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设计并制作一种基于STC89C52单片机的数码管显示电子时钟，由8位数码管显示时、分、秒；自动计时，具有校准功能，可设置当前时间，具备定时启闹功能，可以设置启闹时间，启闹一定时间后自动关闭闹铃，主要内容如下： 1.对MCU的内部定时器、I/0口、键盘和显示接口等知识能融汇贯通，初步形成独立设计、制作和调试较简单的单片机应用系统的能力； 2.熟悉MCU应用系统的硬件设计、模块化程序设计及软件调试方法，掌握单片机应用系统的开发过程； 3.设计并制作出8位数码管显示电子钟系统，具有设置、校准、闹铃等功能； 4.系统硬件设计与制作； 5.系统软件设计； 6.系统软、硬件联合调试； 7.系统性能测试。
2 设计方案及系统原理
2.1 设计方案图2.1 8位数码管电子钟电路设计框图 此次设计方案如图2.1所示的设计框图，以单片机为核心，由晶振电路模块、复位电路模块、按键电路模块、蜂鸣器电路模块(起整点报时的功能)、以及显示模块组成。在这次设计中采用LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。 2.2 系统原理 图2.2 8位数码管电子钟原理图 电子钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，具有校时功能和定时功能。如图2.2所示，一个基本的电子钟电路主要由显示电路、复位电路、时钟电路以及蜂鸣器报警电路等部分组成。
2.2.2 复位电路图2.4 复位电路图 复位电路的作用是使单片机的状态处于初始化状态，让单片机的程序从头开始执行。如图2.4复位电路图所示，C3和R1构成单片机的上电自动复位电路。STC89C52单片机属于高电平复位，RST管脚上需要持续两个机器周期(24个时钟周期)以上的高电平，单片机才能复位。复位原理：上电的瞬间，电源给C3充电，在R1产生压降，R1上端为高电平，RST管脚检测到高电平，单片机的各个寄存器清零或恢复初始状态，特别是PC计数器清零，程序便从头开始执行。如果C3、R1取值过大或过小都会引起单片机复位时间过长或过短，不利于单片机启动。如果需要加手动复位，那就在C3两端并联一个按钮即可。 2.2.3 时钟电路图2.5 时钟电路图 时钟电路作用是来配合晶振实现振荡的电路，这样可以为单片机提供运行时钟。如图2.5时钟电路图所示，C1、C2和X1构成单片机的时钟源电路。C1和C2是晶振X1的负载电容，过大或过小都会影响晶振的频率和幅度。STC89C52单片机对晶振负载电容的取值有明确的要求：在20pf到40pf之间，最佳值为30pf。X1的取值可从1MHz到24MHZ选择，常用的是12MHz。因为51单片机12个时钟周期为一个机器周期，用12MHz晶振，一个机器周期刚好是1us，编程时计时很方便。 2.2.4 显示电路图2.6 显示电路图 显示电路的作用是对控制电路的信号进行放大。本次设计采用动态显示法实现LED显示，通过对每位数码管的依次扫描，使对应数码管亮，能够点亮数码管后，就可以通过单片机控制数码管显示数字或字母。如图2.6显示电路图所示，为了控制方便，我们将数码管的a~dp引脚依次连接单片机的P0.0-P0.7引脚。因为是共阴极数码管，所以位选应接低电平，段选接高电平时，数码管正常显示。 2.2.5 按键控制电路图2.7 按键控制电路图 按键模块的作用是调节时间及设置闹钟时间。实际的电子钟电路由于秒信号的精确性和不可能做到完全准确无误，加之电路中其它原因，电子钟总会产生走时误差的现象，因此，电路中就应该有校准时间的功能的电路。如图2.7按键控制电路图所示，此次设计中，K1控制复位功能；K2为暂停；K3为启动；K4为调整，可切换时、分、秒的调整，从而进行闹钟的设置；K5、K6分别为加一、减一。 2.2.6 蜂鸣器报警电路图2.8 蜂鸣器报警电路图 图2.8为蜂鸣器报警电路图。它的作用是实现整点。