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单片机,是集 CPU ,RAM ,ROM ,定时器，计数器和多种接口于一体的微控制器。自
20 世纪 70 年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注。它体积
小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发
较为容易，广泛应用于智能生产和工业自动化上。
本系统为基于DS12C887 的 多功能电子钟 ，以STC89C51单片机 作为主控芯，采用实时
时钟芯片DS12C887，使用 1602 液晶作为显示输出。该系统走时精确，具有闹钟设置，
时间模式切换，秒表以及可同时显示时间、日期等多种功能。本文将详细介绍STC89C51
单片机和DS12C887 时钟芯片的基本原理，从软件和硬件电路的实现两大方面进行分析
【关键词】
STC89C51 单片机 液晶屏 时钟芯片 蜂鸣器
目 录 -
- II --
前 言 ................................................................. 1
一、方案选型： ......................................................... 2
二、系统硬件设计 ....................................................... 3
2.1 51 单片机最小系统设计 ........................................... 3
2.2 电源供电电路设计................................................ 3
2.3 串口通信电路设计................................................ 4
2.4 时钟芯片电路设计................................................ 4
2.5 LCD显示电路设计................................................. 6
2.6 报警电路设计.................................................... 6
2.7 键控电路设计.................................................... 6
三、系统软件设计 ....................................................... 7
3.1 系统程序流程图设计.............................................. 7
3.2 系统程序设计 （见附录）........................................ 9
四、总结 ............................................................... 9
4.1 作品功能、特色.................................................. 9
4.2 综合设计的体会.................................................. 9
参考文献 .............................................................. 11
附录 .................................................................. 12-
- 1 --
前 言
随着科学技术的不断发展 , 人们对时间计量的要求越来越高 。在当今社会，电子
时钟已经得到相当广泛的应用，产品多样，发展更是多元化。本作品是以STC89C51单
片机 作为主控芯片，使用 12MHZ的晶振，使用专用时钟日历芯片DS12C887 产生时间
信息，时间精确。软件部分以C语言为主体，用 1602LCD液晶屏显示输出信息，输出
信息量多，更直观、人性化。该时钟可实现人机交互，可通过提供的键盘对其进行
调整。系统具有以下功能:年、月、日、时、分、秒显示；12 小时/24 小时模式切换，
在 12 小时模式中，用AM和PM区分上午和下午；秒表功能；整点闹铃和报时功能，且
闹钟可设置多组。本次设计的电子时钟系统由单片机最小系统，1602LCD液晶屏,时
钟芯片,调整按键，蜂鸣器，电源五大部分组成。-
- 2 --
一、方案选型：
我们在设计电子时钟时遇到了芯片选型的问题，以下是三个设计方案：
方案一：DS1302+数码管
DS1302 的使用非常方便，而且价格便宜而数码管显示的也很清楚，特别是显示
时间很直观。但在制作过程中我们发现了这方案的一些问题。DS1302 是不自带电池，
虽然可以通过外接纽扣电池来达到断电走时继续的目的，但在实际调试中会发现这
是比较困难的。因为 DS1302 上电需要复位，而复位就会把正确的走时清零。如果不
复位，DS1302 会出现各种各样的问题，如不走时、读出乱码等。要解决这个问题需
要增加如 2402 等存储器，上电后先存储时间值，再复位。这么做无疑增加了电路设
计和软件设计的复杂度。而使用数码管显示，虽然价格也便宜，显示效果好，但多
位的数码管在动态扫描的时候会出现闪烁。如果少用几位，用切换的方法查看日期，
时间等信息又显得麻烦。
方案二：DS12C887+1602LCD 液晶屏
DS12C887 时钟芯片功能丰富价格适中，能够自动产生世纪、年、月、日、时、
分、秒以及时间模式转换等的时间信息，芯片内部增加了世纪存储器，从而利用硬
