设计原理图如图4所示。

2.4电源模块电路设计

直流稳压电源电路一般由电源变压器、整流、滤波电路及稳压电源电路所组成[5]。本模块电路主要采用直流稳压芯片7805构成集成稳压电路，通过变压、全波整流、滤波、稳压过程将220V交流电变为稳定的直流电，并实现5V电压稳定输出。电源模块电路设计原理图如图5所示。

图4　接口模块电路原理图Fig.4　Interface　module　circuit　principle　diagram

3　系统软件设计

为了使系统能过正常的实现所有功能，除了设计出合理的硬件电路，还必须具有能在此硬件平台上实现预期功能的程序[8]。该系统的程序设计主要包括三个方面的内容：一是DS1302从单片机中读取数据进行计数时间阴历等程序设计；二是利用按键进行时间的调整及功能设置；三是数据显示程序设计。系统的主程序框图如图6所示。

图5　电源模块电路原理图Fig.5　Power　supply　module　circuit　principle　diagram

4　调试及实验分析

图6　主程序流程图Fig.6　The　process　flow　chart

系统实物装置如图7所示；系统测试的显示界面如图8所示，测试的步骤如下：

（1）测各模块焊接是否到位。将各个模块焊好，检查确认无虚焊、粘焊；（2）模块电路能否正常运行。先对主控模块上电进行测试，主要是测试主控模块上电运行是否正常。测试方法目测，看电源指示灯是否发亮并且一直保持亮度不变。正常发亮并不会突然变亮或者变暗则电路正常无短路断路情况；各接口模块按以上方法各自测量。

5　结论

基于STC12C5A60S2单片机的多功能电子钟的设计与制作；通过硬件电路的设计和软件设计的完美结合实现了其相应功能，尤其是软件程序的编写，实现了一系列新的功能，同时硬件电路结构简单，经过实物装置的测试表明该系统各方面性能指标良好，实现预期功能，具有一定的市场实用性和理论研究价值。

图7　系统实物装置图Fig.7　System　physical　device

图8　调整界面Fig.8　Adjust　the　interface

图9　显示界面Fig.9　Display　interface

参考文献

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DOI：10.3969/j.issn.2095-6649.2015.07.004

基金项目：＊国家自然科学基金项目（51077046）；湖南省自科基金项目(2015JJ5009)；湖南省教育厅科研项目（15C0395）；湖南工业大学研究生校级创新基金（CX1502）

作者简介：张曙云（1992-），男，硕士研究生，主要研究方向：嵌入式技术应用，智能配电网技术；匡洪海（1972-），女，博士，副教授，研究方向：配电网停电管理，新能源与分布式发电。

Design of a New Type of Multi-functional Electronic Clock based on STC12C5A60S2

ZHANGShu-yun,KUANGHong-hai,ZENGLi-qiong,CHENGHai-dong,FENGRen

(School of Electrical and Information Egineerin, Hunan University of Technology, Hunan Zhuzhou, 412000)

Abstract:ThispaperdescribesthedesignofafunctionelectronicclockbasedonSTC12C5A60S2inaccordancewith thedisadvantagesofsomecommonelectronicclockinthemarketwhichislackofthefunctionoftimealignment,Gregorian calendarandseasonalsegments.Itsoverallprogramincludessystemhardwareandsoftwaredesign.Itcannotonlyrealize thedisplayfunctionofbasicinformationsuchasyear,month,week,day,etc,butalsodisplaythrottle,solarandlunar.Ithas thefunctionofbirthdaytimecalibrationandalarmsettingsaswell.Professionalequipmenttestshowsthatthisclockhasthe advantagesofhighprecision,versatility,stablityandsimplecircuit.

Keywords:Electronicclock;STC12C5A60S2;Timecalibration