基于单片机的数字钟设计

马志强 牛奔 卫会军 李孟豪 刘文波

摘  要：本设计以单片机AT89S52为切入点，通过使用AT89S52的内部的可编程定时器/计数器，结合对外接晶振的调节来确定一个合适的振荡周期，从而确定出内部的机器周期。再通过对内部中断程序的设置来设计出时钟程序，即设计出了电子时钟的核心。然后在核心电路的基础上设计出了相应的扩展电路，使本设计更加实用。

关键词：单片机;数码显示;温度传感器

1.引言

基于单片机的定时和控制装置在许多行业有着广泛的应用，数字钟作为其中最基本的一个应用实例，具有结构简单应用广泛的特点。数字钟中使用了单片机中最为常用的输入输出设备按键开关和数码管;数字钟程序主要应用单片机的定时器和中断实现计时和显示功能。当今数字种作为一个单元电路被广泛应用于电子表、电子万年历等产品中，带来广泛的经济效益。

2.方案设计与论证

根据题目的要求，我设计了以下方案：

设计中加载了年、月、日的设计，刚开始时打算用18个共阳数码管，考虑到数码管太多是毕会给硬件电路带来麻烦，经过考虑后，决定把年、月、日与时间设置到一组数码管上来，即六个数码管即能显示时间又能显示年、月、日，这样一来就方便了硬件电路。

主控芯片使用51系列AT89S52单片机，温度模块设计中，温度元件采用AD590，利用AD590以及接口电路把温度转换成模拟电压，经由ADC0804转换成数字信号，然后经AT89S52处理显示温度。但由于AD590价钱比较贵，且只能转换成模拟电压，这样一来硬件就要增加更多的器件且又不经济，经查找发现18B20温度传感器价钱便宜且可以直接把温度转换成数字量测温范围为-55—125度，最大分辨率可达0.0625度，采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点，所以我选择了18B20温度传感器。

在音乐模块的设计中，我决定采用音乐芯片，这样可以避免对铃声音乐的编程，即节省了时间，又减少了在程序中发生错误的可能性。

3.系统总体结构框图

在本设计中，以按键开关作为输入装置，LED七段数码显示管作为显示装置，因此，各按键开关的功能为：

S1键：P1.0口 时间调整

S2键：P1.1口 日期调整

S3健;p1.2口 闹铃设置

S4健：p1.3口 闹铃开关

4.系统的硬件设计

电路是由控制部分和显示部分两大部分组成。利用单片机程序进行控制，并通过数码管进行显示。

4.1 显示部分电路的设计

4.1.1 LED数码显示管的基本原理

动态显示要CPU时刻对显示器件进行刷新，显示数据有闪烁感，占用CPU时间多。

动态扫描显示接口是单片机中应用最广泛的一种显示方式。其接口电路是把所有LED显示器的8个笔划段A～D、DP的同名端连在一起，而每一个数码管的公共端COM是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接受到相同的字形码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，是各个显示器轮流点亮。

4.2 控制部分电路的设计

4.2.1 时钟模块

利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1和引脚XTAL2两端接晶体谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路，如图外接晶振时，C1和C2的值通常选择30pF;C1、C2对频率有微调作用，晶体谐振器的频率12MHz。为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。设置了12—24两种显示状态，调整计时的按键、设置定时的按键且定时设置了3次定时、还另加载了星期、年、月、日的调整及闰年的自动调整。

4.2.2 温度模块

主要由18B20通过单片机AT89S52中的温度程序不断的检测温度来显示温度。

18B20温度传感器工作原理：DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并可根据实际要求通过简单的编程实现9—12位的数字值读数方式，

4.2.3 音乐模块

通过LM386N-1给扬声器信号来发出音乐，这个模块主要是为时钟定时到时发出音乐闹铃，而在软件部分设置了可以一次设置3次定时，每次定时到时，音乐程序中编了6种音乐，它可以自动选择6种音乐中的任一音乐响1分钟，如果中间不想让闹铃响可以按一按键，闹铃就立刻停止。

4.2.4 复位模块

单片机复位电路是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从该状态开始工作，例如复位后PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。无论是在单片机刚接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。

5.系统电路的制作与调试

5.1 电路硬件焊接制作

电路硬件焊接是毕业设计的重要内容之一，其焊接工艺的好坏直接关系到系统的整体性能。本设计的样品制作采用手工焊接，在焊接制作中应遵守手工焊接的工艺流程和技术要求。

5.2 调试的主要方法

⑴ 测试单片机软件功能的完善性。这是针对整个单片机系统功能的测试，测试软件是否写的正确完整。单片机是否能正常工作。

⑵ 上电、掉电测试。在使用中用户必然会遇到上电和掉电的情况，可以進行多次开关电源，测试单片机系统的可靠性。

⑶ 老化测试。测试长时间工作情况下，单片机系统的可靠性。必要的话可以放置在高温，高压以及强电磁干扰的环境下测试。

⑷ D和EFT等测试。可以使用各种干扰模拟器来测试单片机系统的可靠性。例如使用静电模拟器测试单片机系统的抗静电ESD能力;使用突波杂讯模拟器进行快速脉冲抗干扰EFT测试等等。

结论

经过调试，和多次改进，本设计达到了预期的效果。数字钟可以正常显示时间和日期，并且对每个月份的天数进行了处理，特别是2月这个特殊月份，本设计可以自动从2月28日直接过度到3月1日。而且，在本设计中，闰年和平年的2月，其天数可以被正常区分，从而达到了实用和人性化的效果。对温度的显示也比较正常，能够正常反映出室温情况。当然，还可以根据需要，增加整点报时的功能，以使本设计更加完善。

总之，本设计提供了一套行之有效的数字钟的设计方案，并且成本较低，具有较高的实用性。

参考文献

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[2]  唐竞新.数字电子电路[M].第1版.北京：清华大学出版社，2003.P99-120

[3]  康华光.电子技术基础[M].数字部分.第4版.北京：高等教育出版社，1998.P47-79