件电路解决了“千年”的问题。DS12C887 时钟芯片中还自带有锂电池，单片机掉电
后时钟芯片内部的时间信息可以保持十年之久。1602LCD 液晶屏可以输出 2 行，每行
显示 16 个字符。虽然 1602LCD 液晶屏较昂贵，但是该液晶屏显示清晰且不会闪烁，
由于液晶屏是数字式的，因此和单片机系统的接口简单，操作方便。1602LCD 液晶屏
的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC 上，因而耗电量比其它显示器要少得多，
功耗较低。以上两种元件的程序编写简单，适用于多方面的应用。
方案三：SD2068+1602LCD 液晶屏
SD2068 实时时钟芯片功能更加丰富，它除了具备有 DS12C887 时钟芯片的功能，
另外还内置时钟精度数字调整功能，可以在很宽的范围内校正时钟的偏差；内置上
电复位电路及指示位；内置电源稳压,内部计时电压可低至 1.5V。该芯片为工业级产
品，是在选用实时时钟 IC 时的理想选择。但是该芯片是一款新型的芯片，使用并不
广泛，操作不方便，可能会出现芯片不稳定等的因素。
因此由以上三种方案进行比较，我们选择方案二来设计电子时钟。以 STC89C51-
- 3 --
为主控芯片，DS12C887 为时钟芯片，1602LCD 液晶屏作为显示器。程序控制 DS12C887
时钟芯片实现小时,分,秒和年,月,日的计时，并在 1602LCD 液晶屏上显示出来。通
过按键对 12 小时/24 小时显示模式切换。当时间走到程序所设定的时间时，蜂鸣器
响起，起到闹铃功能。当要
显示秒表计时时，可以通过按键切换来实现。
二、系统硬件设计
2.1 51 单片机最小系统设计
单片机最小系统如下图 1-1 所示：
图 1-1
以 STC89C51 单片机为核心，选用 12MHZ 的晶振，由于晶振的频率越高，单片
机的运行速度就越快，但考虑到单片机的运行速度快会导致对存储器的要求就会变
高，因此 12MHZ 晶振为最佳选择。外接电容的值虽然没有严格的要求，但是外接电
容的大小会影响振荡器的频率高低、振荡器的稳定性和起振的快速性，因此我们选
用 30pF 的电容作为起振电容。复位电路为按键高电平复位，当按键按下，RES 端为
高电平，当高电平持续 4us 的时间就可以使单片机复位。
2.2 电源供电电路设计
电源供电电路如下图 1-2 所示：-
- 4 --
图 1-2
我们采用外接 USB 端口的方式为单片机供电，LPOW1 为电源显示灯，当按键
S5 按下，显示灯亮，表示给单片机供+5V 电压。
2.3 串口通信电路设计
串口通信电路如下图 1-3 所示：
图 1-3 串口通信电路图
图中通过 MAX232 进行 TTL 电平和 232 电平转换，从而单片机和上位机之间通信提供
通道。通信电路的目的就是让通信双发的电平匹配，单片机用的是 TTL 电平，上位
机的串口用的是 232 电平。TTL 电平的逻辑 1 的电压范围是+3.3V 到+5V，逻辑 0 的
电压范围是 0 到+3.3V；232 电平的逻辑 1 的电压范围是-15V 到-5V,逻辑 0 的电压范
围是+5V 到+15V。因此设计串口通信电路就是让这两种电平统一。
2.4 时钟芯片电路设计
时钟芯片电路如下图 1-4 所示： -
- 5 --
图 1-4
我们采用 DS12C887 时钟芯片定时及计时功能，DS12C887 时钟芯片共需要 13 条
信号线。GND、 VCC：直流电源，其中 VCC 接+5V 输入，GND 接地，当 VCC 输入为+5V
时，用户可以访问 DS12C887 内 RAM 中的数据，并可对其进行读、写操作；当 VCC 的
输入小于+4.25V 时，禁止用户对内部 RAM 进行读、写操作，此时用户不能正确获取
芯片内的时间信息；当 VCC 的输入小于+3V 时， DS12C887 会自动将电源发换到内部
自带的锂电池上，以保证内部的电路能够正常工作 MOT：模式选择脚。SQW：方波
输出脚，当供电电压 VCC 大于 4.25V 时，SQW 脚可进行方波输出。AD0～AD7：复用地
址数据总线，该总线采用分时复用技术，在总线周期的前半部分，出现在 AD0～AD7
上的是地址信息，可用以选通 DS12C887 内的 RAM，总线周期的后半部分出现在 AD0
～AD7 上的数据信息 AS：地址选通输入脚。DS/RD：数据选择或读输入脚，该引脚
有两种工作模式，当 MOT 接 VCC 时，选用 Motorola 工作模式，在这种工作模式中，
每个总线周期的后一部分的 DS 为高电平。在读操作中，DS 的上升沿使 DS12C887 将
内部数据送往总线 AD0～AD7 上，以供外部读取 在写操作中，DS 的下降沿将使总线
AD0～AD7 上的数据锁存在 DS12C887 中。当 MOT 接 GND 时，选用 Intel 工作模式，在
该模式中，该引脚是读允许输入脚 R/W：读/写输入端，该管脚也有 2 种工作模式，
当 MOT 接 VCC 时，R/W 工作在 Motorola 模式 CS：片选输入，低电平有效
IRQ：中断请求输入，低电平有效，该脚有效对 DS12C887 内的时钟、日历和 RAM 中
的内容没有任何影响，仅内部的控制寄存器有影响，在典型的应用中，RESET 可以直
接接 VCC，这样可以保证 DS1
2C887 在掉电时，其内部控制寄存器不受影响-
- 6 --
2.5 LCD显示电路设计
1602LCD 液晶屏显示电路如下图 1-5 所示：
图 1-5
1602LCD 液晶屏为 5V 电压驱动，带背光，可显示两行，每行 16 个字符，不能显
示汉字。液晶 1，2 端为电源；15，16 为背光电源；为防止直接加 5V 而烧坏背光灯，
在 15 脚串联一个 1k 电阻用于限流。液晶 3 端为液晶对比度调节端，通过一个 10k
的变位器来调节液晶显示对比度。液晶 4 端为向液晶控制器写数据/写命令选择端，