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，这里使用三极管Q1来放大电流。当单片机检测到整点的时候，例如00-01-00时，单片机系统应能发出信号使蜂鸣器发出“嘀、嘀、嘀”的声音。 2.2.7 软件程序设计本设计中主程序主要实现显示的初始化和调用各子程序工作的功能，读取时间的子程序主要实现初始化，时间信息的采集和显示段码的码的存取。设计中计时主要以定时器T0中断完成，定点闹铃使用蜂鸣器来完成。当端口有开关按下时，转入相应的功能程序，其主程序执行流程图如图2.9所示： 图2.9 主程序执行流程图 在时钟状态下，触发外中断1时，进入闹钟时间设定模式，且不影响T0计时器的功能状态，在键盘上输入对应的数字进行时间设定。闹钟时间设定流程图如图2.10所示： 图2.10 闹钟时间设定流程图
3 设计步骤和结果3.1 设计步骤（1）先在Proteus上绘制硬件电路； （2）使用Keil uVisio4进行程序软件编译，生成.Hex文件； （3）在以上两步完成后，双击Proteus中的单片机，把用Keil uVisio4编译生成的.Hex文件指定为下载文件，点击PLAY键即可进行仿真； （4）当电路出现错误时，列表中说明了具体的错误，必须要先排错才可以继续进行； （5）仿真过程中，LED数码管要能正常显示时间；在LED数码管显示时间达到设定的闹钟时间时，蜂鸣器要响才算成功； （6）根据Proteus绘制的硬件电路图，首先在万能板上进行布局，方便接线； （7）布局好后按照器件焊接原则进行焊接，要求安装正确。元器件无缺焊、错焊，连结无误，印制板焊点无虚焊、桥接等； （8）注意三极管接线时需要仔细对照原理图，不要接反接错； （9）焊接过程中，电烙铁在焊接处停留的时间不宜过长，以免烫坏元件；烙铁离开焊接处后，被焊接的零件不能立即移动，否则因焊锡尚未凝固而使零件容易脱焊； （10）接通电源后，若电子钟正常工作，即可；若不能正常工作，则对接线进行检查，看是否有虚接、错接等情况，直至其功能得到实现。 3.2 实验结果3.2.1 原理图仿真结果设置闹钟为：“00-01-00”，响铃一分钟。如图3.1所示： 图3.1 原理图仿真结果 3.2.2 实物焊接结果接通电源后，LED数码管显示从“00-00-00”开始运行，此时按下调整键，将时间调至“00-01-00”。当其再次运行时，LED数码管显示时间已到达设定的闹钟时间，此时蜂鸣器响。实物焊接结果图如图3.2所示： 图3.2 实物焊接结果图
设计总结此次设计整体论述了设计电子钟的大致思路，然后再采用划分模块的方法将系统分为复位模块、时钟模块、显示模块、按键模块等部分。最后将各模块集成为一个整体，合成一个多功能的电子钟。在程序编写的过程中，通过查阅不少的书籍以及参考一下网上一些可用的程序，我更加加深了对单片机的工作原理以及使用方法。同时，通过对实际的单片机最小系统的搭建与焊接，我更加掌握了单片机最小系统的硬件要求和焊接技术。
在这次设计中我深深地体会到了理论跟实践的不同，理论学的再好不会动手那也只能是纸上谈兵。了解了集成电路芯片的型号命名规律，懂得了没有某种芯片时的替代方法，以及在网上查找电子电路资料的方法，掌握了各芯片的逻辑功能及使用方法，进一步熟悉了集成电路的引脚安排，掌握了数字钟的设计方法，明白了数字钟的组成原理以及工作原理。掌握了计数器的工作原理，以及计数器进制的组成方法和级联方法，实现了一次理论指导实践、理论向实践过渡的跨越，虽然期间遇到一些困难，但这些困难却增强了我分析问题、解决问题的能力，使我以后不仅只学习书本中的理论知识，而且知道学以致用，动过动手实践是我对书本中的理论知识掌握地跟牢固、理解地跟深刻，这对我今后的工作及学习有积极的影响。 这次设计不仅再次复习了数字电子和模拟电子，而且让我对于芯片的使用更加了解。增加了我的动手操作能力，加深了对软件使用的了解。这就是这次设计的成果，相信这些实际的操作经验会是我以后的宝贵财富。
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