接单片机的 P3.5 口。液晶 5 端为读/写选择端，因为我们不从液晶中读取数据，只
向其写入命令和显示数据，因此此端始终选择为写状态，即低电平接地。液晶 6 端
为使能信号，是操作时必须的信号，接单片机的 P3.4 口。
2.6 报警电路设计
蜂鸣器闹铃电路如下图 1-6 所示
图 1-6
蜂鸣器电路接在单片机的 P2.3 引脚上，当给该引脚一个低电平，三极管导通，蜂鸣器发出
声音作为闹铃。
2.7 键控电路设计
按键调整电路如下图 1-7 所示：-
- 7 --
图 1-7
四个独立键盘均采用查询方式，我们将按键的一端接地，另一端各接一根输入
线直接与 STC89C51 的 I/O 口相连，当按键闭合时，相当于该 I/O 口通过按键与地相
连，变成低电平，单片机通过检测 I/O 口的电平状态，即可以识别出按下的键。通
过四个按键实现各方式的切换，S2 用于 12 小时/24 小时的模式切换,S3 用于秒表功
能与时钟功能间的切换，S4 用于实现参数设置和调节功能。
三、系统软件设计
3.1 系统程序流程图设计
流程图 1：实验主程序流程图-
- 8 --
流程图 2：定时中断程序流程图
流程图 3：调时功能流程图-
- 9 --
3.2 系统程序设计 （见附录）
四、总结
4.1 作品功能、特色
本系统实现了人机交互功能，有夏时令制以及万年历功能。可对年、月、日、时、
分、秒进行任意设定，多组闹钟设定任你行，具有整点报时功能，模式切换随你意，秒
表功能同时有。
特色：本系统采用 1602LCD 显示信息，相比其他电子时钟，其显示信息更丰富，
可同时显示时间，日期，星期等。秒表功能精确到毫秒级，比普通具有秒表功能的时钟
要高一个数量级。闹钟可设置多组，解决了普通电子钟只能设置一组给大家带来的烦恼。
系统具有断电保护功能，芯片可以保存掉电时候的信息并继续工作，其睡眠工作时间可
长达 12 小时
4.2 综合设计的体会
本次大赛很好的锻炼了我们的动手能力以及团队合作能力，让我们享受到电子设
计的快乐。让我们开阔了视野，同时也增长了见识，在课余时间发挥想象和积极思考，
锻炼了自己的思维能力。在元件的选择和电路的设计上我们大胆创新，敢于尝试，并
且积极搜查资料，认真分析，选择出最优的电路组合，使整个系统能够按照设计要求-
- 10 --
稳定运行。-
- 11 --
参考文献
[1] 李广弟等编 单片机基础北京航空航天大学出版社 2001
[2] 吴金戌等编 8051 单片机实践与应用清华大学出版社 2001
[3] 王洪庆编 微型计算机控制技术机械工业出版社 2006
[4] 付家才编 单片机控制工程实践技术化学工业出版社 2004
[5] 鲍宏亚等编 MCS-51 系列单片机应用系统设计及实用技术中国宇航出版社
2005
[6] 杨文龙.单片机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社， 2000
[7] 赵文博，刘文涛.单片机语言 C51 程序设计[M].人民邮电出版社， 2006-
- 12 --
附录
/*******************************************************************************
***************************************
1602 管脚分配：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
15 16
VSS VDD VL RS R/W E D0
D1 D2 D3 D4 D5
D6 D7 BLA BLK
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P2.5 GND P2.6
P1.0~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~P1.7 GND
(R/W 接 GND 实现只写不读)
/*******************************************************************************
**************************************/
#include<reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit lcd_en=P2^6;
//LCD1602 使能信号 E 位定义
sbit lcd_rs=P2^5;
//LCD1602 读/写（H/L）控制信号 RS 位定义
uchar ii,ll;
//在 1602 上写字符串所用的变量
sbit beep=P2^3;
//蜂鸣器实现闹钟报警
sbit dscs=P2^7;
sbit dsas=P2^4;
sbit dsrw=P3^6;
sbit dsds=P3^7;
sbit dsirq=P3^2; //闹钟申请
//按键部分
sbit s1=P2^0;
sbit s2=P2^1;-
- 13 --
sbit s3=P2^2;
sbit s4=P3^0;
uchar code table4[] =" 20 - - Mon";
uchar code table5[]=" : : ";
uchar count,s3_num,s4_num,flag,flag1;
uchar miao,shi,fen,nian,yue,ri,xinqi,n_miao,n_shi,n_fen;
//显示字符串
uchar code table1[] =" 2009-07-13 Mon";
uchar code table2[]=" 00:00:00";
uchar code table3[] =" Alarm Clock ";//闹钟字符串
//void display()
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